Catturare le onde radio cosmiche con il radiotelescopio Ska
luglio/agosto 2021
Osservare il cielo è un’attività che accomuna le più antiche civiltà. Dopo che il pensiero scientifico ha iniziato a farsi largo nella cultura, la più moderna declinazione di questa attività umana, denominata «astrofisica», ha assunto anche il ruolo di stereotipo della cosiddetta «scienza di base». È ancora valida questa classificazione? E come si pone oggi questa disciplina nel confronto con la cosiddetta «scienza applicata», che, in un contesto di rilancio e resilienza, potrebbe assurgere a un ruolo dominante nel futuro prossimo? La domanda diventa ancora più stringente in tempi in cui l’Italia è diventata uno dei principali sostenitori del costruendo radiotelescopio ska, uno dei più costosi progetti di astrofisica da Terra di questo inizio di millennio. La natura e le ragioni fondanti di questo poderoso strumento sono qui descritte e contestualizzate da Andrea Possenti, astrofisico dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e da anni coinvolto nel progetto, che vede appunto nell’Inaf l’attore principale.
Andiamo con ordine: i radiotelescopi sono antenne costruite per catturare le onde radio emesse da una serie di processi fisici che hanno luogo nel cosmo. Siccome le onde radio cosmiche arrivano da molto lontano, esse sono debolissime e quindi servono sistemi di antenne grandi e complessi. Più numerose ed estese sono le antenne, più precise sono le informazioni che si riescono a ottenere circa la natura delle sorgenti dell’emissione delle onde radio. Di qui l’idea di un progetto come l’Osservatorio ska, che si avvarrà del più grande insieme di antenne mai concepito. Circa 200 antenne a disco saranno installate nel deserto di Karoo, in Sud Africa. Esse saranno simili alle parabole che ben conosciamo per la ricezione dei canali televisivi, ma con diametro molto maggiore di quelle che vediamo sui tetti delle nostre case (15 metri ciascuna) e posizionate in un’area di circa 130 km di raggio. Altre 130.000 antenne, tutte di piccole dimensioni e con una forma simile a un albero di Natale domestico, verranno invece distribuite nel deserto dell’Australia dell’Ovest, su una regione con diametro di circa 80 km.
9 terabyte di dati in ogni secondo
Non contano però soltanto le dimensioni totali del sistema di antenne; a rendere rivoluzionario questo strumento sarà la sua capacità di catturare ed elaborare una quantità enorme di informazioni. Circa 9 terabyte di dati verranno prodotti in ogni secondo di osservazione, e trasferiti in tempo reale a due super-computer. Per effettuare la connessione delle antenne con i suddetti super-computer saranno posati cavi in fibra ottica di lunghezza totale pari a due giri completi della Terra e tenere tutto acceso richiederà una potenza elettrica complessiva pari a circa 10 milioni di watt, forniti da fonti di energia riciclabile prodotta in vicinanza delle antenne. Mentre i dati saranno raccolti in modo semi automatizzato ai due siti dell’Osservatorio ska, la loro analisi raffinata sarà effettuata successivamente dagli astrofisici presso una serie di «Centri Regionali», di livello nazionale o continentale. Tali Centri dovranno disporre di ulteriore potenza computazionale, nonché di straordinarie capacità nell’archiviazione dei dati: circa 700.000 terabyte di dati dovranno venire stivati in modo permanente ogni anno.
Dopo circa 20 anni di studi e di fase progettuale, la costruzione dell’Osservatorio inizierà fra poche settimane e richiederà complessivamente circa un decennio. A oggi 16 Paesi sono coinvolti nel progetto, cooperanti secondo regole di diritto sovranazionale approvate dai rispettivi Parlamenti. Il quartier generale è localizzato vicino a Manchester, in Inghilterra. Il costo complessivo si attesta su 1,9 miliardi di euro per il decennio 2021-2031, inclusivo del budget per il funzionamento durante i primi anni di attività. L’Italia, tramite l’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf), contribuirà per circa il 6% del costo complessivo, ossia 100 milioni di euro, già garantiti da una legge dello Stato. Di là dall’aspetto pecuniario, il ruolo del nostro Paese è stato però fondamentale anche a livello tecnologico e scientifico, con particolare riferimento alla progettazione delle antenne che saranno installate in Australia, all’ideazione del software di controllo delle antenne a disco che saranno poste in Sud Africa, e molto altro software legato all’analisi e immagazzinamento dei dati.
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