di  -  giovedì 28 luglio 2011

Il nuovo radiotelescopio SKA (Squared Kilometre Array), è un progetto internazionale, che coinvolge 67 organizzazioni in 20 diverse nazioni, tra cui l’Australia, la Cina, l’Italia, la Francia, la Gran Bretagna, i Paesi Bassi, la Nuova Zelanda, la Germania e il Sud Africa. Il progetto è veramente ambizioso: coprire migliaia di metri quadrati di superficie con

radio-antenne per osservare l’Universo nei suoi aspetti più nascosti. Per coprire una fetta consistente di cielo, il radiotelescopio dovrà estendersi in una considerevole superficie. Due possibili luoghi sono attualmente presi in considerazione: l’Australia e il Sud Africa. Se il telescopio venisse costruito in Australia, si estenderebbe fino alla Nuova Zelanda, se la scelta ricadesse sul Sud Africa, verranno poste antenne anche sulle isole dell’Oceano Indiano. L’idea è di creare una zona centrale molto più densa, in modo da avere un’elevata sensibilità, e disporre antenne via via più distanti per coprire più superficie possibile. L’impronta del rivelatore è rappresentata nell’immagine qui sotto:

Sebbene la radio astronomia si una scienza ormai solida, come si dimostra dal grande radiotelescopio VLA (Very Large Array) situato in New Mexico (e di cui forse qualcuno ricorderà l’apparizione nel film Contact), nessun radio telescopio attualmente esistente è paragonabile a questo progetto, e la tecnologia e il design per raggiungere un obiettivo così ambizioso vanno completamente ripensate rispetto ai telescopi passati.

La radio astronomia, o ancora meglio, la radio interferometria, è responsabile di grandi scoperte, come le stelle pulsars, quasars, microquasars, masers e molto altro. L’idea è di osservare l’emissione di questi oggetti nella frequenza radio (da qualche MHz fino a diversi GHz). Talvolta succede che certi oggetti (come le radiogalassie) siano particolarmente luminosi proprio in queste large lunghezze d’onda. Per aumentare la sensibilità di questi telescopi si usa la tecnica di radio interferometria, ovvero non si usa un’unica antenna, ma se ne usano tante, collegate assieme tramite cavi coassiali. In questo modo le onde radio osservate da ciascuna antenna vengono sommate, formando un “pattern di interferenza”. Il principio è che onde con la stessa lunghezza d’onda verranno sommata, amplificando il segnale, mentre onde con lunghezza d’onda diversa si cancelleranno a vicenda. Per aumentare quello che viene chiamato “S/N”, o “signal to noise ratio”, ovvero il rapporto tra il segnale che vogliamo misurare e il rumore di fondo, è necessario avere un numero molto elevato di antenne, che coprano una superficie molto vasta.

Ecco quindi la ragione per l’enorme progetto SKA. Come spesso accade per progetti in così grande scala, lo sviluppo temporale è molto lento e i passi burocratici complessi. Una delle prime decisioni da prendere è la scelta del luogo dove costruire il rivelatore. Per farlo bisogna tenere conto di molte cose, sia a livello scientifico che economico che politico. Innanzi tutto bisogna trovare una zona della Terra con un bassissimo rumore radio: quindi pochi cellulari, televisioni, stazioni radio ecc. Bisogna anche tener presente delle condizioni del luogo, come temperatura, precipitazioni, intemperie di vario genere, e le condizioni della ionosfera e della troposfera in quella zona. Ci sono però anche considerazioni più pratiche, come la possibilità di connettere il telescopio al resto del mondo tramite banda larga, il trasporto dell’energia elettrica per l’alimentazione del rivelatore, i costi di mantenimento, e la possibilità di mantenere occupata questa zona per lungo tempo.  Come accennato, due zone sono state selezionate, l’Australia e il Sud Africa. La decisione finale dovrà essere presa nel 2012.

Il Sud Africa, e in un certo senso l’intero continente africano, è molto interessato ad ottenere la vittoria in questa piccola competizione. Infatti, oltre ad offrire una vasta area con bassissimo inquinamento radio, molto poco abitata e con la possibilità di venire utilizzata per lungo tempo. Assieme al Sud Africa, molte altre nazioni africane sono coinvolte in questo progetto: astrofisici dalla Namibia, Rwanda, e Mozambico stanno collaborando gomito a gomito per questo enorme progetto.

È una grandissima occasione per l’Africa. La “fuga dei cervelli” è in Africa quanto mai elevata, ed è difficile creare occasioni per grandi collaborazioni. Le possiblità ci sono. Il Sud Africa ha da poco inaugurato una propria agenzia spaziale, e la volontà di creare delle infrastrutture scientifiche è evidente, basti pensare al più piccolo radiotelescopio MeerKAT, un prototipo dello SKA.

