L’astronomia va nel pallone

Uno dei palloni ULDB (Ultra long duration balloon), i cui test iniziarono nel 2001

Sembra che il futuro delle osservazioni spaziali, almeno quelle dall’orbita bassa della Terra, sia incentrato sui palloni atmosferici. Ebbene sì, sempre più lunga è la lista dei progetti di ricerca che si dedicano alla sperimentazione dei cosiddetti palloni sonda ideati per studiare una serie di oggetti del nostro Sistema solare nonché diversi fenomeni che accadono sulla Terra o sopra le nostre teste, tra le nubi. Ricordiamo, tra i tanti, due palloni lanciati di recente: il Balloon Observation Platform for Planetary Science (BOPPS), creato per osservare una cometa proveniente dalla Nube di Oort, e  BRISSON (Balloon Rapid Response for ISON), che è salito a 37 chilometri sopra la superficie della Terra per osservare la cometa ISON, appunto.

Queste mongolfiere iper-tecnologiche spesso rimangono in orbita una manciata di minuti, qualche ora o pochi mesi – a seconda della missione da compiere e della struttura – ed è ormai molto facile portarle in orbita, visti anche i ridotti costi di produzione, di lancio e gli straordinari risultati che portano alle ricerche scientifiche. Sul mercato – come si è soliti dire – ci sono diverse tipologie di palloni, di diverse forme, fattezze, dimensioni, atti a ospitare vari payload di attrezzature e gondole sofisticate.

La storia delle mongolfiere usate per scopi scientifici inizia negli anni ’50, quando venne inventato il pallone in polietilene. Con gli anni la tecnologia e la ricerca hanno dato il meglio in questo campo portando lo strumento ad alti livelli di flessibilità e di affidabilità in diverse discipline come l’astrofisica delle alte energie (particelle, raggi X e raggi gamma), le osservazioni all’infrarosso, l’eliofisica, meteorologia spaziale, geospazio e ricerca atmosferica.

In questi campi, a volte, non bastano i telescopi a terra e i satelliti già presenti in orbita. E proprio per questo, ad esempio, un gruppo di ricercatori dell’Università di St.Louis (USA) ha costruito uno strumento capace di misurare le proprietà di polarizzazione dei raggi X. Lo strumento, una volta nello spazio, può essere usato per sperimentare proprio questo nuovo approccio allo studio dell’Universo e degli oggetti più misteriosi come buchi neri e stelle di neutroni. Con l’aiuto di altri ricercatori della Washington University, è stato progettato, costruito e testato un polarimetro a raggi X chiamato X-Calibur – il nome è tutto un programma per garantirne il successo. Quando verrà posizionato tra le altre strumentazioni a bordo di un pallone sarà in grado di studiare i drammatici ambienti attorno ai buchi neri.

Gli scienziati che utilizzano questi palloni ad alta quota, nonostante possono rimanere in volo per giorni e giorni, riescono ad effettuare la raccolta dei dati immediatamente, in genere durante la notte, quando la luce delle stelle può essere rilevata. Il campo di vista degli strumenti, infatti, è limitato durante il giorno a causa della luce del Sole. Ultimamente però è in lavorazione, presso il Wallops Flight Facility (WFF) della NASA, uno strumento a basso costo per ottenere dati anche durante il giorno. Il progetto è sotto la guida dell’ingegnere Scott Heatwole, il quale sta sviluppando con il suo team un sensore ad alta precisione, una sorta di indicatore di posizionamento delle stelle e di altre sorgenti luminose che potrebbe funzionare anche durante le ore diurne. Questo strumento è in fase di sviluppo per il Wallops Arc Second Pointer (WASP) che utilizzerebbe il sensore per puntare gli strumenti scientifici a bordo del pallone con incredibile precisione e stabilità. Si tratta di uno strumento all’avanguardia, soprattutto visti i costi di produzione: comprende camere, computer e tutti gli algoritmi necessari per processare una grande quantità di dati in tempo reale e durante il giorno.

Il volo più lungo fino ad oggi è stato quello del pallone SuperTIGER: l’intero volo è durato poco più di 55 giorni dal 2012 al 2013. Questo carico pesava 2.025 kg e ha volato a un’altitudine massima di quasi 40 km. I ricercatori adesso puntano allo sviluppo del Balloon Super-Pressure, che promette di effettuare voli più lunghi partendo dall’Antartide. I nuovi palloni permetteranno ai ricercatori di fare nuove scoperte e di sviluppare nuove strumentazioni adatte alle missioni orbitali. Questa piattaforma continuerà inoltre a fornire un campo di addestramento per la prossima generazione di scienziati e ingegneri.

Per saperne di più:

• LEGGI QUI lo studio su Journal of Astronomical Instrumentation: “Calibration of the High Energy Replicated Optics to Explore the Sun (HEROES) Hard X-ray Telescope”, di Colleen A. Wilson-Hodge et al.
• LEGGI QUI lo speciale sui palloni atmosferici su Journal of Astronomical Instrumentation: “Design and Performance of the X-ray Polarimeter X-Calibur”, di M. Beilicke et al.

Fonte: Media INAF | Scritto da Eleonora Ferroni