Gledanje u noćno nebo i viđenje samo bjelkaste trake Mliječnog puta skriva koliko je daleko Većina svemira ostaje izvan našeg dosegaNova generacija divovski teleskopiVođena iz Europe i uz snažno španjolsko sudjelovanje, priprema se potpuno promijeniti ovu situaciju iz pustinje Atacama u Čileu.
Među tim projektima ističe se Izuzetno veliki teleskop (ELT), kojeg mnogi smatraju budući najveći optički teleskop na svijetui Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST), predodređen da postane najveći instrument te vrste za istraživanje svemira skrivenog iza kozmičke prašine. Oba dijele istu lokaciju u Atacami i izrazito europski utjecaj.
Kolos u izgradnji: Izuzetno veliki teleskop
U srcu pustinje Atacama napreduje izgradnja Izuzetno velikog teleskopa, opservatorija u mreži Europskog južnog opservatorija (ESO) koji teži postati vodeći svjetski autoritet za optičku i infracrvenu astronomijuNjegov položaj, na preko 3.000 metara nadmorske visine i pod izuzetno suhom atmosferom, omogućuje mu da u potpunosti iskoristi kvalitetu čileanskog neba.
Srce ELT-a bit će njegovo primarno zrcalo, poznato kao M1, promjera 39,3 metra. Da biste dobili ideju, Govorimo o površini sličnoj malom sportskom terenuProizvodnja u jednom komadu bila bi neizvediva zbog njegove veličine i težine, pa je dizajn riješen mozaikom pažljivo sinkroniziranih neovisnih segmenata.
Kako bi se zaštitilo ovo ogromno astronomsko "oko", teleskop će biti smješten pod kupolom visokom 80 metara i promjera 88 metara, dimenzijama koje podsjećaju na nogometno igralište prekriveno metalnom konstrukcijomUnutra će biti integriran nosač težak otprilike 3.700 tona koji će podupirati pet zrcala optičkog sustava i razne znanstvene instrumente odgovorne za analizu prikupljene svjetlosti.
Taj dizajn s više ogledala nije estetski hir: omogućit će ispraviti atmosferska izobličenja i koncentrirati svjetlost s preciznošću koja će nadmašiti mogućnosti trenutnih teleskopa. Navedeni cilj je proučavati sve, od egzoplaneta sličnih Zemlji do prvih galaksija koje su nastale nakon Velikog praska.
Najpreciznije ogledalo: 798 dijelova koji rade kao jedan
Veliki tehnički izazov ELT-a leži u osiguravanju da njegovo glavno zrcalo, podijeljeno na 798 šesterokutnih dijelova, ponaša se točno kao da je jedna kontinuirana površinaSvaki segment ima promjer od otprilike jedan i pol metar, debljinu od samo oko pet centimetara i teži blizu 250 kilograma.
Teškoća nije toliko u izradi svakog komada koliko u osiguravanju da cijeli sklop ostane savršeno poravnat. Dopuštene granice pogreške su ekstremne: Relativni položaj između segmenata mora se kontrolirati s točnošću od samo dva nanometra., debljine oko 10 000 puta manje od ljudske dlake.
Da bi se to postiglo, teleskop će imati gotovo 2.500 aktuatora, malih uređaja sposobnih za pomicanje svakog segmenta pojedinačno. Ovi aktuatori mogu ispravljati sitne varijacije u visini ili nagibu, tako da se zrcalo kontinuirano prilagođava potrebama promatranja i promjenama u okolini.
Upravljački sustav nadopunjuje mreža od otprilike 9.000 senzora smještenih unutar samih segmenata. Ova senzorska mreža omogućuje mjerenje u stvarnom vremenu. kako se dijelovi pomiču ili deformiraju i šalju naredbe za korekciju aktuatorima kako bi se održao idealan oblik zrcala.
Kombinacija aktuatora i senzora omogućit će M1 da funkcionira kao jedno divovsko oko, sposobno za stvaranje slika s razinom detalja što će ostaviti trenutne teleskope u prašiniuključujući mnoge svemirski opservatoriji.
Španjolski doprinos: sustav lokalne koherencije
U ovom kontekstu ekstremne preciznosti, tim s Politehničkog sveučilišta Katalonije (UPC) i španjolske tvrtke IDOM razvio je ključni instrument: Lokalni koherencer. To je pionirski optički sustav dizajniran za provjerite je li svaki segment zrcala M1 na svom točnom mjestu s poštovanjem prema svojim susjedima.
