Alla scoperta del sito astronomico dell’altopiano di Calern

Non c’è da stupirsi se l’altopiano calcareo semidesertico di Calern sopra Caussols, nell’entroterra di Grasse, è stato scelto come sito di un osservatorio astronomico: i suoi 20 km2 a 1280 m di quota godono infatti – oltre a un numero elevato di notti chiare e dell’assenza totale di nebbia e polvere – di un’atmosfera non troppo secca e di una circolazione dei venti in strati orizzontali (dovuta sia alla topografia del sito che alla presenza del vento marino) che stabilizza l’atmosfera. 
Non c’è da stupirsi neanche se qui sono state girate delle scene della science fiction Missions: l’atmosfera lunare e surreale del plateau sembra disegnata su misura per riflettere i paesaggi mentali che costruiscono l’architettura della serie (che vi consiglio di vedere).

Il plateau di Calern

L’altopiano di Calern è un sito straordinario anche per le escursioni a causa del suo paesaggio unico, della diversità botanica e dei rilievi carsici con doline e crateri. Esplorandolo si può scoprire un patrimonio agricolo costituito da recinti e capanne in pietra a secco che decorano il paesaggio. In primavera poi la rugiada aggiunge un po’ d’incanto alle orchidee selvatiche, al timo e alla lavanda che comincia a spuntare.

Il sito di osservazione astronomica di Calern

Ma scopriamo il sito di osservazione astronomica e la sua strumentazione cui si può accedere attraverso visite guidate, a partire da giugno.
Nato negli anni ’70, ha apportato molto in termini di osservazioni e dati per la misurazione degli oggetti celesti e ancora oggi è sede di rilevazioni e studi.
CATS, MéO, TAROT, PicardSol … anche se i nomi delle varie installazioni paiono buffi e spiritosi, si tratta di strumenti incredibili che hanno prodotto un’enorme quantità di dati e permesso la realizzazione di studi davvero importanti nell’ambito dell’osservazione del cielo. Scopriteli attraverso la visita virtuale al sito e seguitemi per capire un po’ di cosa si tratta.

Il GI2T

Uno degli strumenti più affascinanti è il GI2T formato da due telescopi che lavorano assieme come se fossero uno solo. Esso si basa sull’interferometria ottica, una tecnica d’osservazione che combina la luce di più telescopi per ottenere un’immagine della precisione equivalente a quella di un telescopio molto più grande.

1850: Hyppolyte Fizeau

L’idea iniziale risale a Hippolyte Fizeau, un fisico e astronomo francese che lavorò sulla luce alla metà dell’800. Fizeau ebbe l’intuizione di utilizzare un fenomeno di interferenza che si chiama “delle frange di Young” per misurare il diametro delle stelle. Nel 1870 fece delle prove a Marsiglia e osservò effettivamente le frange con un telescopio di 80 cm, ma si dovettero attendere gli anni ’20 del XX secolo perché il fisico americano Albert Michelson potesse misurare con il suo collega Pease il diametro angolare della gigante rossa Betelgeuse. La mancanza di mezzi tecnici dell’epoca ha fatto sì che questo metodo non abbia avuto un’evoluzione successiva abbastanza importante. Si è dovuti arrivare agli anni ’60 perché l’interferometria ottica riapparisse, ma con una tecnica che era piuttosto ispirata da quella dei radioastronomi: l’interferometria d’intensità, inventata da Hanbury Brown che ha portato l’interferometro di Narrabri in Australia a realizzare la misurazione di una trentina di stelle.

1974: Antoine Labeyrie

Nel 1974 Antoine Labeyrie ha voluto riprendere l’idea di Fizeau e Michelson per realizzare con due telescopi indipendenti l’interferometro come lo immaginarono i fisici dell’800. È stata la ripresa dell’interferometria moderna. A Nizza lo spazio era ristretto e Labeyrie scelse il sito di Calern che era appena stato aperto dal Centre d’Etudes et de recherches géodynamiques et astronomique (CERGA).

L’interferometria a Calern…

Un primo strumento dotato di rotaie chiamato I2T (interferometro a 2 telescopi) ha cominciato a fornire dati dapprima nello spettro visibile poi nell’infrarosso, in collaborazione con dei colleghi italiani. Questo telescopio era molto piccolo, 25 cm, e Labeyrie decise di realizzarne uno più grande per osservare le stelle più deboli. É nata così l’avventura del GI2T (Grande Interferometro a 2 telescopi) di cui si vedono ancora le due bocce sul plateau.

