Warto przeczytać

Obserwacje naziemnymi teleskopami są bardzo utrudnione ze względu na chmury, warunki atmosferyczne i grubą atmosferę. Im więcej cząsteczek (materii) znajduje się na drodze pomiędzy źródłem światła a obserwatorem, tym trudniej dokonywać jest dokładnych pomiarów i obliczeń. Przestrzeń kosmiczną najlepiej obserwuje się z kosmosu przy pomocy aparatury wysyłanej w kierunku planet lub teleskopami znajdującymi się na orbicie okołoziemskiej. Niestety, stworzenie narzędzi badawczych mogących pracować na orbicie okołoziemskiej lub z przestrzeni międzyplanetarnej jest bardzo czasochłonne i wymaga ogromnych nakładów finansowych. W XXI wieku postęp technologiczny umożliwił budowanie ekstremalnie wielkich teleskopów na Ziemi.

Istnieją trzy główne typy obszarów na świecie, które są najbardziej odpowiednie do budowy teleskopów. Jednym z nich jest Antarktyda - wysokie szczyty suchych płaskowyżów cechują niskie zawirowania powietrza, niska wilgotność i otaczające ciemności. Warunki tam panujące są jednak brutalne dla człowieka. Drugim typem jest samotna, odizolowana od świateł, góra na wyspie. Takie miejsca można znaleźć na Hawajach i na Wyspach Kanaryjskich. Ich wadą jest jednak przeciętna wilgotność powietrza i zwiększona aktywność sejsmiczna. Trzeci typ to górzyste obszary przybrzeżne Ameryki Południowej, w których jednostajny wiatr znad morza minimalizuje turbulencje przepływające nad szczytami, a pogoda jest bardzo stabilna. Biorąc pod uwagę wszystkie czynniki (również ekonomiczne i społeczne) można przyjąć, że najlepsze warunki do budowy wielkich teleskopów panują w Chile, na pustyni Atakama i w jej okolicach. Pogodę na tym obszarze cechuje:

– minimalna ilość opadów,

– brak silnych wiatrów,

– mała amplituda temperatur,

– rzadka atmosfera.

ESO (European Southern Observatory) w ramach międzynarodowej współpracy może prowadzić badania i budować obserwatoria wszędzie na świecie. Obecnie na wierzchołkach wielu gór pustyni Atakama znajdują się teleskopy należące do różnych państw lub do organizacji międzynarodowych. Nawet Uniwersytet Warszawski posiada w Chile w Las Campanas własny polski teleskop, którym zarządza zespół OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment).

Na jednej z najwyższych gór – Cerro Armazones – 26 kwietnia 2010 r. kierujący obserwatorium ESO postanowili zbudować największy na świecie teleskop optyczny. Projekt taki wymaga nakładu miliardów euro. Dzięki międzynarodowej współpracy, każdy kraj zrzeszony w ESO, dokłada pewną kwotę pieniędzy. Proporcjonalnie do poniesionych kosztów – dany kraj będzie mógł korzystać z teleskopu.

ELT (Extremely Large Telescope) – to nazwa budowanego teleskopu. Jest on teleskopem przyszłości. Ze względu na jego ogromne rozmiary, wierzchołek góry Cerro Armazones „ścięto” o około 18 metrów, aby otrzymać idealnie płaską powierzchnię pod budowę teleskopu. Ze względu na usytuowanie, prace musiały rozpocząć się od wybudowania dróg dojazdowych na szczyt, doprowadzenia zasilania i wody. Góra wcześniej miała wysokość 3046 metrów n.p.m. Po zrównaniu terenu przystąpiono do budowy fundamentów pod kopułę teleskopu.

RPDkOFEGBm2rc

Rys. 1. Zdjęcie przedstawia prace budowalne wykonywane podczas powstawania ekstremalnie wielkiego teleskopu (opisanego wielkimi literami ELT) na szczycie góry Cerro Armazones. Wierzchołek góry musiał zostać ścięty, aby otrzymać dostatecznie wielką i idealnie płaską, poziomą powierzchnię. Na zdjęciu pokazano z lotu ptaka płaski szczyt góry, na który wiedzie kręta droga wzdłuż jej zbocza. Droga oplata górę. Na szczycie widoczne są szare fundamenty z owalnym pogłębieniem. Kształt podstawy budynku będzie okrągły. Obok fundamentów widocznych jest kilka samochodów ciężarowych. Średnica fundamentów jest około trzydziestu do czterdziestu razy większa niż długość samochodu ciężarowego wraz z naczepą.

