Scritto: Sabato, 12 Febbraio 2022 12:18 Ultima modifica: Lunedì, 14 Febbraio 2022 18:01

Webb: ecco il selfie!


Nel corso delle attività di collimazione dei 18 segmenti esagonali, lo strumento NIRcam è riuscito ad immortalare, attraverso l'immagine sfocata di una stella, lo specchio principale del telescopio!

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il "seflie virtuale" del Webb, registrato tramite il sensore di pupilla di NIRcam
il "seflie virtuale" del Webb, registrato tramite il sensore di pupilla di NIRcam
Credits: NASA/ESA

  In un'epoca di immagini spettacolari, selfie e streaming video, l'assenza di una o più Web-cam (o forse si dovrebbero chiamare Webb-cam) a bordo del telescopio spaziale più costoso mai lanciato si è fatta sentire pesantemente. A parte le spettacolari sequenze iniziali del lancio e della separazione dal secondo stadio (queste ultime riprese addirittura in altissima definizione), il resto della missione era proseguito nella totale assenza di immagini. La NASA ha giustificato questa clamorosa assenza affermando che una telecamera non sarebbe stata essenziale nel seguire le fasi di dispiegamento dello strumento, tanto più che le enormi differenze di luminosità e temperatura tra le varie zone del telescopio ne avrebbero reso critico il funzionamento. In effetti, gli ingegneri nel centro di controllo a Baltimora sono riusciti a monitorare comunque quelle delicate operazioni grazie ai dati di telemetria, però il "ritorno di immagine" è stato comunque deludente, tanto più che il grande pubblico, ormai viziato da altre missioni e stimolato dalla pubblicità martellante sul lancio, sperava di vedere subito le foto mirabolanti dell'Universo scattate dal telescopio! Invece, è rimasto fortemente deluso nell'apprendere che avrebbe dovuto aspettare almeno altri 6 mesi prima di vedere qualcosa di significativo!

 Eppure, in questo campo, ultimamente anche i cinesi ci hanno insegnato quanto sia importante dispiegare un gran numero di fotocamere per documentare e celebrare il successo straordinario di missioni ambiziose, come quella in corso sul pianeta rosso ad opera dell'orbiter Tianwen e del rover Zhurong!

 Adesso, la NASA e l'ESA hanno rilasciato una immagine che, sebbene in bianco e nero e poco nitida, riscalda i cuori e pone rimedio almeno in parte a quella grave falla mediatica. Peraltro, non si tratta di una immagine nel senso tradizionale della parola, perchè contrariamente a quello che sembra, non è stata ripresa da una fotocamera esterna posto di fronte al telescopio, ma da uno strumento al suo interno, con un sistema geniale che sfrutta le leggi dell'ottica.

 L'effetto è simile a quello che i fotografi professionisti chiamano "Bokeh" e sfrutta il fenomeno ottico per cui, quando una sorgente luminosa puntiforme ed isolata non viene messa a fuoco dall'obiettivo ma viene ripresa volutamente fuori fuoco, la sua immagine sfocata riproduce in realtà la forma dell'apertura dello strumento, la cosiddetta "pupilla"; se l'obiettivo non è perfettamente circolare perchè diaframmato o presenta delle occlusioni, queste si ripropongono "magicamente" nella figura sfocata. Qui sotto ne vediamo un suggestivo esempio.

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Esempio di "effetto Bokeh" ottenuto riprendendo fuori fuoco le lucine di un albero di natale; si intravede anche un contorno vagamente poligonale legato alla forma del diaframma dell'obiettivo. - Credits: Francesca Delfino/ Deviant Art.

 Il "selfie" di Webb è stato creato utilizzando una lente specializzata per "imaging della pupilla", all'interno dello strumento Near Infrared Camera (NIRCam), l'unico già funzionante a bordo del Webb, anche se non ancora in modalità scientifica. Questa fotocamera, che come suggerisce il nome lavora nel vicino infrarosso, è stata progettata per acquisire le immagini provenienti dai 18 segmenti che compongono lo specchio primario, per scopi di ingegneria e di allineamento. Come si vede, uno dei segmenti appare decisamente più luminoso perchè puntava esattamente verso la stella luminosa, mentre gli altri segmenti, ancora disallineati tra loro, inquadravano porzioni di cielo leggermente diverse; paradossalmente, in questa immagine il bordo di alcuni segmenti e uno dei tre supporti dello specchio secondario (quello verticale in alto), riescono a convogliare più luce nello strumento rispetto alla superficie dei 17 specchi che appaiono grigio scuri; si notano anche le ombre scure degli altri due supporti più sottili del secondario e quella che sembra la luce riflessa da porzioni dell'intelaiatura che sta dietro i segmenti e li sostiene. Questa immagine ha fornito una prima indicazione dell'allineamento dello specchio primario allo strumento.

 Quando invece la stella è messa correttamente (ma ancora approssimativamente) a fuoco, ecco che ne vediamo registrate 18 versioni diverse sul sensore NIRcam. Il team ha selezionato per questo lavoro una stella luminosa e isolata nella costellazione dell'Orsa Maggiore nota come HD 84406. Con una magnitudine apparente +6,9, essa risulta facilmente identificabile senza ambiguità nel campo di NIRcam in quanto distante oltre 20 primi d'arco da qualsiasi astro di luminosità simile, come mostrato nelle schermate qui sotto, realizzate tramite il software Stellarium.

