Come la rete ha cambiato l’astronomia

Dall’Europa ai deserti dell’Australia: un viaggio nel tempo alla scoperta del cielo

Mauro Nanni è associato all’Istituto di Radioastronomia dell’INAF

È difficile, per chi come noi ora utilizza la rete come una commodity, capire cosa fosse agli inizi degli anni ‘80. Compito arduo descrivere lo stupore nel veder comparire sulla stampante dell’Istituto di Radioastronomia del CNR di Bologna la relazione richiesta pochi minuti prima ad un collega del CNR di Milano. La nostra stampante era già collegata con il CNUCE di Pisa per avere i risultati delle elaborazioni dei nastri prodotti dal radiotelescopio di Medicina, ma era per noi “un terminale del CNUCE di Pisa” al pari degli altri terminali che usavamo per far girare i programmi, un semplice collegamento punto-punto, e i nastri del radiotelescopio erano spediti al CNUCE con il corriere. Il collegamento telefonico della stampante aveva semplificato il lavoro ed era ormai normale veder comparire i tabulati e le mappe del cielo elaborate a Pisa. Ma il documento che proveniva da un computer di Milano era assolutamente inatteso: non eravamo più solo un terminale di un centro di calcolo remoto, eravamo nelle maglie di un sistema di cui né io né i colleghi avevamo idea dei confini e delle possibilità, e presto non avremmo più avuto bisogno di un corriere per trasportare i nastri dal radiotelescopio al CNUCE, perché i dati avrebbero viaggiato in rete in tempo reale.

Una rete fatta non solo di cavi

Una rete che avremmo visto crescere impetuosamente nel corso degli anni ‘80 e che avremmo utilizzato per trasferire dati e programmi, per accedere a calcolatori remoti e scambiare mail per quanto lo consentivano i protocolli proprietari delle aziende informatiche e la banda limitata a pochi Kbps. In quegli anni assistevo, per conto di Astronet, agli incontri dei tecnici degli enti che avrebbero realizzato la comune rete per la ricerca. Le esperienze pionieristiche dei primi anni hanno poi lasciato il posto a GARR, l’organizzazione che ha oggi in carico la gestione e lo sviluppo delle infrastrutture e dei servizi. Il grande merito del “Gruppo Armonizzazione Reti Ricerca”, costituito nel 1988, è stato quello di evitare che le diverse comunità si isolassero sulle proprie reti, definite dalle discipline scientifiche e dai protocolli proprietari, e mettere invece a fattor comune non solo “i cavi” delle dorsali, ma anche le competenze che si andavano formando negli enti di ricerca e nelle università. E ancora oggi, GARR continua ad essere un punto di riferimento della comunità di centinaia di ricercatori, tecnici, insegnanti attraverso l’organizzazione di workshop e corsi di aggiornamento riuscendo a farsi portatore delle esigenze informatiche della ricerca di oggi e domani verso la comunità internazionale.

Le prime scuole che “viaggiano” in rete

Già alla fine degli anni ‘80 si iniziava a parlare delle reti all’esterno del mondo accademico; con le scuole in visita ai radiotelescopi spesso si finiva a conversare anche delle reti informatiche e della possibilità di comunicare con le e-mail. Ed è proprio dalla e-mail di un insegnante norvegese, che proponeva di far dialogare i ragazzi delle scuole in tutto il mondo, che iniziò il progetto KidsLink, frutto di una convenzione tra l’Assessorato alla scuola di Bologna, l’Istituto del CNR e l’Arci Computer Club. Presso il circolo, frequentato da insegnanti interessati all’informatica, si realizza un mail-gateway e si tengono corsi di formazione rivolti agli insegnanti.

L’iniziativa si sviluppò nel giro di pochi mesi e permetterà a centinaia di ragazzi di Bologna di trovare “amici di penna” in tutto il mondo; la guerra del golfo del ‘90-‘91 sarà argomento di migliaia di e-mail scambiate con coetanei negli USA, in Israele ed in Europa attraverso la rete. Quella rete era ovviamente “la rete della ricerca” e, anche se orgogliosi dell’esperienza, ci chiedevamo fino a che punto fosse corretto permetterne l’uso alle scuole. Alcuni anni dopo i nostri dubbi avrebbero avuto risposta: invitati a Bruxelles nel dicembre del ‘96 al convegno della Commissione europea Towards a European electronic network of schools, uno studente delle medie di Bologna avrebbe raccontato, ad una stupita platea di adulti, come stava utilizzando la rete nella scuola assieme ai suoi compagni.

Nel 2004 GARR promuove il progetto EmilyLink per il collegamento sperimentale di scuole polo in Emilia-Romagna in collaborazione con IRRE-ER e l’Ufficio Scolastico Regionale; intanto stava prendendo corpo in Regione il progetto della rete per la pubblica amministrazione, che trovava in GARR un interlocutore credibile con cui affrontare il problema del collegamento delle scuole. Oggi, con più di 1500 scuole della Regione collegate da Lepida in fibra ottica e portate sulla rete GARR, possiamo affermare che quel dialogo è stato fecondo.

