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Titolo: Telescopio da 400 metri

FIRST "LIGHT" FOR CHARA INTERFEROMETER
On November 23rd, the hallowed grounds of Mount Wilson Observatory in
California made history again. There astronomers from Georgia State
University successfully combined the light from two widely separated
1-meter telescopes, creating an optical interferometer. The combined light
beams created series of interference fringes of the double stars Sirius,
Alphard (Alpha Hydrae), and Gamma Eridani, which showed that the system was
working as designed. "This is the major milestone we've been working toward
since ground was broken in 1996," exulted Harold McAlister, who directs the
Center for High Angular Resolution Astronomy. "We now have evidence that
the [six-telescope] array will live up to our expectations." The remaining
four telescopes will be installed this winter. Then light beams from all
six collectors will then be relayed through vacuum piping to a central
combiner. Once completely operational, the CHARA array will act like a
single telescope 400 meters across and should be able to resolve details in
astronomical objects down to one-millionth of a degree (0.004 arcsecond).
Molti avranno gia' letto il messaggio che riporto  da S&T. November
Bulletin.
Domanda per gli esperti: come e' possibile che sei specchi da 1 metro, sia
pure disposti opportunamente (immagino come i petali di un fiore) ed ad una
certa distanza fra di loro, possano equivalere ad un telescopio di 400 m. di
diametro?
Se non ho capito male io, ma temo sia cosi', si tratta di una rivoluzione
senza precedenti dell'ottica astronomica.
La mia fantasia sta galoppando: con qualche milione mi compero sei
Konuspace, li unisco assieme (ma come faro' a fondere sei immagini in una
sola? Boh !?), poi faccio concorrenza al Keck.
O no?
Graditi i commenti.
Antonio Zanardo

 diametro?


 writes:
AZ> Domanda per gli esperti: come e' possibile che sei specchi da 1 metro,
AZ> sia pure disposti opportunamente (immagino come i petali di un fiore)
AZ> ed ad una certa distanza fra di loro, possano equivalere ad un
AZ> telescopio di 400 m. di diametro?
Pensa  ad  un specchio  monolitico  di 400  m  di  diametro (supponendo  di
riuscire a costruirlo e di montarlo  senza che si deformi) e coprilo con un
diaframma in cui hai ritagliato sei fori  di 1 m lungo il bordo: la risolu-
zione rimane quella di uno specchio da 400 m, solo che la quantita` di luce
raccolta e` quella di uno da 2.45 m.
Se prendi sei specchi separati e  riesci a disporli in modo che occupino le
stesse posizioni  delle sei parti diaframmate  di cui sopra  (con le stesse
tolleranze, molto ridotte),  dal punto di vista della  luce che li colpisce
non e` cambiato nulla: il segnale di ciascuno specchio e` in fase con quel-
lo degli altri  ed e` possibile percio` formare  un'immagine di diffrazione
unica, equivalente a quella di uno specchio monolitico ideale.
Il concetto e` quindi semplice, ma sorgono enormi difficolta` a metterlo in
pratica: le tolleranze sono  ridottissime, ed e` problematico poi mantener-
le; da un  lato ci sono le inevitabili  deformazioni meccaniche e termiche,
dall'altro c'e`  l'atmosfera che  modifica costantemente le  proprie carat-
teristiche, distorcendo il fronte d'onda  che cosi` non arriva piu` in fase
ai vari specchi (o parte dello  specchio: anche uno specchio unico di 400 m
avrebbe gli  stessi problemi), che  si comportano cosi` come  strumenti tra
loro indipendenti.
A questo  aggiungi che i sei  specchi, quando inquadrano  parti diverse del
cielo, non si muovono come  le parti diaframmate dell'ipotetico specchio da
400 m: loro  restano sempre a terra, per cui  nel formare l'immagine finale
occorre tener conto  di questo sfasamento aggiuntivo che  dipende dal punto
del cielo inquadrato in ogni istante.
Rispetto ai punti precedenti questa parte e` comunque "facile": basta farla
fare  ad un calcolatore;  l'agitazione atmosferica  e le  deformazioni sono
invece molto piu` difficili da  calcolare e gestire, soprattutto perche' le
tolleranze  sono micrometriche e  la turbolenza  atmosferica ha  effetti di
grandezza comparabile o superiore a quella delle grandezze da misurare.
In campo radio, invece, le cose sono piu` facili perche' le lunghezze d'on-
da in  gioco sono migliaia  (o milioni) di  volte piu` grandi, e  quindi le
tolleranze sono analogamente maggiori.  L'atmosfera, inoltre, non influisce
che in minima parte sulla  propagazione del fronte d'onda: ecco perche' gli
interferometri radio sono usati da molti piu` anni di quelli ottici.
Saluti,
Luca Polo.
-- 
  |~~~~~~~~~~~~~~~ 
Luca...@gest.unipd.it
  (
http://www.gest.unipd.it/~jake
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   Associazione Astrofili del Basso Vicentino "Edmund Halley" - Sossano (VI)
 
