ALMA - Atacama Large Millimeter/Sub-millimeter Array

Sito: Piana di Chajnantor (AOS – 5.000m slm)–Deserto di Atacama - Cile
Stato: completato
Attività:
Detail Design, Manufacturing, Pre-Assembly in Europe, Packing &Transport, Erection on Site (OSF- 2.900m slm), Commissioning and Testing of the 25 European 12m antennas.

Data: 1999-2015

Cliente: ESO – European Southern Observatory (per l’Europa), NRAO - National Radio Astronomy Observatory ( per il Nord America), NAOJ – National Astronomical Observatory (per l’Asia)

Categoria: radio-astronomy

Credits: EIE GROUP/L. Fardella - EIE/E.-Marcuzzi-EIE

Le Radio-Antenne di ALMA

In generale:
ALMA - Atacama Large millimeter/Submillimeter Array– è, ad oggi, il più grande osservatorio radio-astronomico del mondo, risultato della collaborazione internazionale fra Europa, con ESO (Osservatorio astronomico Europeo), Nord America, con NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e Asia con NAOJ (National Astronomical Observatory.
Le 66 antenne che compongono l'Array di ALMA sono installate in Cile, a 5000m di altitudine sulla Piana di Chajnantor, nel deserto di Atacama, uno dei luoghi più remoti e aridi della Terra, dove l’aria è così rarefatta che sono necessarie scorte di ossigeno per poter operare in sicurezza; dove si calcola cadano meno di 10cm l'anno di pioggia e dove inquinamento luminoso e interferenze radio sono praticamente inesistenti, dunque, il luogo perfetto per gli ambiziosi scopi scientifici di ALMA.

Questi telescopi analizzeranno la radiazione nella regione millimetrica e sub millimetrica dello spettro elettromagnetico e renderanno possibile l’osservazione dell'Universo più freddo, studieranno la formazione delle galassie e di altri oggetti cosmici, consentendo agli astronomi di rispondere ad alcune delle domande che da sempre l'uomo si pone sulle origini dell'Universo.

L'avanzato design tecnologico delle radio-antenne di ALMA fa si che esse possano funzionare come un unico grande e potentissimo telescopio: un Interferometro. Grazie a due particolari veicoli costruiti apposta per movimentare le antenne, gli astronomi sono in grado di riposizionare le antenne laddove necessario a seconda del tipo di osservazioni da effettuare, in un raggio di 16km. A differenza, dunque, di un classico telescopio che rimane fisso laddove viene costruito, le antenne di ALMA sono state concepite per essere trasportate e riposizionate su delle piattaforme, (ve ne sono più di 200), senza che questo possa in alcun modo danneggiare la strumentazione ingegneristica di precisione di cui sono dotate. Senza questa “prodezza” di alta tecnologia, gli scopi scientifici di ALMA sarebbero irraggiungibili.

EIE e il progetto ALMA:

All'inizio fu lo studio del prototipo dell'antenna Europea.

Va precisato che, sebbene tutte le antenne che compongono l'Array siano state progettate per rispondere alle stringenti specifiche tecniche di progetto e lavorare come un unico grande strumento, ciascun partner ha avuto la possibilità di personalizzare il design del proprio prototipo. L'osservatore attento noterà infatti, che le antenne europee sono diverse da quelle americane e da quelle giapponesi e non solo nelle dimensioni.
EIE, in consorzio con la francese Alcatel, si occupò della progettazione e della costruzione dell'antenna prototipale di ALMA, che fu poi installata presso il sito di VLA, a Socorro nel New Mexico, prima della produzione in serie. (leggi della recente visita di EIE ad APA - QUI); guarda il video del trasporto di APA a Kitt Peak - QUI

Un’antenna infatti, viene accettata dal progetto solo una volta che le sue performances rimangono entro le specifiche, alle condizioni climatiche ostili dell’altopiano di Chajnantor.

La novità principale introdotta da EIE nella progettazione dell’antenna europea, è stata l’impiego della fibra di carbonio (CFRP) nella costruzione di alcuni degli elementi più importanti dell’antenna, quali: la receiver cabin, la back up structure e l’Apex.

La scelta di utilizzate questo materiale composito si è rivelata vincente, essendo note le proprietà di leggerezza e di rigidità della fibra di carbonio, perfetta dunque per ridurre considerevolmente il peso complessivo della struttura, rendendola, al contempo, rigida e non soggetta a deformazioni termiche.

