Come è fatto SKA, il gigantesto radiotelescopio tra Sud Africa ed Australia

Lo Square Kilometre Array (SKA) non è solo un radiotelescopio, ma una delle imprese ingegneristiche più ambiziose della storia umana. Diviso tra il deserto del Karoo (Sudafrica) e la regione del Murchison (Australia), questo progetto mira a creare una superficie di raccolta equivalente a un chilometro quadrato, operando su frequenze che vanno dai 50 MHz ai 15 GHz (con espansioni future). È circa 50 volte più sensibile dei migliori radiotelescopi attuali ed è in grado di mappare il cielo 10.000 volte più velocemente rispetto a qualsiasi strumento esistente.

Cos'è un radiotelescopio

Ancor prima di addentrarci nella descrizione dettagliata del progetto, cerchiamo di capire insieme cosa è un radiotelescopio. Si tratta di uno strumento astronomico concepito al fine di captare e percepire le onde radio provenienti dallo spazio. A differenza dei telescopi ottici tradizionali, che "vedono" la luce visibile (la stessa che percepiscono i nostri occhi), i radiotelescopi rilevano frequenze molto più basse, che sono del tutto invisibili all'uomo. Il progetto, in questo caso,  è stato suddiviso in due array principali, SKA-Low e SKA-Mid, che funzionano come un unico interferometro gigante.

La descrizione del progetto

Partiamo dalla descrizione dello SKA-Low. Situato presso l'Inyarrimanha Ilgari Bundara, è dedicato alle basse frequenze (50–350 MHz). Esso è formato da 131.072 antenne a dipolo periodico-logaritmico (simili ad alberi di Natale metallici) alte circa 2 metri. A loro volta, le antenne sono state  raggruppate in 512 stazioni, ciascuna contenente 256 antenne. Ben il 50% delle stazioni è concentrato su di un'area che misura 1 km quadrato, mentre le altre si estendono lungo tre bracci a spirale per una distanza massima (baseline) di che arriva fino a 74 km. 

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Il progetto non presenta parti  mobili. Il puntamento avviene tramite beamforming elettronico, manipolando i ritardi dei segnali digitali tra le singole antenne. Per quanto riguarda invece lo SKA – Mid,  questo è situato nel Karoo, ed è in grado di gestire le medie frequenze (350 MHz – 15.4 GHz).

La struttura comprende un totale di 197 parabole (dish). Di queste, 133 sono nuove antenne SKA da 15 metri di diametro, che si integrano con le 64 antenne preesistenti del telescopio MeerKAT (da 13,5 m). Le parabole si estendono su una distanza massima che arriva fino a 150 km.

Questa immensa ed estremamente complessa struttura è in grado di gestire migliaia di terabyte di dati che, sicuramente, dovranno essere gestiti. Ecco che entra in gioco il "super" cervello digitale dell'intero progetto: il supercomputer dell'Osservatorio (SDP – Science Data Processor), che sarà chiamato a gestire 8 terabit  di dati al secondo (Tb/s), avrà una potenza di calcolo di circa 135 Petaflops,non avendo niente da invidiare ai super computer più potenti al mondo, impiegati anche per ulteriori scopi. Questo immenso cervello digitale sarà in grado di produrre circa 710 Petabyte di dati scientifici pronti all'uso ogni anno.

Impatto socio economico del progetto

Un progetto di così avanzato livello tecnologico, sarà in grado di avere un importante impatto dal punto di vista economico e sociale. Innanzitutto, saranno creati nuovi e numerosi posti di lavoro: Il progetto , infatti, prevede il coinvolgimento di oltre 500 ingegneri e 1.000 scienziati da 20 paesi. In Sudafrica, sono state erogate oltre 1.000 borse di studio (programma HCD) per formare una nuova generazione di astrofisici, ingegneri e tecnici.

Addirittura uno studio della World Bank, citato in relazione allo sviluppo della banda larga in Africa per lo SKA, suggerisce che ogni incremento del 10% della connettività a banda larga può generare una crescita dell'1,3% del PIL nei paesi ospitanti.

Circa l'80% del budget di costruzione, relativamente agli investimenti necessari al fine di realizzare questo progetto,  ritorna ai paesi membri sotto forma di contratti per aziende high-tech specializzate in fibre ottiche, ricevitori criogenici e infrastrutture civili.

10.000 volte più veloce

SKA sarà così potente da essere in grado di rilevare un segnale radar aeroportuale su un pianeta distante 50 anni luce. Praticamente è circa 50 volte più sensibile dei migliori radiotelescopi attuali. Esso è in grado di mappare il cielo 10.000 volte più velocemente rispetto a qualsiasi strumento precedente. Pensate che al fine di collegare le antenne ai processori centrali saranno impiegati migliaia di chilometri di fibra ottica, abbastanza  da fare il giro della Terra per ben due volte.