Lokalni koherencer je lagan, kompaktan i robustan beskontaktni metrološki instrument sposoban jednim uređajem mjeriti razliku u položaju između segmenta i njegovih šest susjednih segmenata. Detektira ne samo varijacije u visini već i... mali relativni nagibi između dijelova, nešto temeljno da bi ogledalo zadržalo savršen oblik.
Prema timu koji ga je razvio, koncept sustava je potpuno inovativan, do te mjere da im je omogućio da osvoje međunarodni natječaj protiv drugih prijedloga i doveo je do patent globalnog opsegaDizajn je osmišljen za rad u teškim uvjetima čileanskog opservatorija, gdje promjene temperature i vjetra mogu utjecati na strukturu.
Rad UPC-a i IDOM-a obuhvatio je sve, od detaljnog dizajna instrumenta i odabira komponenti do konstrukcije sustava, razvoja softvera za obradu i funkcionalnog testiranja. Prije trajnog putovanja u Čile, Lokalni koherencer bit će validiran u sjedištu ESO-a u Münchenu. kako bi se provjerilo da točno ispunjava specifikacije projekta.
Za istraživače koji su uključeni, sudjelovanje u teleskopu ove veličine s tako ključnom instrumentacijom posebno je uzbudljivo. Ne samo zbog znanstvenog utjecaja koji će ELT imati, već i zato što To stavlja španjolsko inženjerstvo u prvi plan međunarodne astronomije..
AtLAST: teleskop koji će otkriti skriveni svemir
Dok se ELT priprema za vođenje optičkih i infracrvenih promatranja, drugi veliki projekt, također sa značajnim europskim sudjelovanjem, ima za cilj dominirati nebom u vrlo različitom području spektra: submilimetarskom zračenju. Riječ je o Atacama Submilimetarskom teleskopu s velikim otvorom blende, poznatom kao AtLAST, koji ima za cilj postati najveći svjetski submilimetarski teleskop s jednom antenom.
Temeljna ideja proizlazi iz ograničenja dobro poznatog znanstvenoj zajednici: Ogroman dio svemira skriven je iza oblaka prašine koje blokiraju vidljivu svjetlost. Otprilike polovica svjetlosti koju emitiraju galaksije zarobljena je u toj međuzvjezdanoj prašini, pa optički teleskopi hvataju samo djelić stvarnosti.
U posljednjim desetljećima, objekti poput ALMA-e (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), također u Čileu, napravili su značajan napredak u ovom području. Međutim, ALMA funkcionira poput "mikroskopa": pruža vrlo detaljne slike, ali svako promatranje pokriva sićušno područje neba, tisuće puta manje od prividne površine Mjeseca.
AtLAST ima za cilj nadopuniti taj pristup širokokutnom perspektivom. Zahvaljujući svom dizajnu, Moći će mapirati područja neba do 16 puta veća od prividne veličine Mjeseca. u jednom promatranju, što će omogućiti provođenje masovnih popisa galaksija i oblaka plina i prašine u mjerilima koja su danas nemogući.
Projekt AtLAST2, koji financira Europska unija i nalazi se u fazi projektiranja do 2028. godine, okuplja stručnjake iz Europe, Čilea, Južne Afrike, Kanade, Tajvana, Tajlanda, Novog Zelanda, Japana i Sjedinjenih Američkih Država. Cilj je stvoriti instrument promjera 50 metara koji će, kada bude operativan, postat će najveći submilimetarski teleskop ikad izgrađen.
Ekstremno inženjerstvo: tanjur od 50 metara i 4.400 tona
Planirani dizajn za AtLAST uključuje glavnu antenu s otvorom od 50 metara izrađenu od aluminijskih ploča i poduprtu impozantnom čeličnom konstrukcijom. Ukupno bi sklop težio otprilike 4.400 tona, s sekundarno zrcalo promjera 12 metara, veći od mnogih kompletnih teleskopa koji su već u funkciji.
Njegova planirana lokacija je također u pustinji Atacama, u blizini ALMA objekata i na nadmorskoj visini od preko 5.000 metara. Ova kombinacija suhog zraka, velike nadmorske visine i niskog svjetlosnog onečišćenja ključna je za promatranje zračenja između radiovalova i infracrvenog zračenja. submilimetarski raspon u kojem će teleskop raditi.
