• La radiazione di fondo (CMB - fondo cosmico a microonde).


    Confronto delle risoluzioni dei satelliti Cobe(1989), WMAP (2003), Planck (2009).

    Passaggio, 380.000 anni dopo il Big Bang, dal plasma primordiale ai primi atomi di H, He, Li.

    I satelliti che hanno datato l'universo con sempre maggiore precisione.

    Arno Penzias e Robert Wilson, ingegneri di una compagnia telefonica statunitense, scoprirono casualmente, nel 1964, la radiazione cosmica di fondo (CMB - fondo cosmico a microonde) mentre lavoravano con un nuovo tipo di antenna satellitare; si trattava di uno strumento derivato dai sistemi radar militari messi a punto dai Bell Labs durante la guerra, ovvero di un'antenna a tromba costruita nel 1942 e successivamente modificata nel 1960, con un radiometro differenziale per microonde che puntava i satelliti per telecomunicazioni Echo-1 e Telstar e che aveva la forma di un orecchio.
    Il loro compito era di regolare l'antenna per eliminare i segnali di disturbo che impedivano una buona ricezione dai satelliti. I due captarono un rumore di origine ignota, un disturbo con frequenze caratteristiche delle microonde e di intensità costante. Pensando che la strumentazione (un'antenna a corno di qualche metro di lunghezza) non funzionasse bene, lavorarono per correggere eventuali difetti, sfrattando anche una coppia di piccioni che aveva fatto dell'antenna la loro casa; tuttavia i disturbi erano ancora presenti, anche dopo aver mandato via i piccioni per la seconda volta (qualcuno dice che la coppia sparì in seguito ad un arrosto di piccione). Le interferenze sembravano inoltre provenire da tutte le direzioni compreso lo spazio. Ignari della natura del fenomeno, i due si rivolsero a Robert Dicke della Princeton University, il quale si rese immediatamente conto che quel rumore altro non era che la radiazione cosmica di fondo ipotizzata negli anni quaranta dall'astrofisico George Gamow.
    Dicke e Peebles, proprio in quel periodo, stavano studiando alcuni dati che riguardavano la teoria del Big Bang, formulata nel 1931, da Georges Lemaître, fisico e sacerdote cattolico belga, dopo l'osservazione di Hubble (1929) che le galassie si allontanavano da noi tanto più velocemente quanto più erano distanti (velocità di recessione); quella del Big Bang, in quel periodo, era una delle due teorie più accettate per spiegare l'origine dell'universo. Mancavano prove sperimentali, proprio quelle che casualmente i due radioastronomi avevano scoperto e che Gamow (1904-1968) aveva previsto nel 1948 assieme ad Alpher. La teoria del Big Bang sosteneva che in uno stadio molto precoce di formazione dell'universo, comunque meno di 380.000 anni dopo il Big Bang, materia e radiazione fossero connesse e in equilibrio termodinamico e che solo dopo tale periodo (disaccoppiamento) ciascuna delle due avrebbe seguito un percorso diverso: la materia avrebbe formato stelle, nebulose, galassie; la radiazione, invece, si sarebbe gradualmente raffreddata fino ad arrivare, oggi, ad una temperatura di circa 3K cioè -270°C, rivelabile nelle microonde. Proprio quello che Penzias e Wilson avevano casualmente scoperto. I due, per questa scoperta, furono insigniti, nel 1978, del premio Nobel per la fisica.
    Varie missioni come COBE, WMAP e PLANCK hanno studiato il CMB. Il satellite Cobe, lanciato dalla Nasa il 18 novembre 1989, ha trovato che la radiazione di fondo ha uno spettro di corpo nero ad una temperatura di 2,726 kelvin, e delle anisotropie che possono spiegare l'origine di galassie ed ammassi.
    Il satellite WMAP, lanciato il 30 giugno 2001, ha calcolato l'età dell'universo in 13,73±0,12 miliardi di anni, con una costante di Hubble di 70,1±1,3 km·s−1·Mpc−1. Esso ha una composizione del 4,6% di materia barionica ordinaria, del 23% di materia oscura di natura sconosciuta che non assorbe o emette luce, del 72% di energia oscura la quale accelera l'espansione e infine meno dell'1% di neutrini.
    Planck, satellite lanciato il 22 aprile 2009, ha osservato le anisotropie del fondo cosmico a microonde su tutto il cielo con sensibilità e risoluzione finora mai raggiunte; ha rilevato l'esistenza di una popolazione di galassie, altrimenti invisibili, a miliardi di anni indietro nel tempo. Avvolte nella polvere, in esse si formavano stelle a un ritmo vorticoso, da 10 a 1000 volte più rapido di quello che possiamo osservare oggi nella nostra galassia. Si tratta di misure mai effettuate prima a queste lunghezze d'onda. Ha operato fra 30 e 857 GHz utilizzando i suoi due strumenti al fuoco di un telescopio di 1.5 m di diametro. In particolare, in 7 dei suoi 9 canali di frequenza (quelli fra 30 e 353 GHz) ha realizzato le mappe delle anisotropie non solo in temperatura ma anche in polarizzazione. (da wikipedia)



  • Il telescopio spaziale Hubble.


    La nebulosa Testa di Cavallo nella costellazione di Orione.

    Il braccio robotico manovrato dagli astronauti dello Shuttle.

    Una delle più belle galassie fotografate da Hubble: Sombrero.

