LUGLIO 2004

OTTICHE ATTIVE

I sistemi di ottica attiva offrono la possibilità di deformare gli specchi e di mantenere il sistema ottico costantemente al limite delle proprie capacità.
Per far questo si utilizzano degli attuatori elettromeccanici controllati da un sistema di computer che annulla gli errori di curvatura dello specchio causati dalle forze gravitazionali, dalle variazioni di temperatura e da altri disturbi.

I sistemi ad ottica attiva si differenziano da quelli ad ottica passiva perché si utilizza una cella dello specchio attiva (figura 1), che compensa nell'arco di pochi minuti le deformazioni proprie del telescopio (dovute al peso, all'inclinazione, alle deformazioni della struttura e del tubo ottico, alle coppie applicate, alla temperatura), mentre le ottiche passive (quelle tradizionali) si limitano ad usare un supporto "passivo" capace di imprimere più o meno pressione solo sulla base dell'inclinazione del telescopio, attraverso l'impiego di uno schema di leve astatiche oppure di sospensioni fluide (gli specchi poggiano posteriormente su sacchi pneumatici e lateralmente su una fascia di mercurio).

Figura 1 - Cella di uno specchio primario ad ottica attiva

Nei telescopi classici (quindi ad ottica passiva) lo spessore dello specchio è tipicamente di 1/6 del diametro ed ha la funzione di assicurare la rigidità, riducendo per quanto possibile le deformazioni introdotte dal peso quando il telescopio si muove attorno agli assi.
Nel caso dell'ottica attiva lo specchio è invece molto sottile (da 1/20 ad 1/60 del diametro - figura 2) e quindi può essere "facilmente" deformato dai supporti assiali e laterali disposti nella culla di sostegno.

Figura 2 - a sinistra uno specchio "classico" (telescopio Hale - 5 metri di diametro);
a destra uno specchio moderno (telescopio VLT - 8 metri di diametro)

Questi supporti forniscono le spinte necessarie a deformare in ogni momento la figura ottimale grazie ad una retroazione del controllo che si basa sull'analisi del fronte d'onda proveniente dall'astro inquadrato: le forze che premono contro il dorso dello specchio, opportunamente dosate, ristabiliscono l'esatta forma della superficie riflettente entro le tolleranze richieste dalle leggi dell'ottica.

Utilizzando le ottiche attive, si ha in ogni momento la possibilità di minimizzare gli effetti delle aberrazioni classiche dei telescopi (quali il coma, l'astigmatismo, l'aberrazione sferica, ...), che essendo statiche sicuramente non variano se non dopo alcuni minuti.

Tuttavia un sistema di ottiche attive introduce una notevole complessità per gestire gli attuatori lineari: possono essere meno di 100 per uno specchio da 3.5 metri di diametro, o più di 250 per uno specchio della classe degli 8 metri (figura 3); inoltre, ha bisogno di ricevere un gran numero di informazioni da diverse fonti quali (per esempio):
- la strumentazione scientifica sul piano focale;
- l'encoder di altezza;
- le camere televisive di guida;
- i sensori di temperatura piazzati sulla struttura del telescopio;
- i sensori di pressione piazzati nelle celle degli specchi.