…e dall’altra parte dell’oceano

In seguito le ricerche si spostarono in Cile, dove si decise di costruire 4 telescopi di 8 metri per farli funzionare in modo interferometrico. Assieme ad altri 4 telescopi di due metri hanno formato l’interferometro VLTI.
Nel 2005 l’Observatoire de la Côte d’Azur ha cominciato a dedicarsi alla costruzione di strumenti per il VLTI. Numerosi altri interferometri sono stati costruiti poi nel mondo come il CHARA negli Stati Uniti, in California, sul monte Wilson, proprio dove gli esperimenti di Michelson avevano avuto luogo nel 1920. È stata la fine delle attività interferometriche sull’altopiano di Calern.
Uno degli obiettivi più importanti oggi è di avere delle misure sempre più precise dei diametri delle stelle attorno ai quali ruotano degli esopianeti, che sono diventati degli oggetti di ricerca estremamente importanti.

CATS: Studio delle turbolenze atmosferiche

Si tratta di un progetto che ha come obiettivo di migliorare i legami ottici tra le stazioni al suolo e i satelliti. La turbolenza perturba la luce che proviene dagli astri ma anche i laser che vengono puntati verso i satelliti o verso la luna. Queste perturbazioni si manifestano attraverso ciò che viene chiamato scintillazione (la fluttuazione rapida della luminosità delle stelle quando le si osserva ad occhio nudo).
L’obiettivo del progetto CATS è di caratterizzare la turbolenza (per cui, a causa dell’atmosfera, i raggi luminosi non arrivano più a livello del suolo paralleli tra loro ma con degli angoli d’incidenza aleatori) per poter scegliere i siti migliori sulla terra dove installare le stazioni di telecomunicazione ottica, visto che le stazioni radio arrivano alla saturazione.
I progetti sono di avere un insieme di satelliti che comunicano via laser tra loro e che questi satelliti siano legati alle stazioni al suolo per scaricare i dati o per il trasferimento al satellite.
La stazione CATS è composta da due strumenti: Il Profilatore di bordo lunare, che guarda il bordo lunare (o il bordo solare) e permette di osservare strato per strato l’atmosfera per trovare dove si trova la turbolenza e qual è la sua energia; e il GDIMM , che permette dedurre il tasso di scintillazione di una stella che brilla nel cielo. Unendo i dati della stazione CATS, quelli di un drone che analizza i primi 500 metri dell’atmosfera (dove c’è più interazione col suolo e quindi più perturbazione) e quelli derivanti dal Machine Learning si pensa di poter predire in modo ottimale a breve termine la turbolenza.

Il telescopio di Schimdt

Il telescopio di Schmidt serve a prendere delle immagini fotografiche di grandi superfici del cielo notturno per la misurazione della posizione e della brillantezza di oggetti astronomici molto disparati. Si tratta di una camera fotografica studiata per fornire fotografie ad ampio campo e ridotte aberrazioni dovute alle ottiche, grazie ad una configurazione detta catadiottrica. 
Quello di Calern ha avuto due vite. Una prima in cui utilizzava delle emulsioni, delle placche fotografiche di 30×30 cm. Una seconda, a partire dalla metà degli anni 90, in cui si è cambiata la tecnologia e si è sviluppata una macchina fotografica elettronica CCD che non utilizza più un processo chimico per realizzare le immagini, ma utilizza un microchip in silicio, che converte l’energia luminosa in segnale elettrico.

Il telescopio di Schmidt di Calern è particolare in quanto permette di ottenere un campo molto importante, una visione molto panoramica. Con il suo metro e cinquanta di specchio, che serve all’astronomia di posizione e per l’astrofisica, utilizza dei filtri che evidenziano il colore degli oggetti studiati, compreso l’ultravioletto.
Jean Louis Heudier, astronomo dell’osservatorio di Nizza, svilupperà la tecnica fotografica scientifica moderna a livello internazionale. Le immagini astronomiche cominciano negli anni ’70 a essere digitalizzate a Nizza. La cupola fu installata in aprile 1973 e la prima plancia fotografica è stata ottenuta nel 1977.
Nel 2000 l’OCA decide di interrompere il finanziamento al progetto. La macchina smette di funzionare pochi anni dopo ma una quindicina di tesi hanno utilizzato le sue osservazioni e attraverso le sue lenti sono stati scoperti 1257 asteroidi di cui 12 oggetti atipici e 95 supernovae.
Le osservazioni francesi da terra sono state in seguito limitate in favore dei programmi spaziali internazionali.