R1RoO9n8GTb23

Rys. 2a. Infografika porównuje rozmiar kopuły Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu ELT z innymi dużymi teleskopami naziemnymi, działającymi lub planowanymi. ELT, ze zwierciadłem głównym o średnicy 39 metrów, będzie największym teleskopem optycznym na świecie. Infografika pozwala porównać wielkości dziesięciu największych teleskopów na świecie. Od lewej jako pierwszy przedstawiono Very Large Telescope, czyli grupę czterech teleskopów optycznych zlokalizowanych w Chile; następnie ELT jako największe urządzenie, którego budowa zakończy się w 2025 roku; kolejny to Keck Telescope – dwa teleskopy amerykańskie pracujące na Hawajach; jako czwarty pokazano Thirty Meter Telescope budowany na Hawajach; kolejny to Gran Telescopio Canarias, czyli Wielki Teleskop Kanaryjski pracujący na Teneryfie; Subaru Telescope to japoński teleskop zlokalizowany na Hawajach niedaleko Keck Telescope, o średnicy aktywnego optycznie zwierciadła 8,3 metra; kolejny to South African Large Telescope zlokalizowany w Południowej Afryce, jego zwierciadła mają średnicę 9,8 metra. Najmniejszy z porównywanych teleskopów to New Technology Telescope pracujący w Chile, średnica jego zwierciadła wynosi 3,58 metra. Jako przedostatni pokazano Giant Magellan Telescope, czyli Gigantyczny Teleskop Magellana budowany w Las Palmas, suma średnicy jego zwierciadeł ma docelowo osiągnąć około 24 metry; jako ostatni pokazano budowany Large Synoptic Survey Telescope ze średnicą zwierciadła w granicach 4 metrów.

R1MI1sATlqTki

Rys. 2b. Rysunek porównuje wielkości i rodzaje zwierciadeł różnych teleskopów. Najmniejsze z prezentowanych zwierciadeł wykorzystywane są w obserwatorium w Paryżu i Wisconsin. Mają one średnice pojedynczych metrów. Ich zwierciadła są okrągłe. Większy teleskop o okrągłym zwierciadle znajduje się na Kaukazie w Rosji. Jego średnica to kilka metrów. Zwierciadła większych teleskopów budowane są z kilku elementów odbijających, na przykład dwóch okrągłych zwierciadeł o średnicy kilku metrów w Wielkim Teleskopie Dwuobiektywowym w Arizonie. Innym rozwiązaniem jest wykorzystanie zwierciadeł płaskich w kształcie sześciokątów foremnych o przekątnych rzędu metra. Zwierciadła składane są w całość o przekątnej rzędu kilku metrów, tak jak w teleskopie Hebei w Chinach lub kilkunastu metrów, tak jak w przypadku Wielkiego Teleskopu Kanaryjskiego w La Palma. Największe teleskopy składają się również z mniejszych, sześciokątnych zwierciadeł, ale układanych w krąg z pustym środkiem. Dwa największe zwierciadła tego typu znajdują się na Hawajach w Trzydziestometrowym Teleskopie, przekątna zwierciadła porównywalna z długością boiska koszykarskiego oraz w Ekstremalnie Wielkim Teleskopie w Chile, którego średnica jest o około dwadzieścia procent dłuższa niż długość boiska koszykarskiego. Średnica zwierciadła w największym budowanym teleskopie to trzydzieści dziewięć i trzy dziesiąte metra.

ELT jest teleskopem zwierciadlanym. Instrumenty w nim wykorzystywane zapewniają obserwacje w świetle widzialnym oraz w bliskiej podczerwieni. System optyczny składa się z pięciu luster odbijających światło i kierujących je do detektora.

Tabela 1. Podstawowe parametry zwierciadeł w systemie optycznym ELT

Zwierciadło główne jest zbudowane przy pomocy najnowszych technologii. Lustro o tak ogromnej średnicy nie może być wykonane z jednego kawałka szkła. W przypadku największych teleskopów optycznych zwierciadła buduje się ze specjalnie dobranych segmentów. Zwierciadło główne ELT składa się z 798 mniejszych zwierciadeł o kształcie sześciokątów, których przekątna wynosi 1,4 m. Grubość pojedynczego zwierciadła nie przekracza 50 mm.

RGthzGQUD2sVI

Rys. 3. Zdjęcie przedstawia pomieszczenie na terenie budowy Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu ELT. Zdjęcie wykonano podczas montowania sześciokątnych elementów zwierciadła o przekątnej równej jeden i cztery dziesiąte metra. Sześć takich elementów, jeden obok drugiego opuszczano delikatnie na bloczkach. Pracę tę nadzorowały cztery osoby ubrane w białe kombinezony dla zachowania szczególnych warunków czystości. Powierzchnia pokazanych zwierciadeł jest srebrzysta, gładka i idealnie czysta, aby zachować właściwą jakość obrazu.