    Da sempre gli astronomi cercano di vedere più lontano; nel 1990, con il lancio di Hubble, che opera nello spazio, dunque senza i problemi legati alla turbolenza atmosferica, questo sogno si è realizzato. Hubble ha contribuito a determinare l'età dell'universo, l'identità dei quasar e l'esistenza dell'energia oscura; ha inoltre mostrato agli scienziati galassie in tutte le fasi di evoluzione, comprese quelle presenti quando l'universo era ancora giovane, aiutandoli a comprendere come esse si formano. Il telescopio è uno strumento per l'intera comunità astronomica; qualsiasi astronomo al mondo può presentare una proposta e l'orario della richiesta sul telescopio.
    Hubble, a 569 km sopra la superficie della Terra, risolve il problema dell'assorbimento atmosferico di determinate lunghezze d'onda della radiazione, come ultravioletti, raggi gamma e raggi X, prima che possano raggiungere la Terra. Compie un giro intorno alla Terra ogni 97 minuti ed ha uno specchio primario di 94,5 pollici (2,4 metri) di diametro. Questo specchio è piccolo rispetto a quello dei telescopi terrestri attuali, che possono essere 400 pollici (10m), ma la sua posizione oltre l'atmosfera dà notevole chiarezza. L'idea del telescopio spaziale nasce nel 1923, quando lo scienziato tedesco Hermann Oberth, uno dei fondatori della missilistica, suggerisce di inviare un telescopio nello spazio a bordo di un razzo. Nel 1946, Lyman Spitzer Jr., un astrofisico americano, scrisse un documento che proponeva un osservatorio spaziale. Egli passò i successivi 50 anni a lavorare per rendere il telescopio spaziale una realtà. Spitzer ha contribuito a stimolare la NASA ad approvare il grande progetto Space Telescope nel 1969.
    Nel 1974, il gruppo di lavoro sul progetto ha suggerito un telescopio con una serie di strumenti intercambiabili. Essi sarebbero in grado di risolvere almeno un decimo di secondo d'arco e lo studio di lunghezze d'onda che variavano dai raggi ultravioletti alla luce visibile e infrarossa. Lo Shuttle sarebbe stato utilizzato per mettere in orbita il telescopio e farlo tornare sulla Terra per le riparazioni e la sostituzione degli strumenti, o per la manutenzione nello spazio. Nel 1975, l'Agenzia spaziale europea ha iniziato a lavorare insieme con la NASA e nel 1977, il Congresso ha approvato il finanziamento per il telescopio. L'impresa ha coinvolto imprenditori, università e centri privati nello sforzo con la NASA. Il telescopio spaziale è stato chiamato Hubble, in onore dell'astronomo americano Edwin Hubble il quale aveva dimostrato che le macchie sfocate di luce nel cielo notturno erano in realtà altre galassie, e che l'universo si stava espandendo.
    Il lancio di Hubble era previsto per ottobre 1986, ma il 28 gennaio 1986, lo Space Shuttle Challenger esplose dopo poco più di un minuto di  volo. I voli della navetta furono interrotti per due anni. Il 24 aprile 1990, Hubble finalmente è stato lanciato in orbita a bordo dello Space Shuttle Discovery. Quasi subito dopo la messa in orbita è apparso chiaro che le immagini erano sfocate. Lo specchio primario di Hubble, aveva una falla chiamata "aberrazione sferica". Il piccolo difetto, circa 1/50 dello spessore di un foglio di carta, è stato sufficiente a distorcere le immagini. Il 2 dicembre 1993, la Space Shuttle Endeavor portava un equipaggio di sette astronauti in orbita per una missione che avrebbe comportato cinque giorni di passeggiate spaziali e le riparazioni. Furono sostituiti il fotometro ad alta velocità, la fotocamera originale Wide/Planetary Camera, i pannelli solari, tappi fusibili, e altro hardware. La NASA ha rilasciato le prime immagini con le nuove ottiche fisse di Hubble il 13 gennaio 1994.
    Hubble sarebbe stato soggetto a manutenzione e riparato più volte in seguito. Ogni volta che gli astronauti effettuavano una missione di manutenzione, svolgevano anche un lavoro di routine di riparazione-fissaggio di pannelli solari e coperte termiche, e aggiornamento delle attrezzature. Una nuova missione di manutenzione di Hubble era in programma per il 2006. Ma il 1° febbraio 2003, lo Space Shuttle Columbia, di ritorno da una missione di ricerca, esplose al rientro nell'atmosfera terrestre.
    La missione di manutenzione fu spostata, pertanto, al maggio 2009. Gli astronauti aggiornarono il telescopio con numerosi nuovi strumenti. Attaccarono anche un meccanismo che permetterà ad un modulo robotico di connettersi ad Hubble, in futuro, al fine di guidare il telescopio nel rientro a Terra. Essa prevedeva di estendere la vita di Hubble almeno al 2013. Come il progresso va avanti, i componenti di Hubble si degradano lentamente fino al punto in cui il telescopio smette di funzionare. Quando ciò accadrà, Hubble continuerà a orbitare attorno alla Terra fino a quando la sua orbita si abbasserà, permettendogli così di cadere a spirale verso la Terra. Anche se la NASA inizialmente ha sperato di portare Hubble sulla Terra per la visualizzazione in un museo, il prolungamento della vita del telescopio l'ha posta oltre la data di sospensione del programma Space Shuttle. Hubble è stato progettato specificamente per funzionare con la navetta spaziale, in modo che il veicolo sostitutivo possa essere in grado di tornare a terra. Una missione robotica dovrebbe contribuire al cambiamento dell'orbita di Hubble, guidando i suoi resti con un tuffo nell'atmosfera e nell'oceano.
    Ma l'eredità di Hubble, le sue scoperte, il suo successo nel mostrarci l'universo in dettaglio senza precedenti, continuerà a vivere. Gli scienziati si baseranno sui dati di Hubble per anni, mentre continuano nella loro ricerca per comprendere il cosmo, una ricerca che ha raggiunto la chiarezza, la messa a fuoco, e il successo grazie al lavoro di Hubble. (da un documento della NASA)