Największe teleskopy optyczne na Ziemi
Co do zasady, od dawna wiadomo, że jeżeli chodzi o instrumenty odkrywające coraz to dalsze regiony Wszechświata, apertury lustra głównego nie da się zastąpić lepszą elektroniką czy lepszym okularem. Im większe lustro, tym lepsze obrazy, tym więcej fotonów udaje się zebrać, tym głębiej w kosmos możemy zajrzeć.
Dlatego też w niniejszym artykule skupimy się na czekających nas zmianach w astronomii obserwacyjnej, wraz z nadejściem nowej generacji największych teleskopów na świecie. Uprzedzam, że chodzi nie o ewolucję, a prawdziwą rewolucję!
Aktualnie największe teleskopy optyczne na Ziemi to (1):
- Bardzo Duży Teleskop (5) - cztery teleskopy o lustrach o średnicy 8,2 m każde;
- Wielki Teleskop Południowoafrykański (3) - powierzchnia 66 m²;
- Wielki Teleskop Kanaryjski (2) - średnica lustra 10,4 m;
- Teleskopy Kecka (4) - dwa teleskopy o lustrach o średnicy 9,8 m każde;
- Wielki Teleskop Lornetkowy (6) - dwa lustra o średnicy 8,4 m każde.
(SALT) (źródło: SALT)
Właśnie te teleskopy odpowiadają za większość najważniejszych odkryć astronomicznych ostatnich dwóch dekad. Jak widać, mają lustra mniej więcej tego samego rozmiaru, choć w różnych układach optycznych.
Zapowiadana wyżej rewolucja nadejdzie wraz z pojawieniem się pierwszego z teleskopów nowej generacji, który będzie charakteryzował się zwierciadłem głównym o średnicy 30 m. Aktualnie trwają prace nad budową trzech takich obiektów. Przyjrzyjmy się im bliżej.
Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski
(źródło ESO)
European Extremely Large Telescope (E-ELT) (7) to projekt realizowany przez Europejskie Obserwatorium Południowe (European Southern Observatory, ESO) na szczycie wzgórza Cerro Armazones, na pustyni Atacama w północnym Chile.
W ramach projektu powstanie teleskop o imponującej średnicy lustra głównego wynoszącej 39,3 m (8). Samo lustro wtórne tego teleskopu będzie miało średnicę 4,2 m.
Według planów teleskop E-ELT będzie zdolny do obserwowania najwcześniejszych etapów formowania się układów planetarnych oraz do wykrywania cząsteczek organicznych i wody w dyskach protoplanetarnych otaczających dopiero powstające gwiazdy.
Wyobraźnię pobudza fakt, że teleskop tych rozmiarów będzie w stanie szukać planet pozasłonecznych nie tylko pośrednio, poprzez badanie ruchu gwiazd zakłócanego przez orbitujące je planety, lecz także bezpośrednio (9). Powstanie również możliwość badania atmosfer niektórych egzoplanet. Nic w tym dziwnego, skoro główne lustro będzie w stanie zbierać ponad 15 razy więcej światła niż obecnie największe teleskopy na świecie.
Patrząc dalej, E-ELT pomoże w zrozumieniu stworzenia pierwszych obiektów we Wszechświecie, pierwszych gwiazd, pierwszych galaktyk i czarnych dziur. Jakby tego było mało, jednym z celów stawianych przed tym teleskopem jest wykonanie bezpośredniego pomiaru przyspieszenia ekspansji Wszechświata. Realizacja tak dużego i nowatorskiego przedsięwzięcia wymaga zastosowania wielu innowacji.
Na lustro główne złoży się 798 segmentów o średnicy 1,45 m każdy. Grubość każdego z segmentów to zaledwie 50 mm, co znacznie zredukuje masę całej konstrukcji. Równie duże wyzwanie stanowi stworzenie systemu optyki adaptacyjnej, która pozwoli wyeliminować wpływ atmosfery na obserwacje. W tym celu powstało specjalne, niezwykle cienkie, elastyczne lustro korekcyjne, oparte na ponad 6 tys. siłowników, które będą w stanie zmieniać kształt lustra ponad tysiąc razy na sekundę.
W 2012 r. rozpoczęto wstępne prace na Cerro Armazones (10). W grudniu 2014 r. - po tym, jak ESO zdobyło 90% środków na budowę teleskopu - rozpoczęły się prace konstrukcyjne. Całkowity koszt projektu wyniesie ok. 1 055 mld euro. Rozpoczęcie obserwacji astronomicznych za pomocą E-ELT planowane jest na 2024 r.
Gigantyczny Teleskop Magellana
Giant Magellan Telescope (GMT) (11) to nieco mniejszy od E-ELT - choć wciąż sporych rozmiarów - teleskop budowany w obserwatorium Las Campanas, także na pustyni Atacama w Chile.