La scienza offre un’opportunità unica per lo sviluppo di una nazione, o addirittura in questo caso di un continente, andando oltre a guerre, odii reciproci, problemi socio-economici. La scienza permette di lavorare assieme, sviluppando progetti innovativi, investendo nello sviluppo e nelle nuove menti. Moltissimi giovani da diversi paesi africani stanno collaborando al progetto, e questa opportunità darà loro modo di crescere. Sebbene oggi gli scienziati di origine africana siano moltissimi, non sono molti gli istituti africani a partecipare a grandi progetti scientifici, e spesso le menti di questo continente sono costretti a lavorare da altre nazioni.

Costruire un telescopio come SKA in Sud Africa non vuol solo dire che gli astrofisici africani avranno un progetto su cui lavorare. SKA è una collaborazione internazionale, che metterà in contatto scienziati di tutto il mondo, ci saranno italiani, francesi, australiani e quant’altro che avranno occasione di visitare e lavorare in Sud Africa, potranno parlare con le persone locali e comprenderne lo stile di vita. Un’infrastruttura come SKA è anche un grande aiuto economico per il paese. Poiché necessità di connessione a banda larga per il trasferimento dei dati, di una connessione alla rete elettrica continua, un accesso fisico alle aree interessate, verranno aggiunte e mantenute infrastrutture molto utili allo sviluppo delle aree locali.

Vedremo quindi quale sarà il verdetto della collaborazione il prossimo anno, e speriamo di avere modo di sentir parlare ancora più spesso di scienziati africani e dei loro risultati.

11 Commenti »

I commenti inseriti dai lettori di AppuntiDigitali non sono oggetto di moderazione preventiva, ma solo di eventuale filtro antispam. Qualora si ravvisi un contenuto non consono (offensivo o diffamatorio) si prega di contattare l'amministrazione di Appunti Digitali all'indirizzo info@appuntidigitali.it, specificando quale sia il commento in oggetto.

  • # 1
    Bastiano
     scrive: 

    bellisimo progetto, e molto interessante l’idea di farlo in Africa, è davvero una grande occasione per quei paesi!
    una domanda pragmatica: oltre a scoprire nuove stelle, galassie e chissà che altre meraviglie, progetti di questo tipo a cosa servono? nel senso che scoperte effettivamente utilizzabili a fini pratici potrebbero saltare fuori?

  • # 2
    tech
     scrive: 

    Nibiru :D

  • # 3
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    @Bastiano
    In genere questo tipo di progetti hanno una ricaduta sulla vita di tutti i giorni in base ad avanzamenti tecnologici richiesti per gestire i dati, trasferirli, sviluppare le antenne, cose di questo tipo. Gli aspetti tecnologici non sono quindi direttamente legati alle scoperte che si fanno, ma piuttosto rispetto ai mezzi che si devono sviluppare per ottenerle!

  • # 4
    Blobay
     scrive: 

    Prima di tutto i miei complimenti per i tuoi sempre interessantissimi articoli, che mi leggo ogni volta volentieri.

    In questo caso però mi rimane difficile comprendere, come avviene il “colloquio” fra le varie antenne. Ciò che non capisco è il collegamento tramite i “cavi coassiali” come te lo descrivi. Dopo soli pochissimi km l’attenuazione, rende il rapporto segnale/rumore pari a zero, se non utilizzando “rigeneratori” di segnale, che però introducono loro stessi rumore, che si confonde magari col segnale che si va a cercare.
    E’ proprio così, si utilizzano i cavi? o le trasmissioni avvengono magari via radio o con altri mezzi?
    Il sincronismo poi è un altro grosso problema da risolvere, essendoci migliaia di km di distanza tra un ricevitore e l’altro. Se sono segnali analogici, quelli che si vanno a ricercare, bisognerà essere certi che le forme d’onda coincidano in frenquenza, anche dopo aver attraversato tutto quello spazio?

  • # 5
    samuele
     scrive: 

    in realtà c’era già il VLBA, che come ampiezza è molto superiore al VLA
    http://www.vlba.nrao.edu/

    10 radiotelescopi per una distanza di 5000 miglia

  • # 6
    andrea
     scrive: 

    Prima di tutto spero che questo progetto venga fatto in Sud Africa per tutte le ricadute che hai espresso nell’articolo.

