SOTTO L’ANTENNA (considerazioni radioastronomiche)

Area di Ricerca SETI

SOTTO L’ANTENNA

considerazioni radioastronomiche

Premessa

Nella stesura di questo articolo ho voluto mettere in evidenza gli enormi passi avanti fatti dalla scienza, iniziati quattrocento anni fa; cioè quando Galilei Galilei diede il via allo studio del cielo. Oggi, alla ricerca in banda ottica, si è aggiunta la ricerca in banda radio: la Radioastronomia, la quale rende ancora più facile la ricerca di vita intelligente nello Spazio.

Con il suo cannocchiale, Galileo Galilei aveva provocato una rivoluzione rapida: era sorta l’alba della scienza! L’uomo di quei tempi conosceva l’Universo osservandolo soltanto attraverso la finestra del visibile, in quanto non vi erano altri strumenti utili per osservare il cielo su altre finestre dello Spettro Elettromagnetico. Ma, quale è il significato di “Finestre”? Va detto che l’Atmosfera Terrestre è opaca a quasi tutte le radiazioni elettromagnetiche. Infatti lunghezze d’onda come i Raggi Gamma e i Raggi X, capaci di attraversare corpi solidi, non riescono ad attraversare il denso spessore dell’Atmosfera della Terra. Così come avviene per le Radiazioni Infrarosse e per le Microonde, le quali, per la maggior parte, vengono assorbite dall’Atmosfera; per nostra fortuna! Per cui esistono soltanto tre Finestre trasparenti nell’Atmosfera: la Finestra Ottica che comprende la luce visibile, brevi tratti di Infrarosso e di Ultravioletto; ed a questo va aggiunta la Finestra Radio, che comprende la lunghezza d’onda dei 15 metri. Tuttavia non ci sono confini tra le tre Finestre, a loro volta subordinate alle condizioni meteorologiche, dalle condizioni ionosferiche, condizionata dall’attività del Sole. Mentre la Finestra sempre aperta è quella radio, con un range che va tra i 3 m. ai 3 cm; aperta, in qualsiasi momento, in ogni stagione ed a ogni fase del ciclo solare. Per cui, quando l’ingegnere Karl Jansky, nel 1931 scoprì per puro caso questi aspetti scientifici, si rese conto che, utilizzando la sua antenna, aveva la possibilità di osservare l’Universo di giorno e di notte, con il sereno e con la pioggia, e ricevendo, per la prima volta, segnali radio provenienti dal centro della Via Lattea. Ma ripercorriamo la storia all’indietro. Che ci faceva Jansky con quella enorme antenna che lui, scherzosamente, chiamò la giostra? Ci troviamo a Holmdel, nel New Jersey, e i dirigenti della Bell Telephone Corporation, azienda leader per le telecomunicazioni, convocarono l’ingegnere Karl Guthe Jansky per cercare di risolvere un fastidioso rumore che interferiva le comunicazioni telefoniche. Così, il giovane ingegnere americano si mise subito all’opera: costruì la sua “giostra” sterzabile in qualsiasi direzione e sintonizzata sulla frequenza di 20,5 Mhz. Ed ecco che, dopo una serie di puntamenti e misure, scoprì che la sergente del rumore era localizzata nella costellazione del Sagittario, ovvero in direzione della Via Lattea. Karl Jansky, inaspettatamente, aveva scoperta il residuo della grande esplosione del Big Bang avvenuta 13,8 miliardi di anni fa; oggi misurata a circa tre Jansky. E quando Jansky si rivolse alla Bell Telephone Corporation per la richiesta di un finanziamento per un nuovo progetto di ricerca su quanto aveva scoperto, il progetto gli fu bocciato e Jansky non se ne occupò mai più. Comunque, grazie al colpo di fortuna di Jansky era nata una nuova disciplina scientifica: la Radioastronomia. Tuttavia, dopo questa pietra miliare, la ricerca in questo campo continuò con altri ricercatori, tra cui Grote Reber, un radioamatore che si costruì una antenna nel suo giardino sintonizzata su 160 Mhz e che usava soltanto di notte per sfuggire alle interferenze delle autovetture con il motore a scoppio. Fu Reber che nel 1944 elaborò la prima radiomappa della temperatura di brillanza del radiocielo. Fece seguito la scoperta dell’idrogeno neutro in emissione ad opera di Ewen e Purcell, il 25 Marzo 1951 ad Harvard, oggi nota come la riga dell’idrogeno a 1420 Mhz. Negli anni sessanta furono Robert Wilson e Arno Penzias, impegnati anche loro a cercare un rimedio alle cause di rumore che disturbavano le prime trasmissioni televisive via satellite Echo 1 e Telestar, sulla frequenza di 408 Mhz. La temperatura di 2.726 K, simile a quella di un corpo nero, che veniva ricevuta in maniera omnidirezionale, gli fece capire che era il fondo, cioè il rumore prodotto dal cielo privo di radiosorgenti, che stabilisce perciò il limite di sensibilità per ogni radiotelescopio. Oggi, dopo novanta anni dai primi risultati di Jansky del centro galattico in banda HF, la radioastronomia è una scienza molto sofisticata, dove i radiotelescopi di ultima generazione sono strumenti potentissimi che osservano l’Universo e gli oggetti celesti che lo compongono con sistemi ad alta risoluzione. La radioastronomia ha raggiunto un tale successo che la ricerca è estesa anche ai radio appassionati, per lo più radioamatori; i quali, utilizzando le loro apparecchiature, possono svolgere un accurata osservazione in banda radio. Occorre subito dire che il cielo osservato attraverso la finestra radio è completamente diverso rispetto a quello ottico. Infatti se l’occhio umano potesse vedere le onde radio, il Sole sarebbe l’oggetto più brillante; la Via Lattea che vediamo splendere debolmente al buio assoluto e in assenza della Luna, sarebbe visibile anche in pieno giorno; le stelle più brillanti sarebbero Cassiopea A e Taurus A, i resti di due Supernova, l’ultima divenuta una Pulsar; consideriamo che Cassiopea A non è assolutamente visibile al telescopio, in quanto oscurata da una nube di polvere; mentre Taurus A appare al telescopio come una debolissima stellina, completamente immersa nella nebulosa del Granchio. Sempre in ottico, Cignus A, che è una coppia di galassie, distanti un miliardo di anni luce, era possibile osservarle nelle lastre di grandi telescopi dopo molte ore di ripresa fotografica; oggi riprese con camere digitali CCD. Ma a superare i limiti dei telescopi viene in aiuto la Radioastronomia; la quale avvalendosi di potenti radiotelescopi, rileva le radiomappe di queste radiosorgenti. Spieghiamo meglio questi concetti: le Radiosorgenti sono una serie di oggetti di diversa natura e dimensione, ma che hanno in comune il particolare di emettere una radiazione continua diffusa, ricevibile dai radiotelescopi terrestri. Un esempio tipico della radiazione è l’emissione della riga dell’idrogeno a 21 cm, dove l’elettrone e il nucleo dell’idrogeno ruotano nello stesso senso, rimanendo in questa situazione per 11 milioni di anni. Questo fenomeno, infatti, comporta una emissione radio ricevibile a 1420 Mhz. E poiché la quantità degli atomi presenti nell’Universo è molto estesa, la Radiosorgente a 1420 Mhz è sempre osservabile. In pratica, tutti i corpi celesti emettono onde radio, su varie lunghezze, perfettamente ricevibili sulla terra. Ovviamente per la ricezione dell’emissione radio misurabile da un radiotelescopio occorre che la Radiosorgente deve essere vicina o relativamente vicina; deve essere molto grande; oppure deve essere molto efficiente. Ad esempio, la Luna è un corpo celeste vicino, ma piccolo e poco efficiente; quindi: una Radiosorgente debole. Mentre il Sole è più distante della Luna ma è più grande e, quindi, possiamo classificarla come una Radiosorgente molto efficiente. Passiamo a Alpha Centauri; stella più grande del Sole, probabilmente molto efficiente, però troppo lontana per rilevare la sua efficienza.

