Le antenne di ALMA


Rappresentazione artistica della schiera di antenne di ALMA, in cui si vedono le antenne sparse sulla piana di Chajnantor.

ALMA è il telescopio più potente per studiare l'Universo a lunghezze d'onda millimetriche e submillimetriche, al limite tra la luce infrarossa e le più lunghe onde radio. Però ALMA non assomiglia all'immagine che molti hanno di un telescopio gigantesco: non usa gli specchi riflettenti, lucidissimi dei telescopi nella banda ottica e infrarossa, ma è formato da molte "antenne" che sembrano le parabole di grandi antenne satellitari metalliche. 

ALMA è formato da 66 antenne: cinquantaquattro da 12 metri di diametro e dodici, più piccole, da 7 metri di diametro.

La parte più evidente di ogni antenna è la parabola, una grande superficie riflettente, per la maggior parte di 12 metri di diametro. Ogni parabola ha lo stesso ruolo dello specchio di un telescopio ottico: raccoglie la radiazione proveniente dagli oggetti astronomici distanti e la focalizza su un rivelatore che misura la radiazione. La differenza tra questi due tipi di telescopio è la lunghezza d'onda della radiazione rivelata. La luce visibile, catturata dai telescopi ottici, è una piccolissima parte dello spettro elettromagnetico, con lunghezze d'onda tra i 380 e 750 nanometri. ALMA invece osserva il cielo a radiazioni di maggior lunghezza d'onda, da poche centinaia di micron fino a 1 mm (circa una migliaio di volte più lunghe della luce visibile). Questa radiazione si chiama, in modo poco fantasioso, radiazione millimetrica e submillimetrica e si trova all'estremo di lunghezze d'onda più corte delle onde radio.


Antenna di ALMA in posizione sulla piana di Chajnantor.

Questa lunghezza d'onda più lunga è il motivo per cui le antenne di ALMA non sono specchi, ma hanno una superficie di pannelli metallici. Le superfici riflettenti di un telescopio devono essere virtualmente perfette: se hanno difetti più grandi di qualche percento della lunghezza d'onda che osservano, il telescopio non produce misure accurate. Le lunghezze d'onda a cui opera ALMA implicano che, anche se le superfici delle antenne devono essere accurate entro i 25 micron - molto meno dello spessore di un singolo foglio di carta - alle parabole non serve la lucidatura dello specchio che si usa per i telescopi in luce visibile. Perciò anche se le antenne di ALMA sembrano grandi parabole satellitari, per il fotone (la particella di luce) di lunghezza d'onda submillimetrica appaiono come superifici quasi perfettamente riflettenti e riescono a focalizzare i fotoni con gran precisione.

Non solo le superfici delle antenne vengono controllate con attenzione, ma possono anche essere manovrate con precisione e puntate con una accuratezza angolare di 0,6 secondi d'arco (un secondo d'arco è 1/3600 di grado), una precisione sufficiente per distinguere una palla da golf a una distanza di 15 chilometri.

ALMA combina i segnali dalla schiera di antenne come un interferometro - funziona come un solo telescopio gigante grande come l'intera schiera. Grazie ai due veicoli di trasporto, gli astronomi possono riconfigurare la posizione delle antenne a seconda del tipo di osservazioni richieste. Diversamente da un telescopio ottico che viene costruito in punto e lì rimane, le antenne sono abbastanza robuste da essere sollevate e trasportate tra le varie basi di cemento senza che questo influisca sull'ingegneria di precisione.

Inoltre, le antenne raggiungono i loro scopi senza la protezione di una cupola o di un edificio protettivo. Le parabole sono esposte alle condizioni ambientali durissime dell'elevata piana di Chajnantor, con forti venti, intensa radiazione solare e temperature che variano tra i +20 e -20 C. Nonostante Chajnantor sia una delle regioni più aride del pianeta, a volte nevica, ma le antenne possono sopportare tutte queste condizioni avverse.


Il video si può scaricare in vari formati dall'archivio video

La produzione dele antenne è stata condivisa dai vari partner di ALMA. L'ESO ha costruito 25 antenne da 12 metri di diametro (con l'opzione di costruirne altre sette), con il consorzio AEM (Alcatel Alenia Space Francia, Alcatel Alenia Space Italia, European Industrial Engineering S.r.L., MT Aerospace). I partner nordamericani hanno costruito 25 antenne da 12 metri con Vertex RSI, mentre le quattro antenne da 12 metri e le 12 da 7 metri di diametro che costituiscono la schiera compatta di ALMA  (Atacama Compact Array) sono state costruite da NAOJ con MELCO (Mitsubishi Electric Corporation).

Oltre alle ovvie differenze di dimensione tra le antenne da 12 e quelle da 7 metri, un attento osservatore noterà subito le sottili differenze nei progetti di ciascun partner. In realtà tutte le antenne rispettano le specifiche tecniche rigorose e lavorano insieme senza intoppi, una parte di un tutto. Queste antenne d'avanguardia, combinate a formare un solo telescopio rivoluzionario, riflettono la natura cooperativa del progetto globale di ALMA.