TAROT una rete mondiale di telescopi robotizzati alla scoperta dell’universo.

Si tratta di una rete di telescopi interamente autonoma, non c’è cioè bisogno di nessuno per far funzionare il telescopio: l’osservatore invia delle domande al telescopio e lui sceglie da solo quali richieste soddisfare, quali soggetti seguire. Decide da solo se può aprire il tetto per cominciare a osservare a seconda delle condizioni meteorologiche.
La rete Tarot comprende l’osservatorio di Calern, l’osservatorio europeo australe di Silla in Cile e un altro sull’isola di La Réunion. I tre osservatori hanno come compito quello di sorvegliare i lampi gamma (delle emissioni di fotoni gamma che appaiono in maniera casuale nel cielo).
Creata nel 1996, diventata operativa nel 2000, si occupa anche della sorveglianza spaziale. I due telescopi di Calern e di Silla sono identici, hanno un diametro di 25 cm e sono molto rapidi per reagire immediatamente in caso di lampo gamma. Il fatto che siano robotizzati permette loro di lavorare in permanenza e basta una sola persona per fare la manutenzione.

Gamma burst…

I lampi gamma erano sconosciuti fino al 1996. Sono state fatte molte teorie per spiegarli, una delle quali ritiene che si tratti di esplosioni di stelle estremamente potenti – o piuttosto della loro implosione – che fa sì che la stella si trasformi direttamente in un buco nero. Un’altra ipotesi è che si tratti di due stelle di neutroni che ruotano uno attorno all’altra e che alla fine si fondono esplodendo. 

…e onde gravitazionali

Tarot partecipa anche agli esperimenti di Virgo e Ligo, gli strumenti scientifici giganti costruiti in Italia e negli Stati Uniti che hanno come scopo la rilevazione diretta delle onde gravitazionali. Tarot partecipa con osservazioni attraverso la luce visibile combinandole a quelle dei i raggi gravitazionali, che sono una vibrazione dello spazio. È quello che viene chiamato l’astronomia multi-messengers (che registra e interpreta simultaneamente diversi tipi di segnali provenienti dallo spazio). Tarot controlla anche le traiettorie dei detriti dei satelliti artificiali, che in caso di obsolescenza possono non essere più controllabili. 

CALF: Una stazione all’ascolto dei piccoli sismi locali e dei grandi sismi mondiali.

La Costa Azzurra è una delle regioni più sismiche dell’Europa occidentale. Ha conosciuto grandi terremoti devastanti come quello del 1887 che ha avuto luogo al largo di Imperia e che ha provocato la morte di più di 600 persone. Fortunatamente questi eventi sono molto rari. L’osservatorio sismologico di Géoazur sorveglia la regione attraverso una quarantina di stazioni che registrano tutte le vibrazioni del suolo e le inviano al laboratorio, dove sono analizzate automaticamente.
La stazione di Calern ha una particolarità: dal 2012 fa parte anche della sorveglianza del rischio Tsunami e dal 2021 è attrezzata di una stazione meteorologica.

PicardSol

È un programma di sorveglianza solare sul lungo termine, un programma di Astrometria, (parte dell’astronomia che determina la posizione degli astri nel cielo al fine di poter interpretare i loro cambiamenti nel tempo), che controlla le variazioni dei raggio solare. Cominciato nel 1974 ha messo in evidenza una variazione del raggio solare che ha posto molto domande.
Per capirlo meglio si è dovuto andare oltre le perturbazioni dell’atmosfera terrestre, quindi si è lanciato un satellite nel 2010, che si chiama Picard, ma si è voluto allo stesso tempo continuare le osservazioni al suolo per interpretare meglio le nostre osservazioni, attraverso una replica dello strumento che è a bordo del satellite.
Queste osservazioni si fanno sulla Fotosfera, la superficie visibile del sole, per capire se queste variazioni sono correlate con la variazione di quella che si chiama la costante solare (il numero di Watt per metro quadrato che arriva a un’unità astronomica di distanza dal sole).
Un altro utilizzo dello strumento riguarda la meteorologia dello spazio, che si interessa degli impatti dell’attività solare sull’ambiente terrestre: si sorvegliano cioè le eruzioni solari che possono perturbare le attività terrestri (GPS, la navigazione, l’aviazione, gli astronauti in orbita). In questo caso si osserva la Cromosfera, che è uno strato di gas trasparente alla luce visibile che circonda la fotosfera.