    Però volevo fare un appunto sulla spiegazione degli array:

    “Per aumentare la sensibilità di questi telescopi si usa la tecnica di radio interferometria, ovvero non si usa un’unica antenna, ma se ne usano tante, collegate assieme tramite cavi coassiali. In questo modo le onde radio osservate da ciascuna antenna vengono sommate, formando un “pattern di interferenza”. Il principio è che onde con la stessa lunghezza d’onda verranno sommata, amplificando il segnale, mentre onde con lunghezza d’onda diversa si cancelleranno a vicenda. Per aumentare quello che viene chiamato “S/N”, o “signal to noise ratio”, ovvero il rapporto tra il segnale che vogliamo misurare e il rumore di fondo, è necessario avere un numero molto elevato di antenne, che coprano una superficie molto vasta.”

    quello che dici non mi sembra molto corretto! 2 segnali con la stessa lunghezza d’onda possono “distruggersi” se sono sfasati, come anche 2 segnali a frequenze diverse possono in qualche modo sommarsi e amplificarsi. il punto fermo è la fase reciproca dei segnali, non la frequenza.
    Una nota importante sull’SNR: dipende dal tipo di rumore. Se è rumore correlato (ad esempio interferenza) l’uso di array di antenne non migliora affatto l’SNR perché il rumore viene ricevuto in egual misura da tutti gli elementi dell’array. Al contrario, se il rumore è incorrelato (rumore bianco termico) allora il guadagno dell’SNR va come la radice del numero di antenne dell’array.

    Il numero elevato di elementi in un array permette di aumentare la direttività (guadagno) di un fattore pari al numero di elementi dell’array

    di preciso non so come funzionano questi enormi array, però mi interesserebbe sapere come vengono effettivamente collegati i vari elementi. Non penso che le normali tecniche usate per la costruzione di antenne ad alto guadagno tramite splitter vengano replicate.

  • # 7
    ResDicitor
     scrive: 

    Da considerare però che il sud africa è uno dei paesi più ricchi dell’africa, quindi piove sempre sul bagnato. D’altronde chi investirebbe in un paese con squilibri politici elevatissimi e rischi di guerra civile come sono la maggior parte dei paesi africani?
    per carità, bel progetto ma non ditemi che gioverà all’Africa: primo perché fatto in Sud Africa, secondo perché anche se parteciperanno scienziati di altri paesi questo non li aiuterà, anzi: l’emigrazione di “cervelli”, come sappiamo qui in Italia benissimo, non è un fattore positivo per un paese.

  • # 8
    Giacomo
     scrive: 

    @ ResDicitor
    infatti la penso come te, mi sembra improbabile che un singolo radiotelescopio possa aiutare in modo significativo l’intero continente.. al massimo una piccola parte del PIL del Sudafrica, che come fai notare è uno dei più ricchi, o dei meno poveri, del continente.
    Penso che l’Africa avrebbe bisogno di ben altro di questi progetti, bisognerebbe iniziare con le infrastrutture di base e via via a salire.

  • # 9
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    Certo, non credo che con questo progetto si abbia l’ambizione di risolvere tutti i problemi di un continente. È però con passi come questi che si può aiutare una società e la sua economia. Senza investire sul futuro e sulla ricerca non ci sono speranze e questa è una cosa che l’Italia dovrebbe imparare…

  • # 10
    Alessio F
     scrive: 

    @Eleonora, dimmi se questa affermazione potrebbe essere corretta anche in radio interferometria.

    Per aumentare la sensibilità di un Radio telescopio (RT) bisogna aumentare l’apertura numerica, stesso principio applicato in ottica “del visibile” per diminuire la diffrazione.

    Quello che si può effettivamente fare con i RT a differenza dei sistemi ottici è aumentare diciamo il numero dei rivelatori?

    Cioè l’apertura numerica del RT sarebbe la distanza massima tra i RT stessi e non il diametro del singolo RT?

    Oramai non mi occupo più di ottica ma di neuroscienze e non vorrei aver detto una castroneria.

    PS bell’articolo come sempre e +++ per l’africa, se cresce ancora (scientificamente) mi trasferisco pure io.

  • # 11
    Antonio Barba (TheKaneB)
     scrive: 

    Il principio è che onde con la stessa lunghezza d’onda verranno sommata, amplificando il segnale, mentre onde con lunghezza d’onda diversa si cancelleranno a vicenda.

    Credo ci sia una piccola svista qui: a parità di frequenza, l’interferometria misura le differenze di fase tra due o più segnali.

Scrivi un commento!

Aggiungi il commento, oppure trackback dal tuo sito.

I commenti inseriti dai lettori di AppuntiDigitali non sono oggetto di moderazione preventiva, ma solo di eventuale filtro antispam. Qualora si ravvisi un contenuto non consono (offensivo o diffamatorio) si prega di contattare l'amministrazione di Appunti Digitali all'indirizzo info@appuntidigitali.it, specificando quale sia il commento in oggetto.