Dati astronomici in tempo reale con e-VLBI

Tornando a quegli anni in cui giustificavamo il nostro personale impegno nelle esperienze telematiche della scuola con progetti di “trasferimento tecnologico”, cresceva intanto la necessità di banda per lo scambio di dati astronomici. Nel 2001, al CERN, in un incontro con gli istituti della radioastronomia europea, si discuteva della possibilità di aumentare l’efficienza e la sensibilità della rete dei radiotelescopi utilizzando internet per trasmettere i dati in tempo reale, utilizzando una tecnica osservativa che avrebbe preso il nome di e-VLBI. I nostri osservatori, nel 2001, godevano di collegamenti a 2 Mbps. Per realizzare l’e-VLBI occorrevano flussi di almeno 512 Mbps garantiti su percorsi di migliaia di chilometri. Si trattava da una parte di superare il problema dell’ “ultimo miglio”, collegando in fibra antenne realizzate appositamente in posti remoti, per minimizzarei disturbi elettromagnetici, dall’altra di avere flussi garantiti su scala continentale, utilizzando adeguati protocolli e tecnologie trasmissive.

Il problema dell’ultimo miglio è stato affrontato per la prima volta grazie ad una fibra ottica inserita nel piano della rete regionale dell’Emilia-Romagna per la pubblica amministrazione (che si sarebbe chiamata Lepida nel 2007), mentre GARR ci supportò nell’individuare la tecnologia trasmissiva per i collegamenti alle reti europee. In questo modo, fin dal 2005 è stato possibile partecipare alle sperimentazioni di e-VLBI con l’antenna di Medicina. GARR si sarebbe poi fatto carico nel 2012 del collegamento del radiotelescopio di Noto in Sicilia (120 Km di fibra) e successivamente avrebbe partecipato agli incontri con la Regione Sardegna per superare i complessi problemi tecnici ed organizzativi relativi al collegamento della grande antenna di 64m di diametro, il Sardinia Radio Telescope realizzato da INAF a 40Km a nord di Cagliari.

Nuove sfide per la radioastronomia mondiale

Oggi la radioastronomia mondiale si trova di fronte ad una nuova grande sfida tecnologica, quella di realizzare, nei deserti dell’Australia e del Sudafrica, lo Square Kilometre Array, o SKA in breve, uno strumento dotato di una sensibilità superiore di alcuni ordini di grandezza rispetto ai telescopi esistenti. La scelta di collocare SKA in zone desertiche è dovuta alla necessità di tenersi al riparo dalle emissioni radio generate dall’uomo, ma questo comporta enormi problemi per il trasferimento delle centinaia di Petabyte che lo strumento produrrà annualmente.

La pervasività di internet rappresenta per SKA sia una soluzione che un potenziale problema. Se da una parte è la domanda di banda legata a internet che ha reso necessaria la posa delle fibre ottiche sottomarine di altissima capacità che permetteranno anche di trasferire i dati di SKA verso tutti i continenti, per contro l’esigenza di avere internet disponibile ovunque ha convinto operatori come SpaceX a lanciare costellazioni di satelliti per fornire dallo spazio il servizio via radio. Se non saranno salvaguardate le frequenze radio dedicate alla radioastronomia, le trasmissioni dei satelliti causeranno problemi a tutti i radiotelescopi del mondo e potrebbero rendere inutilizzabile uno strumento particolarmente sensibile quale è SKA.

Mentre si conta di giungere ad una regolamentazione internazionale dell’uso delle bande radio nello spazio, la comunità astronomica sta definendo le risorse di calcolo, storage e rete necessarie all’analisi dei dati. In Europa si prevede di realizzare 5-6 data centre in grado di gestire ed elaborare centinaia di Petabyte all’anno collegati tra loro e alle antenne in Australia e Sudafrica con bande dell’ordine di 100 Gbps.

L’Istituto Nazionale di Astrofisica, per conto dell’Italia, è tra i soci fondatori dell’Osservatorio SKA, l’organizzazione internazionale che dovrà gestire la costruzione e l’operatività del progetto e sta valutando la possibilità di realizzare uno dei data centre europei presso il Tecnopolo di Bologna dove ha stabilito la propria sede il Centro meteo europeo (ECMWF) e dove tra un paio d’anni saranno ospitate le maggiori risorse informatiche del CINECA e del INFN. Il Tecnopolo diventerà un importante nodo delle reti GARR e Lepida; nella realizzazione dello SKA Data Centre italiano, le competenze di GARR saranno indispensabili per garantire un efficiente collegamento con gli altri data centre europei.

Mauro Nanni è associato all’Istituto di Radioastronomia dell’INAF, dove ha lavorato dal 1982 occupandosi delle infrastrutture informatiche per la gestione e l’analisi dei dati dei radioastronomici.
Ha partecipato alla realizzazione della rete a larga banda delle antenne VLBI Europee e ora partecipa alla realizzazione dello SKA Data Centre italiano.
Dal 1990 ha promosso progetti della Regione Emilia Romagna per l’utilizzo di Internet a scuola partecipando anche alla realizzazione della MAN Lepida di Bologna.
È stato responsabile dei “Sistemi Informatici Digitali” della Direzione Generale dell’INAF e membro del CTS del GARR.