MéO

L’osservatorio di Calern raggruppa differenti tecniche di geodesia spaziale. L’attività principale è la telemetria laser sui satelliti e sulla luna, che consiste a misurare il tempo di volo di un segnale laser durante la sua propagazione andata e ritorno tra la stazione e un satellite. Ciò permette di rispondere a delle problematiche scientifiche in collaborazione ad agenzie spaziali come il CNES o l’ESA ma anche aziende come Airbus e Thales.
Il laser che permette di misurare la distanza Terra-Luna è in una sala speciale climatizzata a 20 gradi per limitare gli errori e anche sotto un flusso d’aria discendente che permette che ci sia meno polvere possibile che deteriorerebbe le ottiche.
Negli anni 80 si lavorava con un laser rosso, poi si è passati a un laser verde per avere una maggior precisione delle misure e per ultimo dal 2015 si utilizza un infrarosso perché attraversa meglio l’atmosfera. Grazie a questo si ottengono degli impulsi di 2 gigawatt che fanno sì che questo sia il solo osservatorio al mondo a poter misurare la distanza Terra-Luna con una precisione al centimetro.

Il telescopio concepito nel 1975 inizialmente poteva seguire unicamente la luna, tra il 2005 e il 2008 un sistema di motorizzazione ha fatto si che potesse seguire anche dei satelliti con una grande precisione.
L’importanza dello strumento è legata al fatto che le strutture interne della luna e della terra influenzano la dinamica orbitale della coppia. Si possono determinare a partire dal momento di rotazione della luna la sua struttura interna. Il sistema terra-luna è un vero laboratorio della gravitazione. Permette per esempio di testare la relatività generale e in particolare il principio di equivalenza debole che implica che la traiettoria di un corpo in caduta libera non dipende dalla sua composizione interna.
La quantità e la qualità dei dati prodotti hanno permesso di poter seguire l’allontanamento della luna di circa 3,8 cm all’anno. Attualmente la sfida è di arrivare a una precisione millimetrica per rispondere a problemi come il riscaldamento climatico o l’innalzamento del livello dei mari. L’invio di un raggio laser nello spazio permette anche di comunicare con le sonde spaziali, per esempio per sincronizzare gli orologi con un orologio atomico al suolo. Quando si riuscirà a realizzare delle comunicazioni laser a grande distanza, come da Marte per esempio si potrà scaricare una mappa della superficie di Marte in 9 settimane contro i 9 mesi delle tecniche radio attuali.

C2PU: Centre pédagogique planètes et univers

È un progetto che risale al 2010, per il quale 5 attori si sono incontrati per dare vita a un centro di ricerca e pedagogico. Sono due telescopi che sono utilizzati per la scienza ma anche per la formazione degli studenti all’Università e degli studenti della scuola secondaria.

Vi si è infatti potuto integrare un periodo di formazione degli studenti all’osservazione astronomica. Si tratta di passare tre settimane sul sito, dedicando il pomeriggio ai corsi e la notte all’osservazione del cielo, fino all’alba. L’attività è stata aperta anche ad altre università, oltre a quella della Côte d’Azur. Dal 2022 ci si può iscrivere e seguire dei corsi teorici su cosa si può osservare nel cielo e perché. La ricerca in astrofisica è studiare gli oggetti celesti ma anche sviluppare nuovi metodi per osservarli.
Dal 2014 si osservano per esempio gli asteroidi la cui luce può vibrare in modo diverso dandoci informazioni sulla natura fisica dell’asteroide, si studiano anche le stelle doppie: studiando con precisione la loro danza si hanno notizie importanti, per esempio, sulla loro massa.