SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), l`osservatorio stratosferico per l’astronomia infrarossa, è il più gran telescopio portatile del mondo, ed è perfezionato per l’astronomia infrarossa. L’infrarosso (IR) è paragonabile ad un raggio di luce emessa dagli oggetti, non sufficientemente caldi, per splendere nella luce visibile. Esseri umani emettono IR - è il calore dai nostri corpi.

Astronomicamente parlando, l`osservazione degli IR permette agli scienziati di studiare la polvere cosmica, la formazione di stelle e di nuovi sistemi solari, la chimica dell`universo e l`universo profondo, in cui le galassie più distanti sono viste alla luce infrarossa. Quando le missioni di ricerca cominceranno, SOFIA - un Boeing modificato 747SP - trasporterà un telescopio di 2,5 m fino alla stratosfera per osservare un universo invisibile dai telescopi a terra.

Perché montare un telescopio su un aeroplano - una piattaforma mobile - invece di montarlo saldamente su di una piattaforma fissa, in cima a qualche montagna? I motivi sono semplici: l`acqua presente nell’atmosfera terrestre assorbe quasi tutta l`energia infrarossa proveniente dagli oggetti nell`universo. Tutta quest’energia IR può attraversare milioni di anni luce attraverso lo spazio per interrompersi arrivando negli ultimi 8 km dell`atmosfera terrestre.

Alcune finestre infrarosse - parti dello spettro elettromagnetico - sono disponibili a terra e ben osservate dal cielo, per esempio dal 2 MASS (2 Micron All Sky Survey). Il fatto che 99% dell`acqua è concentrato nella troposfera - il più basso strato dell’atmosfera, fino a circa 13 km d’altezza - permette di creare un osservatorio aviotrasportato per l’astronomia IR. Volando sopra l`acqua nella stratosfera, con un’umidità inferiore all’1%, un nuovo universo infrarosso si aprirà all’osservazione.

Per quale motivo non s’invia semplicemente il telescopio nello spazio? Scientificamente, SOFIA può fare gran parte dell`astronomia IR che è anche accessibile dallo spazio, ma ha il vantaggio d’essere un osservatorio a terra. SOFIA è analogo ad una missione spaziale che fa rientro ogni mattina. Gli strumenti scientifici come macchine fotografiche, spettrometri e fotometri, possono essere montato sullo telescopio mentre il velivolo si trova nell’hangar, ove si possono effettuare delle riparazioni o delle sostituzioni di strumenti della tecnologia più recente.

A causa di questa flessibilità, si prevede per l`osservatorio una "vita" di circa 20 anni. La criogenia può essere rifornito ogni volo. La missione gemella di SOFIA si chiama SIRTF (Space Infrared Telescope Facility), un telescopio infrarosso spaziale. Gli scienziati anticipano che SIRTF funzionerà almeno per 5 anni, prima che il telescopio si riscalderà a causa dell’esaurimento dell’elio, indispensabile al relativo sistema di raffreddamento. Queste due missioni della NASA sono veramente complementari.

Com’è possibile orientare un telescopio in modo preciso quando esso si trova a bordo di un velivolo in volo, che è in movimento ed instabile? Il telescopio SOFIA, in tutto circa 22.000 kg, è isolato dal 747SP. Il telescopio sarà montato permanentemente nel velivolo su un grande cuscinetto idraulico (circa 1,6 m di diametro) in una paratia pressurizzata fra la cavità del telescopio e la cabina. Il telescopio galleggerà su questo cuscinetto.

Una volta che il telescopio comincerà a rintracciare una stella, la combinazione del cuscinetto, degli ammortizzatori, dei giroscopi al laser e del sistema di feedback lo terranno orientato in modo accurato, al sicuro dagli effetti di rollata dell’aereo mentre è in volo. L`osservatorio KAO, il Kuiper Airborne Observatory, ora in pensione, impiegava un sistema simile per un telescopio più piccolo (90,4 cm) che ha funzionato bene per più di due decadi.

Per raccogliere i dati e le immagini della qualità migliore, i telescopi IR ed i rilevatori sono utilizzati a temperature molto basse. Durante l’osservazione, il telescopio SOFIA sarà alla temperatura ambientale all’esterno del velivolo, a circa -35 C° - o anche 240 K - per usare una scala comunemente adoperata in astronomia, che misura la temperatura assoluta (dal noto fisico inglese W. Thomson Lord Kelvin).

Gli strumenti fissati al telescopio per raccogliere la luce IR saranno raffreddati, sfruttando la criogenia, quasi fino allo zero assoluto (-273 C°, o a 0 K) in modo di rendere l’IR di sfondo, osservato con gli oggetti, il più modesto possibile. La missione gemella di SOFIA "SIRTF" è un telescopio infrarosso spaziale e l`intero telescopio SIRTF sarà raffreddato ad una temperatura bassissima con un enorme apparecchio criogeno ad elio che circonda il telescopio.

La cabina del 747 sarà normalmente pressurizzata, esattamente come lo sono le linee aeree commerciali. Infatti, SOFIA sarà certificata dalla FAA e potrà atterrare e partire da qualsiasi aeroporto commerciale del mondo, che abbia una pista adeguata ad ospitare un normale Boeing 747. Come membro dell’USRA (Universities Space Research Association), la United Airlines fornirà le squadre di volo e si prenderà cura della manutenzione del velivolo.

SOFIA sarà un osservatorio di categoria mondiale per la ricerca nel campo dell’astronomia ed è un progetto della NASA in compartecipazione unito al Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), il centro aerospaziale tedesco. La NASA sta costituendo il fondo per la modifica del 747SP per trasformarlo in un osservatorio ed il DLR sta costruendo il telescopio. L`USRA è l`appaltatore principale per questo progetto della NASA.

L’USRA ed i relativi subappaltatori come la United Airlines, impiegheranno SOFIA per la NASA ed il partner tedesco DLR. La direzione scientifica per l`osservatorio proviene dall`università di California, mentre gli strumenti saranno progettati e costruiti coinvolgendo le maggiori università e vari centri della NASA, sia negli USA, sia in Germania. La L-3 Communications di Waco negli Stati Uniti si occuperà invece della modifica del 747SP.

SOFIA sarà un osservatorio concepito per la ricerca. A questa ricerca prenderanno parte degli scienziati di fama, unitamente ai loro studenti e ricercatori associati. L`osservatorio avrà un equipaggio: oltre al personale di volo, avrà un operatore per il telescopio, un capo missione e dei informatici. Questo gruppo sarà responsabile del funzionamento del sistema del telescopio assieme alla squadra scientifica.

Inoltre, come il KAO, SOFIA ospiterà degli educatori nelle missioni di ricerca come parte di un programma di formazione pubblica dell`osservatorio, il Education and Public Outreach program (EPO). EPO è condotto da un istituto che lavora in stretta collaborazione con l’USRA per la NASA.

Le missioni di ricerca inizieranno verso la fine del 2004.