Każdego dnia dwa segmenty będą wymieniane, aby astronomowie mieli pewność, że zwierciadło jest idealnie czyste. W ciągu roku każdy segment zostanie wymieniony co najmniej raz. Pod każdym z segmentów zamontowane są trzy czujniki, które mierzą pozycję segmentu oraz segmentów sąsiednich. Sensory mają za zadanie utrzymać całą konstrukcję w wymaganym przez astronomów kształcie. Powierzchnia zwierciadła głównego zbierająca światło wynosi 978 mIndeks górny 2², co pozwala obserwować obszar nieba o rozmiarze 10 minut kątowych. Wymiary obiektów na niebie wyraża się za pomocą miary łukowejmiara łukowamiary łukowej w stopniach, minutach kątowych (1/60 stopnia) i sekundach kątowych i nazywa się rozmiarami kątowymi. Księżyc w pełni obserwowany z Ziemi ma rozmiar średnio 31 minut kątowych, Słońce ma średni rozmiar kątowy równy 32 minuty, natomiast rozmiar Wenus waha się od 10 do 66 sekund katowych w zależności od odległości od Ziemi. Rozmiar kątowy jest zależnością pomiędzy promieniem obserwowanego ciała a jego odległością od obserwatora, dlatego mimo tak dużej różnicy w rozmiarach rzeczywistych Słońce i Księżyc obserwowane z Ziemi mają bardzo podobny rozmiar kątowy.

Światło odbite przez zwierciadło główne biegnie do zwierciadła wtórnego (M2). Jest to największe, najcięższe na świecie zwierciadło wtórne. Ponadto jest największym zwierciadłem wypukłym, jakie kiedykolwiek stworzono.

ELT jako pierwszy teleskop na świecie ma drugie lustro wtórne (M3), które jest wklęsłe. Użycie trzech zwierciadeł, które nie są płaskie, służy wyostrzeniu obrazu. Przy tak ogromnej powierzchni obserwowanego nieba standardowa konstrukcja z dwoma lustrami nie dałaby wyraźnego obrazu.

Czwarte zwierciadło (M4) ma grubość zaledwie 2 milimetrów i oparte jest na sensorach i siłownikach, które pozwalają w czasie realnym korygować zmiany w obrazie spowodowane turbulencjami atmosfery. Takie połączenie nazywane jest optyką adaptatywną lub adaptacyjną, ponieważ w zależności od warunków dopasowuje się kształt zwierciadła.

Piąte zwierciadło (M5) służy do przekazania ostrej, skupionej wiązki światła do odpowiedniego instrumentu pomiarowego.

ELT będzie posiadał pięć instrumentów badawczych:

• wysokiej rozdzielczości kątowej spektrografspektrografspektrograf pracujący w pasmach optycznym i bliskiej podczerwieni,

• urządzenie pracujące w średniej podczerwieni dające zarówno obraz, jak i spektrum badanego obiektu,

• kamerę do głębokich precyzyjnych obserwacji w paśmie optycznym,

• wieloobiektowy spektrografspektrografspektrograf,

• spektrografspektrografspektrograf o wysokiej rozdzielczości widmowej.

Każde z tych urządzeń przeznaczone jest do innego celu naukowego, ponieważ każde zagadnienie w astronomii wymaga innych pomiarów. Głównym celem naukowym ELT jest poszukiwanie i badanie dalekich układów planetarnych oraz poszukiwanie planet podobnych do Ziemi. Cały system pracy ELT jest tak zaprojektowany, aby w bardzo krótkim czasie można było przełączyć instrumenty i dokonać pomiarów danego obiektu każdym z nich. Najbardziej fascynującym i nowatorskim zadaniem ELT jest badanie składu atmosfer planet pozasłonecznychplanety pozasłoneczne = egzoplanetyplanet pozasłonecznych. Ze względu na małe rozmiary planet, ich ogromną odległość od Ziemi do niedawna takie badania nie były możliwe. Temu celowi służyć będzie głównie ostatni instrument, który umożliwia analizę składu atmosfery odległej planety.

Drugim celem badawczym są szczegółowe obserwacje galaktyk i obiektów z początku istnienia kosmosu. ELT prawdopodobnie umożliwi poznanie najstarszych obiektów i struktur Wszechświata. Temu celowi jest dedykowany głównie czwarty z instrumentów tego ogromnego teleskopu.

Ekstremalnie Wielki Teleskop jest przełomem zarówno technologicznym, jak i obserwacyjnym. Otworzy nowe drogi poznawcze Wszechświata i innych planet.

Słowniczek