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23 Ottobre 2018
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    Una vista più acuta del telscopio spaziale Hubble. E’ quella che ha guadagnato il VLT grazie allo strumento MUSE con un rivoluzionario modulo di ottica adattiva. Correggendo gli effetti della turbolenza atmosferica a diverse altitudini ci permette di ottenere immagini dettagliatissime degli oggetti del profondo cielo. E tra gli scatti di prova ecco a voi… Nettuno!

    Questa straordinaria immagine del pianeta Nettuno è stata ottenuta durante la fase di verifica dell'ottica adattiva a campo stretto dello strumento MUSE/GALACSI installato sul VLT (Very Large Telescope) dell'ESO. Crediti: ESO/P. Weilbacher (AIP)

    Il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO ha visto la prima luce con una nuova modalità di ottica adattiva chiamata Tomografia LaserÈ e con questa ha ottenuto delle immagini di prova straordinariamente nitide del pianeta Nettuno, di alcuni ammassi di stelle e di altri oggetti. Il pionieristico strumento MUSE usato nella modalità a Campo Stretto, con il modulo di ottica adattiva GALACSI, può ora sfruttare questa nuova tecnica per correggere gli effetti della turbolenza a diverse altitudini nell’atmosfera. È possibile ora catturare, a lunghezze d’onda visibili, immagini da terra più nitide di quelle del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA. L’unione di squisita nitidezza e di capacità spettroscopiche di MUSE permetteranno agli astronomi di studiare le proprietà degli oggetti astronomici in dettaglio maggiore di quanto sia stato mai possibile finora.

    Lo strumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) installato sul VLT (Very Large Telescopee) dell’ESO funziona con un modulo di ottica adattiva chiamato GALACSI, che sfrutta lo strumento 4LGSF (Laser Guide Stars Facility), un sosttosistema dell’AOF (Adaptive Optics Facility). AOF fornisce l’ottica adattiva agli strumenti montati sull’UT4, il quarto telescopio del VLT. MUSE è stato il primo strumento a usufruire di questa ottica e ora ha due diverse modalità di ottica adattiva: a campo largo (Wide Field Mode) o a campo stretto (Narrow Field Mode).

    L'immagine a destra è ottenuta senza il modulo di ottica adattiva, mentre quella a sinistra dopo che il modulo è stato messo in funzione. Crediti: ESO/P. Weilbacher (AIP)

    La modalità di MUSE a Campo Largo accoppiata con GALACSI in modalità “strato-al-suolo” (ground-layer in inglese) corregge gli effetti introdotti dalla turbolenza atmosferica fino a un chilometro sopra il telescopio per un campo di vista relativamente ampio. La nuova modalità a Campo Stretto, che usa la tomografia laser, corregge quasi tutta la turbolenza atmosferica sopra il telescopio per creare immagini molto più nitide, ma su una zona più piccola di cielo.

    La turbolenza atmosferica, infatti, varia con l’altitudine: alcuni strati producono una maggior degradazione del fascio di luce proveniente dalla stella rispetto ad altri. La tecnica complessa di ottica adattiva nota come Tomografia Laser si prefigge di correggere soprattutto la turbolenza di questi strati più problematici. Vengono selezionati alcuni strati pre-definiti per la modalità Campo Stretto con MUSE/GALACSI: a 0 km (strato più vicino a terra, sempre un contributo importante), a 3, 9 e 14 km. L’algoritmo di correzione viene quindi ottimizzato su questri strati per permettere di ottenere una qualità dell’immagine quasi identica a quella di una stella guida naturale e che corrisponda ai limiti teorici del telescopio.

    Sfruttando questa nuova tecnica, il telescopio da 8 metri UT4 raggiunge il limite teorico della risoluzione delle immagini e non è più limitato dalla sfocatura dell’atmosfera.

    È difficilissimo raggiungere questo limite nella banda della luce visibile: si ottengono così immagini di nitidezza paragonabile a quelle del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA. Ciò permetterà agli astronomi di studiare con un dettaglio mai raggiunto prima oggetti affascinanti come i buchi neri supermassicci al centro delle galassie, i getti delle giovani stelle, gli ammassi globulari, le supernove, i pianeti e i lori satelliti nel Sistema Solare e molto altro ancora.

    A confronto Nettuno, sulla sinistra, ripreso con il nuovo strumento dal VLT (Very Large Telescope) dell'ESO, a destra un'immagine ottenuta dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA. Si noti che le due immagini non sono contemporanee e perciò non mostrano strutture superficiali identiche. Crediti: ESO/P. Weilbacher (AIP)/NASA, ESA, and M.H. Wong and J. Tollefson (UC Berkeley)

    L’ottica adattiva è una tecnica che serve per compensare l’effetto di sfocatura dovuto all’atmosfera terrestre, noto anche come “seeing” astronomico, un problema rilevante per tutti i telescopi da terra. La stessa turbolenza dell’atmosfera che fa scintillare le stelle quando le si guarda a occhio nudo produce immagini un pò sfocate dell’Universo, soprattutto con i telescopi più grandi. La luce delle stelle e delle galassie viene distorta passando attraverso gli strati della nostra atmosfera, che ci protegge, e gli astronomi devono usare delle tecniche ingegnose per migliorare artificialmente la qualità dell’immagine.

    L'ammasso globulare NGC 6388. L'immagine a sinistra è ottenuta da MUSE in modalità Campo Largo, senza il sistema di ottica adattiva in funzione, mentre il pannello centrale mostra un ingrandimento di una piccola parte della stessa immagine. L'immagine a destra invece mostra la stessa porione dell'immagine centrale, ma nella veduta di MUSE in Campo Stretto quando viene accesa l'ottica adattiva. Crediti: ESO/S. Kammann (LJMU)

    Per raggiungere questo scopo, sono stati installati quattro laser molto luminosi sull’UT4: proiettano nel cielo colonne di luce intensa di colore arancione, di circa 30 centimetri di diametro, per stimolare gli atomi di sodio che si trovano in uno strato nell’alta atmosfera in modo da creare stelle guida artificiali (Laser Guide Star, in inglese). I sistemi di ottica adattiva usano la luce di queste “stelle” per determinare la turbolenza dell’atmosfera e calcolare le correzioni necessarie circa mille volte al secondo, e di conseguenza inviano istruzioni allo specchio secondario di UT4, sottile e deformabile, per modificarne costantemente la forma in modo da correggere le distorsioni nella luce che arriva.

    MUSE non è il solo strumento che sfrutti il modulo di Ottica Adattiva AOF. Un diverso sistema di ottica adattivaGRAAL, è già in funzione con la camera infrarossa HAWK-I. Tra qualche anno arriverà il nuovo, potente, ERIS. Tutti questi importanti sviluppi dell’ottica adattiva rendono ancora più potente la compagine dei telescopi dell’ESO, mettendo sempre più a fuoco l’Universo.

    La nuova modalità, inoltre, è un passo avanti significativo per l’ELT (Extremely Large Telescope) dell’ESO, su cui sarà necessaria la Tomografia Laser per raggiungere gli scopi scientifici previsti. Questi risultati con AOF su UT4 aiuteranno tecnici e scienziati dell’ELT a installare una simile tecnologia per l’ottica adattiva sul gigantesco telescopio da 39 metri.


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