I telescopi da terra, come il futuro Extremely Large Telescope (Elt), possono ottenere immagini nitide del cosmo grazie ai sistemi di ottica adattiva: strumenti in grado di correggere la turbolenza atmosferica che fa tremolare la luce delle stelle e rende sfocate le immagini astronomiche. Morfeo (Multi-conjugate Adaptive Optics Relay For Elt Observations) è un sistema di ottica adattiva di Elt che si avvarrà di specchi deformabili e altri sistemi all’avanguardia, come le stelle guida laser, per correggere la turbolenza atmosferica [ne abbiamo parlato qui su Media Inaf].
Non solo. Morfeo è il sistema di ottica adattiva più grande e complesso mai progettato. È composto da dodici sensori di fronte d’onda e tre specchi deformabili, per un totale di oltre ventimila sotto-aperture e più di seimila attuatori. Controllare un’architettura così complessa rappresenta una sfida unica. Se paragoniamo Elt a un’enorme orchestra e i vari dispositivi di Morfeo ai musicisti, serve la partitura del direttore d’orchestra con le regole necessarie per far suonare ogni strumento.
Rendering di alcuni fra i futuri strumenti di Elt, fra i quali Morfeo. Crediti: Eso
Un articolo pubblicato il mese scorso su Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems descrive in dettaglio la strategia di controllo di Morfeo: la partitura del direttore d’orchestra, la “cabina di regia” del sistema. Senza di questa, la fotocamera di Elt Micado, che lavora in tandem con Morfeo, vedrebbe il cielo completamente sfocato. Per capire meglio le implicazioni di questo lavoro, abbiamo intervistato i primo autore dello studio, Guido Agapito dell’Inaf di Arcetri, che si occupa della progettazione dei sistemi di controllo e delle simulazioni numeriche di Morfeo.
Guido Agapito di Inaf Arcetri. Crediti: G. Agapito/Ao4Elt8
Cosa intendete per “strategia di controllo” di Morfeo?
«Morfeo è un sistema di ottica adattiva di nuova generazione. Quel che abbiamo definito sono i complessi algoritmi che fondono asincronamente i dati di tutte le stelle di guida (sei stelle laser e tre stelle naturali) per guidare lo specchio M4 di Elt e i due specchi deformabili di Morfeo. Non esisteva niente di simile su questa scala e per questo abbiamo sviluppato e adattato appositamente numerosi strumenti logici e algoritmici per orchestrare in perfetta sincronia tutti i sensori e i dispositivi del sistema. In questo modo, Morfeo ed Elt potranno operare in perfetta sinergia per centinaia di notti, producendo una qualità d’immagine e una scienza attualmente inarrivabili per qualsiasi altro telescopio»
Sistema di nuova generazione in che senso? Quali sono le novità di Morfeo?
«Il punto chiave è parliamo di un vero e proprio salto generazionale basato su due fattori: scala e complessità. Da un lato, il sistema è progettato per il telescopio Elt, quattro volte più grande del maggiore telescopio ottico attuale. Dall’altro, la “cabina di regia” si trova a gestire un numero di elementi (sensori e attuatori) cinque volte superiore ai sistemi attuali più complessi. Morfeo deve calcolare le correzioni e far muovere in perfetta sincronia oltre seimila micro-pistoni (gli attuatori degli specchi deformabili) fino a cinquecento volte al secondo, mettendo d’accordo i segnali delle nove stelle guida per gli specchi deformabili. Tutto questo sforzo tecnologico è l’unico modo per raggiungere una qualità ottica e una risoluzione vicine al limite fisico teorico del telescopio. Infine, il sistema deve garantire alta disponibilità e flessibilità, per portare la luce corretta a due fotocamere e spettrografi diversi, ovvero Micado e Harmoni».
Confronto da simulazione numerica delle immagini di una stella (prima riga) e di tre stelle vicine (seconda riga) osservate nei casi di: un telescopio da 8 metri senza ottica adattiva, con ottica adattiva e con Morfeo di Elt da 39 metri. Crediti: G. Agapito/Inaf
Quando sarà operativo questo sistema su Elt?
«La Preliminary Acceptance in Europe è prevista per il 2031. Successivamente, il sistema verrà spedito in Cile per le fasi di integrazione (Aiv) nella Telescope Integration Hall e sulla piattaforma Nasmyth. Le fasi di commissioning porteranno alla Provisional Acceptance , in Cile, mirata per il 2033, per poi concludersi con la Final Acceptance, sempre in Cile, nel 2035».
Qual è stato il contributo dell’Istituto nazionale di astrofisica?
«L’Inaf è l’istituto capofila (lead institute) responsabile dell’intera progettazione, della gestione e della costruzione dello strumento a livello di sistema. Questo darà un incredibile ritorno scientifico. L’Inaf si è assicurato la stragrande maggioranza del tempo garantito di osservazione (Gto), quasi ottanta notti su un totale di centocinque, in parte grazie agli investimenti fatti con i fondi Pnrr Stiles, fondamentali per la realizzazione del secondo specchio deformabile (Dm2)».
E adesso cosa si fa? In attesa che il sistema arrivi sul telescopio nel 2031, state fermi ad aspettare?
«Assolutamente no. Abbiamo il progetto, la partitura ma ora dobbiamo iniziare le prove: nei prossimi mesi lavoreremo su un componente per volta, facendo cioè suonare una singola traccia della partitura. Per esempio, ad Arcetri inizieremo a lavorare con i sensori di fronte d’onda che dovranno catturare la luce di stelle debolissime. Poi piano piano metteremo insieme ogni elemento, fino ad avere l’orchestra completa per iniziare finalmente le prove generali. Orchestra che non è solo dentro Morfeo: è anche nella parte umana del progetto. Questo lavoro, ci tengo a sottolinearlo, è il frutto di una grandissima collaborazione: un’orchestra molto affiatata che ha passato mesi a testare algoritmi, elaborare strategie e scovare punti deboli tramite un confronto continuo, fondamentale per uno strumento di questa portata».
Per saperne di più:
- Leggi su Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems l’articolo “Morfeo control strategy”, di G. Agapito, L. Busoni, C. Plantet, G. Carlà, A. Puglisi, J.P. Véran, M. Falotico, G. Umbriaco, E. M. A. Redaelli e P. Ciliegi