COM’É FATTO EUCLID? /
IL SATELLITE
EUCLID
IL SATELLITE
Euclid è un telescopio spaziale dell’ESA progettato per studiare la materia oscura e l’energia oscura: due componenti misteriose che compongono il 95% dell’Universo. Per fare questo, Euclid osserverà miliardi di galassie su circa un terzo del cielo.
Com'è fatto euclid?
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SGS
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Payload
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Korsch
IL SEGMENTO DI TERRA DELLA MISSIONE EUCLID
In tutte le missioni spaziali, la componente essenziale per analizzare i dati è il segmento di terra (in inglese Science Ground Segment, da cui SGS): l’infrastruttura hardware e software che si occupa di processare i dati acquisiti dallo strumento in “volo” nello spazio.
L’SGS di Euclid analizzerà e catalogherà oltre un miliardo di sorgenti luminose raccogliendo più di 100 PetaByte di dati in 5 anni di osservazioni: l’equivalente di più di 1 milione di videogiochi di nuova generazione!
Per gestire tutti questi dati, l’SGS sfrutterà le risorse distribuite in una rete di 11 centri di calcolo tra Europa e USA. Uno di questi si trova in Italia, presso l’Osservatorio Astronomico di Trieste dove un team di ricercatori si occupa di preparare e testare gli algoritmi di analisi utilizzando il supercomputer della società Altec di Torino.
Euclid ospita due strumenti: “macchine fotografiche” estremamente accurate che acquisiranno immagini contenenti decine di milioni di galassie in tutto il cielo. Da queste immagini verranno estratti i parametri che permetteranno di verificare in dettaglio le equazioni della cosmologia che descrivono l’evoluzione dell’Universo.
Il passaggio da immagini a numeri da usare nelle equazioni è l’elemento chiave dell’analisi scientifica della missione. Per ogni galassia all’interno di ogni immagine è necessario misurare con estrema precisione posizione, luminosità e distribuzione della luce, sia spazialmente che nelle varie frequenze luminose, cioè misurarne lo spettro. Prima di tutto le immagini devono essere ripulite da rumore ed effetti strumentali: come tutte le macchine fotografiche, anche gli strumenti di Euclid non sono perfetti e bisognerà tenerne conto.
MODULO DI PAYLOAD
La parte del satellite Euclid chiamata Payload è costituita dal telescopio, l’occhio della missione, e dai ricettori dei segnali: i due strumenti scientifici VIS e NISP. Lo specchio primario del telescopio, che ha un diametro di m1,2, fornisce immagini nitidissime su una regione di cielo pari al diametro della luna piena, in una sola fotografia.
Il telescopio, formato dallo specchio primario, dallo specchio secondario e dalla struttura di supporto è costruito in Carburo di Silicio (SiC): un innovativo materiale ceramico poco sensibile alle variazioni di temperatura.
Lo schema ottico scelto per Euclid è chiamato Korsch fuori asse – scelto per le sue ridottissime aberrazioni ottiche unite ad un grande campo di vista – è alloggiato all’interno di uno schermo di radiazione cilindrico bianco, per schermarlo dai segnali spuri che potrebbe ricevere da zone di cielo diverse dalla direzione di osservazione.
La tenue luce delle galassie, raccolta dal telescopio, è quindi inviata, tramite un sistema di ottiche di rinvio, ad uno specchio speciale, il dicroico, che riflette la luce visibile (quella che gli occhi percepiscono) verso lo strumento VIS e si lascia attraversare dalla radiazione infrarossa che raggiunge lo strumento NISP.
TELESCOPIO KORSCH
Euclid è costituito da un telescopio in configurazione Korsch con tre specchi in carburo di silicio di cui quello primario da 1,2m e con una lunghezza focale di 24,5m e campo visivo di 1,25×0,73 gradi quadrati.
E’ progettato per fornire un ampio campo visivo. Il telescopio dirige la luce a due strumenti tramite un filtro dicroico nella pupilla di uscita.
La luce riflessa viene condotta allo strumento per la misura della luce nella banda del visibile (detto VIS) e la luce trasmessa dal dicroico raggiunge lo strumento per la misura nella banda del vicino infrarosso (detto NISP) che contiene uno spettrometro senza fenditura e un fotometro a tre bande.
Entrambi gli strumenti coprono un ampio campo visivo comune di ~0,54 gradi quadrati.
VISIBLE IMAGER (VIS)
VIS è dotato di 36 CCD. Misura le forme delle galassie con una risoluzione migliore di 0,2 arcsec con pixel di 0,1 arcsec in un’ampia banda della luce visibile.
NEAR INFRARED SPECTRUM (NISP)
Il fotometro NISP contiene tre bande nel vicino infrarosso (NIR), che impiegano 16 rilevatori NIR HgCdTe con pixel da 0,3 arcsec. Lo spettroscopio di NISP opera nell’intervallo di lunghezze d’onda 1,1-2,0 micron con una risoluzione spettrale media λ/Δλ ~ 250, impiegando pixel di 0,3 arcsec.
Il Modulo di Servizio (SVM)
In inglese Service Module (SVM), il Modulo di Servizio ospita tutte le funzioni vitali e di servizio per il corretto funzionamento del satellite. Una rigida struttura meccanica in fibra di carbonio è costituita da un cono centrale, che alloggia i serbatoi di gas per la propulsione e alcune nicchie laterali, chiuse da pannelli in fibra di carbonio.
