Prestazioni migliorate per una strumentazione all’avanguardia dell’European Solar Telescope
Il sole è una stella che offre un modello fondamentale per comprendere il resto dell’universo. La missione principale dell’European Solar Telescope (EST) è quella di osservare da vicino il sole, ’unica stella che può essere studiata in alta risoluzione. Tuttavia, questa osservazione da vicino dei processi solari dipende da una strumentazione che sia in grado di operare sulle scale più piccole e nel maggiore dettaglio possibile. La squadra di GREST, finanziata dall’UE, ha lavorato per ottenere un’elevata risoluzione spaziale attraverso progettazioni, test e prototipi di strumenti fondamentali per le future infrastrutture terrestri per la fisica solare, e in particolare per l’European Solar Telescope (EST). Oltre a fornire crescita e diversità per i mercati esistenti, le innovazioni combinate di GREST aumenteranno anche la domanda di una forza lavoro qualificata nel settore dell’alta tecnologia. Messa a punto della strumentazione Presentando la natura multidisciplinare di GREST, il coordinatore del progetto, Manuel Collados, riflette sul fatto che «Le discussioni più stimolanti erano relative al modo in cui far progredire le tecniche attuali per fare fronte alle caratteristiche tecniche dell’EST. Per esempio, scienziati e ingegneri, provenienti sia dal mondo accademico che dall’industria, hanno discusso su come sviluppare rivelatori più grandi, veloci ed efficienti, superando le attuali opzioni». Il lavoro che è scaturito da queste discussioni ha portato a diverse innovazioni chiave, tra cui etalon con precisione nanometrica e unità a campo integrale (IFU) in due opzioni (una basata su specchi per suddividere l’immagine e l’altro sull’uso di microlenti) per l’osservazione spaziale ad alta risoluzione. Inoltre è stato sviluppato un software di simulazione per modellare il comportamento di specchi deformabili (DM) inclinati per l’ottica adattiva multi-coniugata (MCAO), imprescindibile per garantire che l’EST raggiunga la necessaria elevata risoluzione spaziale. Dal momento che le osservazioni solari richiedono una notevole evoluzione dei sensori, la squadra ha definito con successo la fattibilità di una nuova tecnologia con memorizzazione in cache della carica (basata sulla tecnologia DEPFET – transistor a effetto di campo con canale P svuotato), progettando, costruendo e testando un prototipo. Questa tecnica getta potenzialmente le fondamenta per le telecamere scientifiche di prossima generazione per la spettropolarimetria di alta precisione. Sulla base dei risultati sono stati delineati un concetto per una telecamera polarimetrica pronta per l’ambiente scientifico e una tabella di marcia per l’implementazione. In aggiunta, è stato ottenuto il prototipo di una telecamera di grande formato (4k x 4k) a lettura veloce, basso rumore, retroilluminata, basata sulla tecnologia scientifica dei semiconduttori a ossido metallico complementari (sCMOS), fornendo una memorizzazione in-situ di un massimo di quattro immagini indipendenti. La valutazione ha mostrato che il prototipo della telecamera corrispondeva alle specifiche dell’EST, cosa attualmente non disponibile in nessun dispositivo, commerciale o di altro genere. Assieme all’avvento di telescopi e strumenti di nuova generazione, e in particolare di rivelatori moderni di grande formato, si presenta anche la necessità di grandi modulatori di polarizzazione. Nell’ambito di GREST, diversi ritardatori variabili a cristalli liquidi di grande formato sono stati fabbricati con successo e testati in base a vari approcci, tra cui celle nematiche allineate anti parallelamente, celle nematiche allineate parallelamente e celle ferroelettriche. Comprendere l’impatto dell’attività solare sulla Terra L’attività solare magnetica porta a cambiamenti terrestri, che potenzialmente colpiscono milioni di persone, sia a breve che a lungo termine. Essere in grado di comprendere meglio il collegamento tra energia solare in uscita e il clima della Terra, per prevedere le anomalie spaziali indotte dal Sole, potrebbe portare a una mitigazione più efficace. Osservando i meccanismi fisici dell’atmosfera solare, con dettagli senza precedenti, EST risolverà annose questioni come per esempio: la struttura e l’evoluzione dei campi magnetici solari, incluse le macchie solari; la comparsa di campi magnetici attraverso la superficie solare; le dinamiche e il riscaldamento della cromosfera; il meccanismo d’innesco dei brillamenti solari e l’accoppiamento magnetico dell’atmosfera solare. Come afferma Collados, «Gli sviluppi di GREST offrono un notevole passo in avanti per trasformare in realtà la promessa riguardante l’EST. Non solo ha fornito un’eccellente opportunità per sviluppare nuove applicazioni a partire da tecnologie rivoluzionarie, ma ha anche aumentato la cooperazione tra mondo accademico e industria che ha già portato a nuovi dispositivi». Oltre a essere utili per le osservazioni solari, ci si aspetta che le tecnologie per il rivelatore di grande formato diano da sole benefici a una gamma più ampia di applicazioni che necessitano di osservazioni astronomiche ad alta risoluzione, quali la localizzazione di oggetti vicini alla Terra e gli studi delle pulsar, e per aprire nuovi mercati nella Microscopia elettronica a trasmissione (TEM), cristallografia di proteine e tomografia a raggi X. Per terminare il lavoro, la squadra continua a esaminare, produrre, testare, perfezionare e convalidare le varie tecnologie, sia in laboratorio che in situ.
Parole chiave
GREST, fisica del plasma, sole, telescopio, solare, stella, campi magnetici, macchie solari, alta risoluzione spaziale, rivelatori, sensori, atmosfera