Le Fondazioni delle Antenne di ALMA

Nel 2004 EIE si aggiudicò lo studio per la progettazione delle fondazioni di ALMA: il progetto consisteva nel definire forma e struttura delle 192 basi su cui sarebbero state posizionate, a seconda della configurazione dell’Array, le antenne di ALMA.
Diversamente da quanto proposto da altre aziende, EIE progettò delle fondazioni in cemento armato dalla forma triangolare. Questa scelta si rivelò vincente sotto più aspetti, primo fra tutti quello economico, con un costo a fondazione ridotto del 30% rispetto alle fondazioni circolari;
1/3 in meno di materiale di scarto prodotto dagli scavi, 1/3 in meno il quantitativo di cemento armato utilizzato; la possibilità di lavorare il calcestruzzo in loco e trasportarlo poi in quota in un blocco unico, con considerevole risparmio di tempo e di denaro. La forma triangolare delle fondazioni sarebbe risultata inoltre migliore poiché avrebbe permesso al transporter di avvicinarsi maggiormente alle antenne durante le operazioni di riposizionamento e infine, le fondazioni non sarebbero mai esposte alla luce diretta del sole poiché protette dalle base delle antenne stesse.

ALMA, la produzione in serie:

Nel 2005 il Consorzio AEM (costituito da EIE, la francese Thales Alenia Space e la tedesca MTM Mechatronics), firmò il contratto per la costruzione delle 25 antenne europee di ALMA; fu il più grande contratto di ESO di tutti i tempi.

Oggi, a 10 anni di distanza, il progetto è stato completato e l’ultima antenna è stata consegnata nell’Ottobre del 2013.
Il successo di quest’opera rivoluzionaria per dimensioni e tecnologie impiegate, frutto di una grande collaborazione fra le nazioni, è facilmente misurabile: basti pensare che nell’ultimo periodo, sono giunte dalla comunità scientifica internazionale, più di 1580 richieste di tempo osservativo, a testimonianza della tenacia e dello spirito di collaborazione degli astronomi che promettono spettacolari passi in avanti in tutti i campi della ricerca astronomica.

Ma Come Funziona ALMA?

L’array di ALMA è stato concepito per funzionare come un unico grande radio-telescopio, grazie alle tecniche dell’interferometria. Ciascuna antenna è stata dotata di dieci ricevitori operanti a differenti bande di frequenza e questo fa si che ALMA sia uno strumento potente in termini di risoluzione, ovvero la capacità di distinguere i dettagli degli oggetti osservati, e di sensibilità, ovvero la capacità di raccogliere fotoni.
Combinando i segnali delle singole antenne è possibile riprodurre le capacità di una singola antenna di diametro pari alla massima distanza tra le antenne (16km). La risoluzione interferometrica non dipende dal diametro delle singole antenne, ma dalla distanza (baseline) fra di esse. Nella sua raffigurazione più compatta ad esempio, (cioè con baseline massima di 200 mt), ALMA raggiunge la risoluzione di un arco secondo a 1 mm di lunghezza d’onda. Scegliendo la lunghezza d’onda e la configurazione dell’Array, gli astronomi possono studiare diversi obbiettivi scientifici su un ampio intervallo di scale angolari. Conseguentemente, più antenne sono presenti nell’array, più fotoni possono essere raccolti e più alta è la sensibilità raggiungibile.

Affinché, ALMA possa operare correttamente, i segnali ricevuti da ciascuna antenna devono essere combinati, o meglio “correlati” e possano arrivare a un correlatore. Perché questo accada, si deve conoscere con estrema accuratezza la lunghezza del cammino che il fronte d’onda percorre tra l’antenna e il correlatore, e questo è tutt’altro che facile poiché il fronte d’onda può essere distorto dal vapore acqueo dell’atmosfera causando un ritardo nella trasmissione del segnale. Per poter correlare i segnali è necessario correggere le eventuali distorsioni in tempo reale e questo avviene grazie alla presenza di radiometri, presenti su ciascuna antenna.
Le antenne di ALMA si trovano a un’altezza tale (5000m slm) per ovviare almeno in parte ai problemi causati dall’atmosfera e dal vapore acqueo.

La Scienza con ALMA:
ALMA è stato progettato per studiare l’“Universo Freddo”: le radiazioni a lunghezze d’onda (sub)millimetriche provengono da gas e polveri a bassissime temperature. ALMA è dunque adatto ad osservare l’Universo molto giovane e le formazioni stellari: oscure in luce visibile, ma molto intense nella zona (sub)millimetrica dello spettro magnetico.

Leggi le testimonianze del Direttore Generale di ESO, Prof. Tim De Zeuuw e dell'Ex. DG di ESO, al tempo di ALMA, Prof. Catherine Cézarsky

cesarsky-testimonianza
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Link alla pagina ALMA di ESO:

http://www.eso.org/sci/facilities/alma.html
http://www.almaobservatory.org
http://almascience.org/