Lo scorso 31 agosto, presso il telescopio Copernico di Asiago, a oggi il più grande telescopio ottico sul suolo italiano, ha visto la prima luce Ekarus, una nuova piattaforma per l’ottica adattiva unica nel panorama italiano ed europeo. Il progetto nasce dalla collaborazione tra l’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), l’Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales (Onera) e il Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (Lam). L’obiettivo è duplice: creare una base per l’insegnamento dell’ottica adattiva e, contestualmente, promuovere la ricerca e lo sviluppo di strumentazioni adattive per la futura generazione di telescopi. Avviato nel luglio 2025, il progetto ha proceduto a ritmo serrato raggiungendo la prima luce in poco più di un anno, in anticipo di un mese rispetto alla tabella di marcia.
Foto di Ekarus, sul banco ottico al fuoco Coudé del telescopio Copernico. Oltre ai numerosi specchi rigidi, il parallelepipedo nero, visibile sulla destra, è lo specchio deformabile da circa 450 attuatori. Crediti: Davide Greggio/Inaf Padova
«Il progetto nasce da un fortunato allineamento di eventi», dice a Media Inaf Cédric Taïssir Heritier-Salama, ricercatore di Onera e Lam e co-principal investigator di Ekarus. «Da un lato, l’esigenza di salvare Papyrus, il progetto di Lam e Onera di cui Ekarus raccoglie l’eredità. Dall’altro, l’esigenza del network italiano dedicato all’ottica adattiva Adoni di dotarsi di uno strumento che permettesse, al contempo, di condurre test di ricerca e sviluppo on-sky per l’ottica adattiva e di formare le nuove generazioni di studenti interessati a lavorare su questi argomenti».
Come spiega il ricercatore, lo sviluppo di Ekarus ha potuto beneficiare delle competenze maturate nella costruzione e nell’utilizzo di un altro sistema di ottica adattiva, Papyrus, montato all’Observatoire Haute-Provence e gestito dal Lam, attualmente decommissionato. Nello specifico, lo strumento italiano eredita dal cugino d’oltralpe l’hardware e il sistema di controllo in tempo reale per la ricostruzione e la correzione del fronte d’onda.
Ekarus non nasce per competere con i telescopi terrestri giganti da 8 metri e più – che avranno sempre la meglio in termini di nitidezza – ma per offrire una piattaforma modulare ed economica per testare sul campo nuove tecnologie (sensori, specchi, algoritmi) da applicare ai telescopi del futuro, come l’Extremely Large Telescope. Permetterà, infatti, la validazione in cielo di tecniche di ottica adattiva cosiddetta “estrema”, che sacrificano l’ampiezza del campo di vista per concentrare tutta la capacità correttiva su un singolo oggetto al centro dell’immagine, spingendo la nitidezza al limite fisico teorico. Per farlo, sono richiesti un numero densissimo di attuatori (in grado di correggere anche le più piccole micro-turbolenze), un’elettronica di controllo ultra-veloce, con frequenze di correzione di 1-2 kHz e latenze inferiori al millisecondo e un’altissima stabilità meccanica e ottica.
«Guardare lo spazio attraverso l’atmosfera terrestre è un po’ come cercare di distinguere una moneta sul fondo di una piscina agitata: l’aria calda e le turbolenze deviano la luce, rendendo le immagini delle stelle sfuocate e “danzanti”», spiega a Media Inaf Alessandro Ballone, ricercatore all’Inaf di Padova e responsabile del gruppo che lavora al controllo software dello strumento. «L’ottica adattiva è la tecnologia che corregge questo difetto in tempo reale grazie ad alcuni elementi fondamentali».
Il team di Ekarus nella sala di controllo del telescopio Copernico, durante le calibrazioni giornaliere per la prima luce dello strumento. Crediti: Angelie Alagao/Lam
Il primo elemento è il sensore di fronte d’onda (l’occhio), che misura centinaia o migliaia di volte al secondo il modo in cui la turbolenza atmosferica distorce la luce in arrivo. Nel caso di Ekarus è stato scelto il sensore “a piramide“, che sfrutta una piccola piramide di vetro posta sul piano focale e divide il fascio di luce proveniente dalla stella in quattro parti, utilizzate per determinare le distorsioni causate dalla turbolenza atmosferica. Il secondo elemento è il sistema di calcolo in tempo reale (il cervello): calcola quasi istantaneamente la forma “opposta” da dare a uno specchio deformabile per annullare le distorsioni dell’atmosfera. Infine, lo specchio deformabile vero e proprio, con i suoi attuatori (i muscoli). Si tratta di uno specchio sottilissimo spinto, nel caso di Ekarus, da circa 450 piccolissimi pistoncini (gli attuatori, appunto). Questi pistoncini si muovono mille volte al secondo per deformare la superficie dello specchio in modo speculare rispetto alla turbolenza, restituendo un’immagine corretta e nitida.