Lustro główne utworzy siedem segmentów o średnicy 8,4 m każdy. Będzie charakteryzowało się zdolnością zbierania światła taką, jak jednoelementowe lustro o średnicy 22 m. Dzięki temu GMT będzie zbierał od pięciu do dziesięciu razy więcej światła niż najsilniejsze obecnie istniejące teleskopy (12). Każdy z siedmiu segmentów powstanie w Steward Observatory Mirror Lab. Cztery zostały już odlane. Zauważmy jednak, że odlanie to tylko jeden z etapów tworzenia lustra. Choć bowiem pierwszy segment odlano już w 2005 r. (drugi w 2012 r., trzeci w 2014 r., a czwarty w 2015 r.), to jego polerowanie trwało... aż do 2012 r.
Jak widać, to bardzo czasochłonny proces - nic dziwnego, skoro odbywa się z precyzją do milionowej części centymetra! Miejsce budowy przygotowywane jest już od 2012 r. Mimo że teleskop pełnię mocy osiągnie po zainstalowaniu wszystkich siedmiu luster, w praktyce możliwe jest rozpoczęcie obserwacji już po zainstalowaniu czterech.
Teleskop Trzydziestometrowy
Obiekt buduje konsorcjum amerykańsko-kanadyjskie. Jak sama nazwa wskazuje, średnica lustra Thirty Meter Telescope (TMT) (13) sięga 30 m.
Lustro główne składa się z 492 segmentów o średnicy 1,4 m każdy. Tak jak w przypadku pozostałych dwóch teleskopów i tutaj będziemy mieli do czynienia z wykorzystaniem zaawansowanej optyki adaptacyjnej, której zadaniem będzie pomiar turbulencji atmosfery poprzez obserwowanie naturalnych i sztucznych gwiazd laserowych. Takie pomiary, wykonywane wiele razy na sekundę, pozwolą na aktywne odkształcanie luster i uzyskanie obrazu niezakłóconego przez oddziaływanie atmosfery (14).
Co istotne - ze wszystkich trzech teleskopów to właśnie TMT będzie miał najmniej atmosfery nad sobą, bowiem zostanie zbudowany na wysokości 4050 m, na szczycie Mauna Kea na Hawajach. Pierwotnie rozważano aż pięć różnych lokalizacji dla wspomnianej trójki teleskopów. Po kilku latach badań listę zawężono do dwóch miejsc: Cerro Armazones na pustyni Atacama oraz Mauna Kea na Hawajach (15). W 2009 r. zdecydowano się dla TMT na dru - gą z tych opcji. Jednym z powodów był fakt, że Europejskie Obserwatorium Południowe i tak już postanowiło wznosić swój teleskop w Chile, gdzie ma być obserwowane niebo południowe.
Dwa potężne teleskopy obserwujące tę samą część nieba - i żadnego obiektu tej skali dla nieba północnego - słusznie nie zostało uznane za dobry pomysł. Wyniki badań z Cerro Armazones udostępniono ESO, które zdecydowało się w tym miejscu postawić wspominany E-ELT.
Niestety, realizacja projektu na Hawajach nie należy do najprostszych. Plany budowy potężnego teleskopu spotkały się z krytyką lokalnej ludności. Dla rdzennych mieszkańców tych ziem szczyt Mauna Kea jest miejscem świętym, w którym nie powinny odbywać się duże prace budowlane, nieodpowiednim dla ruchu drogowego i hałasu. W 2011 r. władze Hawajów warunkowo zgodziły się na budowę teleskopu, jednak od tego czasu wielokrotnie organizowano protesty i pikiety, które jeszcze pod koniec 2014 r. doprowadziły do całkowitego wstrzymania prac na wzgórzu.
W kwietniu 2015 r., z uwagi na trwające protesty, na prośbę gubernatora stanu, Davida Ige, znowu wstrzyma - no prace konstrukcyjne, na tydzień. Po długich negocjacjach inwestycję wznowiono, jednak warunki uzyskanego kompromisu (np. konieczność usunięcia 80% aktualnie działających na Mauna Kea teleskopów przed rozpoczęciem obserwacji za pomocą TMT) najprawdopodobniej będą prowadzić do kolejnych akcji protestacyjnych.
Czego możemy się spodziewać?
Wszystkie trzy teleskopy nowej generacji dają wielkie szanse na kolejne przełomowe odkrycia z zakresu poszukiwania życia pozaziemskiego, egzoplanet typu ziemskiego, badań dysków protoplanetarnych czy poszukiwania najodleglejszych obiektów obserwowanego Wszechświata.
Astronomowie mają coraz więcej pomysłów i planów na ich wykorzystanie, choć należy pamiętać jedno: za każdym razem, gdy uruchamiano wielkie teleskopy, pojawiały się odkrycia, o których nawet nikt nie myślał na etapie inwestycji. Czego dowie - my się tym razem? Jakie tajemnice poznamy dzięki trzydziestometrowym kolosom? Pierwsze odpowiedzi na tego rodzaju pytania padną pewnie już za kilka lat. Póki co, można być niemal pewnym, że będzie to dla astronomów naprawdę dobry czas.