Senza nome
Posizione nel cielo della stella usata per i test di allineamento (sotto un ingrandimento ampio circa 1°) - Made by M. Di Lorenzo using Stellarium

 Durante il processo di acquisizione delle immagini iniziato il 2 febbraio, Webb è stato puntato verso 156 diverse direzioni attorno alla posizione prevista della stella e ha generato ben 1560 immagini utilizzando i 10 sensori di NIRCam, per un totale di 54 gigabyte di dati grezzi. L'intero processo è durato quasi 25 ore, ma l'osservatorio è stato in grado di localizzare la stella bersaglio in ciascuno dei suoi segmenti speculari entro le prime sei ore e 16 esposizioni. Queste immagini sono state quindi cucite insieme per produrre un unico, grande mosaico che cattura la firma di ogni segmento dello specchio primario in un fotogramma. L'immagine sottostante è solo una porzione centrale di quel mosaico contenente oltre 2 miliardi di pixel su una zona grande quanto la luna piena.

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A sinistra, una mappa di una porzione dell'Orsa Maggiore, con indicazione della copertura del mosaico NIRcam (in viola); a destra un ingrandimento del rettangolo verde, con la regione in cui sono state effettivamente osservate le immagini stellari multiple. La croce rossa indica la posizione attesa della stella la stella HD 84406, prima di effettuare l'indagine - Credits: NASA/ESA - Processing: Marco Di Lorenzo

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Ingrandimento della porzione centrale del mosaico, con indicazione dei nomi di ciascun segmento dello specchio primario che ha prodotto ciascuna immagine stellare; sono messe in evidenza le 6 immagini prodotte dai segmenti installati sulle ali mobili laterali dello specchio. Questi risultati iniziali corrispondono strettamente alle aspettative e alle simulazioni. - Credit: NASA/ESA

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In alto, una versione processata della porzione centrale del mosaico NIRcam, con in blu le porzioni più deboli (volutamente sfocate per eliminare il rumore) e in negativo quelle luminose. In basso a destra, le singole immagini stellari ingrandite mettono in evidenza le aberrazioni che le affliggono.in misura diversa; a sinistra, le denominazioni dei 18 specchi da usare come riferimento - Credit: NASA/ESA

 Quella che sembrava una semplice immagine di luce stellare sfocata ora diventa la base per allineare e mettere a fuoco il telescopio, in modo che all'inizio della prossima estate Webb offra viste senza precedenti dell'universo infrarosso. Nel corso del prossimo mese, il team regolerà gradualmente l'orientamento dei segmenti dello specchio, agendo sui 7 attuatori posti nella zona posteriore di ciascun elemento, fino a quando le 18 immagini non diventeranno una singola stella. Questa sarà la seconda fase di un processo che durerà 3 mesi, cioè fino a fine Maggio; poi ci sarà la fase finale di calibrazione degli altri strumenti, che attualmente si stanno raffreddando e sono già scesi sotto i -200°C (tranne MIRI che è ancora sui -140°C ma, come abbiamo raccontato, deve attivare un suo sistema di raffreddamento dedicato che la dovrebbe portare a soli 7 kelvin).

 "L'intero team di Webb è estasiato dal modo in cui stanno procedendo bene i primi passi per acquisire immagini e allineare il telescopio. Siamo stati così felici di vedere che la luce si è fatta strada nel NIRCam", ha affermato Marcia Rieke, ricercatrice principale per lo strumento NIRCam e professoressa di astronomia all'Università dell'Arizona. Marshall Perrin, vice-scienziato del team e astronomo presso lo Space Telescope Science Institute, aggiunge che “l'acquisizione di così tanti dati nel primo giorno ha richiesto che tutte le operazioni scientifiche dei sistemi di elaborazione dati di Webb a Terra funzionassero senza problemi fin dall'inizio; abbiamo subito trovato la luce da tutti i 18 segmenti molto vicino al centro del campo! Questo è un ottimo punto di partenza per l'allineamento degli specchi".

 "Il lancio di Webb nello spazio è stato ovviamente un evento emozionante, ma per scienziati e ingegneri ottici è questo il momento culminante, quando la luce di una stella si fa strada con successo attraverso il sistema fino a un rivelatore", ha affermato Michael McElwain, osservatorio Webb scienziato del progetto, Goddard Space Flight Center della NASA.

 Andando avanti, le immagini di Webb diventeranno più chiare, più dettagliate e più complesse man mano che i suoi altri tre strumenti arriveranno alle temperature operative criogeniche previste e inizieranno a catturare i dati. Le prime immagini scientifiche dovrebbero essere pubblicate in estate. Anche se questo è un grande risultato e conferma che Webb funziona, c'è molto da fare nei prossimi mesi per preparare l'osservatorio per operazioni scientifiche complete utilizzando tutti e quattro i suoi strumenti.

Letto: 398 volta/e Ultima modifica Lunedì, 14 Febbraio 2022 18:01

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Credit: NASA's Goddard Space Flight Center
Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

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