«Per ospitare Ekarus abbiamo scelto il telescopio Copernico di Asiago, che ha un diametro di 1.82 metri, maggiore rispetto al metro e mezzo del telescopio su cui è montato Papyrus», dice a Media Inaf Davide Greggio, ricercatore all’Inaf di Padova e co-principal investigator di Ekarus. «Questa scelta è stata guidata dal fatto che questo telescopio dispone di un banco ottico dedicato nella stazione focale Coudé, perfettamente idoneo a ospitare sia la struttura attuale sia i futuri upgrade. Inoltre, l’Osservatorio di Asiago, nella sua storica sede del Dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Padova, situata in località Pennar, dispone di un’infrastruttura ideale per ospitare studenti, mettendo a disposizione foresterie, sale per l’insegnamento e salette più piccole per lavori di gruppo».
Nelle notti del 31 agosto e del 1° settembre Ekarus ha finalmente visto la sua prima luce, riuscendo ad apportare correzioni stabili alla turbolenza atmosferica. La preparazione alle osservazioni in cielo comincia però di giorno, con la calibrazione: usando una sorgente artificiale in fibra ottica, si muovono uno a uno i pistoncini dello specchio deformabile per “insegnare” al sistema come reagire. La notte, dopo aver puntato una stella e centrato il campo dal divano della sala di controllo – il sistema è infatti interamente remotizzato – si chiude il loop di correzione: lo specchio inizia a deformarsi fino a mille volte al secondo. Come sorgenti di prima luce sono state scelte stelle brillanti e alte sopra l’orizzonte, tra cui Beta Cassiopeiae (oggetto dell’immagine qui sotto). Queste due condizioni – luminosità della sorgente e altezza in cielo – riducono lo spessore dell’atmosfera attraversato dalla luce, riducono il rumore del sensore e minimizzano la dispersione cromatica dell’aria.
Confronto tra l’immagine della stella Beta Cassiopeiae prima della correzione di ottica adattiva (sinistra) e dopo la chiusura del loop (destra). Crediti: Cédric Taïssir Heritier-Salama (Onera/Lam)
«Quando si attiva il sistema di ottica adattiva, nella camera scientifica si assiste a una vera trasformazione», spiega Greggio. «La “macchia” sfuocata della stella (larga qualche arcosecondo a causa del seeing) si concentra improvvisamente in un punto di luce nitidissimo vicino al limite di diffrazione del telescopio (0.085 arcosecondi nel visibile). Si tratta di un guadagno in risoluzione di 10-20 volte. Sono risultati che superano le aspettative e aprono ottime prospettive per il futuro».
E il futuro di Ekarus è, in parte, già pianificato: a fine settembre sono previste nuove sessioni osservative per acquisire dati e affinare il modello di puntamento del telescopio velocizzando l’ingaggio delle stelle, e verranno testati nuovi algoritmi di controllo basati su reti neurali per la ricostruzione della turbolenza. Seguirà poi l’installazione di un’unità di calibrazione e l’abilitazione del canale infrarosso, mediante l’inserimento di un filtro che invia la luce visibile al sensore di fronte d’onda e la luce infrarossa alla camera scientifica. Nel medio termine sono previsti altri upgrade, tra cui l’introduzione di un nuovo sensore d’onda, alternativo alla piramide, chiamato Bi-O edge, che consentirà di migliorare ulteriormente le prestazioni dell’ottica adattiva estrema di Ekarus. Inoltre, il progetto ha recentemente ricevuto un finanziamento di circa 125mila euro da Inaf, destinato esclusivamente a questo esperimento. Infine, dal 26 al 30 ottobre 2026, durante la scuola Observing with Adaptive Optics, 30 studenti di dottorato avranno la possibilità di utilizzare Ekarus dal vivo durante sessioni di osservazione notturne.