Le stelle Pulsar (Fig.1) invece, pur essendo piccolissime e lontanissime, sono così efficienti al punto che talune di esse sono Radiosorgenti di media intensità; le galassie hanno una grandezza di miliardi di volte rispetto al Sole; dove, alcune sono deboli Radiosorgenti, alcune Radiosorgenti forti, ed alcune non sono ricevibili affatto. Infine, alcune stelle Quasar (Fig.2) che si trovano al limite dell’Universo, sono Radiosorgenti che possono essere ricevute con estrema facilità. La scoperta casuale di Jansky aprì le porte anche ad una nuova disciplina: la ricerca S.E.T.I. (Serch for Extra Terrestrial Intelligence) attuabile soltanto in banda radio, a causa delle limitate possibilità in banda ottica. L’ipotesi della presenza di forme di vita intelligente nello spazio, può consolidarsi soltanto con lo scambio di radiocomunicazioni tra le parti, nonostante le abissali distanze. Tutti i radiotelescopi del nostro pianeta includono la ricerca SETI nei loro programmi, a volte in comune tra di loro attraverso il sistema di interferometria VLBI – Very Long Baseline Interferometry (Fig.3) dove la Terra diventa un grande orecchio capace di ricevere eventuali segnali alieni. E proprio utilizzando il sistema VLBI dal 5 al 14 aprile 2017 gli scienziati hanno svolto una impresa mai realizzata prima. Essi, infatti, utilizzeranno otto radiotelescopi, situati in varie parti della Terra, dagli Stati Uniti all’Europa e fino al Polo Sud; connessi tra di loro con sistema interferometrico per rilevare onde radio emesse dalle varie Radiosorgenti sparse per l’Universo; e, quindi, segnali ritenuti intelligenti (Fig.4) Sicuramente questa sofisticata attività di ricerca scientifica affascina tutti; pure l’uomo della strada, curioso di sapere se siamo gli unici abitanti dell’Universo.