http://www.gest.unipd.it/~jake/aabv
 o 
http://astrolink.mclink.it/ass/aabv

 Luca Polo.
    Ringrazio, in ordine di intervento, Ghione e  Luca Polo, per le
esaurienti risposte fornite.
    Ho pero' un ultimo dubbio che vorrei fosse chiarito:
Nel caso di un binocolo, la risoluzione complessiva dello strumento e'
legata alla distanza fra gli obiettivi, oppure ciascun obiettivo si comporta
come uno strumento singolo, e quindi la sua risoluzione dipende solo dal
diametro del singolo obiettivo?
    In altre parole, agli effetti del potere risolvente del sistema, che
differenza esiste fra il "sommare" prima con qualche artificio le immagini
provenienti da due ottiche separate per poi osservarle come un'immagine
unica, ed invece  il  "ricomporre" a posteriori nel cervello in un'unica
immagine (grazie alla visione binoculare) quelle che in origine sono a tutti
gli effetti due immagini separate?
    Spero di essere stato chiaro.
Ringrazio ancora per le eventuali risposte.
Antonio Zanardo

 writes:
AZ> Nel caso di un binocolo, la risoluzione complessiva dello strumento e'
AZ> legata alla distanza fra gli obiettivi, oppure ciascun obiettivo si
AZ> comporta come uno strumento singolo, e quindi la sua risoluzione
AZ> dipende solo dal diametro del singolo obiettivo?
Buona la seconda,  sia perche' i due sistemi ottici non  sono "in fase" tra
loro, sia perche' le due immagini poi vengono inviate a due occhi differen-
ti (se cosi` non fosse, o hai un binocolo strano, o ti conviene farti vede-
re dall'oculista... :-)).
Per usare il  binocolo come inteferometro ottico bisognerebbe  che i fuochi
dei due obiettivi cadessero nello stesso punto, con precisione micrometrica
(se la distanza tra gli obiettivi non supera pochi decimetri, la turbolenza
atmosferica non dovrebbe incidere). I due obiettivi dovrebbero anche essere
il piu` possibile  identici, o le sempre presenti  aberrazioni avrebbero un
effetto distruttivo sulla coerenza dei fronti d'onda.
Certo, con  quel che costerebbe  la sola parte  meccanica, a quel  punto ti
prendi un telescopio  con un diametro *reale* almeno  pari a quello equiva-
lente dell'interferometro cosi` costruito...
AZ> In altre parole, agli effetti del potere risolvente del sistema, che
AZ> differenza esiste fra il "sommare" prima con qualche artificio le
AZ> immagini provenienti da due ottiche separate per poi osservarle come
AZ> un'immagine unica, ed invece il "ricomporre" a posteriori nel cervello
AZ> in un'unica immagine (grazie alla visione binoculare) quelle che in
AZ> origine sono a tutti gli effetti due immagini separate?
Nel primo caso  ottieni un'immagine che contiene gia`  in partenza una mag-
giore quantita`  di informazione  (dovuta alla maggior  risoluzione equiva-
lente del sistema), mentre nel secondo caso ad ogni occhio arriva la stessa
informazione (in  quantita` inferiore, pero`), per cui  anche la successiva
elaborazione del cervello  non puo` reintegrare cio` che  mancava fin dall'
inizio.
La spiegazione e` piu` "informatica"  che fisica (il mestiere, sai com'e`),
ma spero sia sufficientemente chiara.


 Luca Polo.
Ricambio i saluti.
Antonio Zanardo