Su questi ultimi sono montati i cosiddetti sottosistemi di bordo. Guardiamo i principali:
- la memoria di massa a stato solido, capace di raccogliere fino a 2.6 Tbit di dati. Il computer di bordo riceve i comandi e controlla tutte le unità elettroniche di Euclid, tra cui anche il sistema di telecomunicazioni: questo è in grado di trasmettere, con un’antenna parabolica montata all’esterno del SVM, a 55 Mbit/s verso terra, distante 1.5 milioni di chilometri, l’enorme quantità di dati scientifici raccolti dagli strumenti. Da notare che le immagini del cielo vengono compresse e, nel caso di NISP, pre-analizzate a bordo.
- il sistema di controllo dell’assetto, che deve controllare con grandissima stabilità il puntamento del satellite. Per raccogliere la tenue luce delle galassie e avere dettagli nitidissimi, le singole immagini sono raccolte con esposizioni di oltre 10 minuti, in cui il telescopio non deve praticamente né muoversi né vibrare; per questo è stato montato anche un sistema di compensazione meccanico dei movimenti degli elementi di bordo.
Un altro pannello del SVM ospita le quattro unità elettroniche di controllo e analisi dati di VIS e NISP: queste costituiscono il cervello dei due strumenti, comandando e ricevendo le immagini dai rivelatori e comunicando con gli scienziati del centro di controllo a terra.
Come si muove il satellite?
Le grandi rotazioni si ottengono attivando un sistema di ruote di reazione: il satellite ruota in verso opposto a quello delle ruote. Per le traslazioni e i movimenti fini, all’esterno del SVM sono montati i trusters. Questi attuatori, orientati in direzioni diverse, consentono di muovere il satellite attraverso l’emissione di gas ad alta velocità, sia per i grandi movimenti necessari al mantenimento dell’orbita, sia per il puntamento fine.
ANTENNA DI CONTROLLO
Deputata alla gestione dei dati di funzionamento e dei comandi.
ANTENNA DI TRASMISSIONE
Invierà i dati scientifici al SGS per lo stoccaggio e l’elaborazione. Campo visivo comune: ~0,54 deg²
Quantità dati: 100 Petabyte
N. Specchi: 3 in carburo di silicio
Diametro telescopio: 1,2m
Campo visivo: ~1,25x0,73 deg²
Lunghezza Focale:: ~24,5m
N. CCD del VIS: 36
Massa totale: 2020 kg
Consumo energetico: 1920 W
Risoluzione CCD del vIS : 0,2 arcsec
Pixel CCD : 0,1 arcsec
N.Bande NIR: 3
N.Rilevatori NIR: 16 HgCdTe a 0,3 arcsec px
Lung. d'onda: 1,1-2,0 µm a 0,3 arcsec px
Lung. d'onda:λ/Δλ ~ 250 a 0,3 arcsec px
Cielo extragalattico osservato:15.000 deg²
Rate dati:850 Gbit/gg
Durata missione:6,25 anni
Uno scrutatore di galassie
Con la tecnologia ed i sensori a bordo, in soli 6 anni di missione, scandaglierà un terzo del cielo verso galassie lontane, la cui luce ha viaggiato fino a ben 10 milioni di anni prima di raggiungerci.
Seppur equivalenti a livello di qualità di immagine, il telescopio Hubble impiegherebbe 900 anni per scansionare la stessa porzione di cielo che Euclid osserverà in soli 6 anni.
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CIELO
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MLD ANNI LUCE
3D
MAPPA DELL'UNIVERSO
Perché SI USA SpaceX?
Il lancio del satellite Euclid si è svolto il giorno 1 luglio da Cape Canaveral, a bordo del razzo SpaceX Falcon 9. Perché serve un razzo per questa missione?
I satelliti vengono trasportati da razzi, equipaggiati con sufficiente carburante per spingerli fino alla distanza desiderata da Terra.
I razzi vengono lanciati nello spazio sfruttando un principio scientifico stabilito da Isaac Newton più di 300 anni fa: ad ogni azione corrisponde una reazione eguale e opposta.
Nelle immagini e nei video dei lanci si può notare il flusso di scarico uscire dal retro del razzo. Questo flusso composto da fiamme, gas ad alta temperatura e fumi generatisi dalla combustione del carburante, viene espulso verso il basso dal motore del razzo.
Questo produce di rimando una reazione ed esercita un’accelerazione verso l’alto che viene mantenuta tutto il tempo necessario a imprimere un’accelerazione superiore a quella gravitazionale terrestre, via via sempre più debole.
Carichi più pesanti necessitano di maggiore carburante e, di conseguenza, di razzi più grandi.
Euclid decollerà a bordo del Falcon 9 e verrà trasportato fino al secondo punto lagrangiano, noto come L2, circa 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, dal lato opposto rispetto al Sole.
Qui Euclid sarà posto in un’orbita stabile dove, salvo piccole correzioni saltuarie, sfrutterà l’equilibrio fra la spinta iniziale fornitagli dal razzo e l’attrazione gravitazionale di Terra e Sole.
IL NOME DEL PADRE DELLA GEOMETRIA PER TRACCIARNE QUELLA DELL'UNIVERSO
Euclid ha il compito di mappare la geometria dell’universo attraverso l’osservazione di oltre un miliardo di galassie, del loro redshift e di materia ed energia oscure
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