Jedan od najupečatljivijih elemenata projekta je njegov pristup održivosti. Cilj je da AtLAST u potpunosti radi na obnovljivim izvorima energije, putem hibridnog sustava regeneracije energije. U praksi, kombinacija solarna energija, skladištenje u baterijama i skladištenje u metalnim hidridima, zajedno s povratom kinetičke energije kada teleskop koči nakon kretanja, slično onome što se događa u hibridnim vozilima.
Ideja nije samo smanjiti ugljični otisak tijekom rada, već i tijekom proizvodnje komponenti, fokusirajući se na procesi s niskim ili nultim emisijamaBudući da je ova infrastruktura dizajnirana za rad oko pet desetljeća, dizajn uključuje mogućnost ažuriranja znanstvenih instrumenata kako tehnologija napreduje.
U znanstvenom smislu, AtLAST će biti dio nove generacije velikih opservatorija planiranih za 2040-e, koja uključuje i Europski ekstremno veliki teleskop. Bez instrumenta s jednom antenom u submilimetarskom rasponu ove veličine, astronomi upozoravaju da To bi ostavilo značajnu prazninu u našoj sposobnosti mapiranja hladnog plina i prašine. preko cijelog neba.
Koju će znanost omogućiti najveći svjetski teleskop u svom području?
I ELT i AtLAST istražuju temeljna pitanja o tome kako je svemir strukturiran i evoluira. U slučaju submilimetarskog teleskopa, jedan od glavnih ciljeva je locirati hladni plin i prašina koji potiču stvaranje zvijezda i galaksijakao i dijelovi materije koji još nisu izravno otkriveni u galaktičkom okruženju.
Trenutni modeli pokazuju da bi oko galaksija trebala postojati velika količina plina, i vrućeg i hladnog, ali velik dio tog materijala nevidljiv je golim okom korištenjem tradicionalnih tehnika u vidljivom rasponu. AtLAST bi mogao pomoći u otkrivanju gdje se on stvarno nalazi. popunjavanje važnih praznina u razumijevanju kozmičke evolucije.
Još jedna ključna linija istraživanja bit će proučavanje izrazito prašnjavih galaksija, koje se danas u opažanjima pojavljuju kao zamućene. S AtLAST-ovom osjetljivošću i širokim vidnim poljem, astronomi se nadaju razlučiti te pojedinačne izvore. identificirajući oko 50 milijuna galaksija u oko 1.000 sati promatranja prema početnim procjenama.
Teleskop će također omogućiti promatranje Sunčeve atmosfere u submilimetarskom rasponu i omogućiti praćenje varijabilnosti solarnih baklji u neviđenim detaljima. Ove informacije bit će relevantne ne samo za solarnu fiziku već i za bolje razumijevanje Sunčeve atmosfere. Kako vulkanske erupcije utječu na svemirsko vrijeme? i, šire gledano, na tehnološke sustave na Zemlji.
U međuvremenu, Izuzetno veliki teleskop (Extremely Large Telescope), sa svojom sposobnošću prikupljanja i analize svjetlosti iz gotovo cijelog svemira, usredotočit će se na proučavanje egzoplaneta sličnih Zemlji, detaljnu karakterizaciju obližnjih i udaljenih zvijezda te promatranje najudaljenije galaksije, udaljene više od 10.000 milijardi svjetlosnih godinaTo će nam omogućiti da se približimo prvim trenucima formiranja struktura u kozmosu.
Kombinacijom oba pristupa, optičko-infracrvenog s jedne strane i submilimetarskog s druge, europska znanstvena zajednica se nada da će moći dobiti puno potpuniju sliku o tome kako nastaju zvijezde, kako se galaksije razvijaju i Koji fizički procesi dominiraju u najskrivenijim dijelovima svemira?.
Europska predanost, a posebno težina španjolske znanstvene zajednice u razvojima poput Lokalnog koherencera ili koordinacije dijelova projekta AtLAST, pokazuje kako izgradnja najvećeg svjetskog teleskopa u svakom rasponu promatranja nije samo tehnološka utrka, već i način konsolidacije istraživačkog ekosustava sposobnog desetljećima iskoristiti ogromnu količinu podataka koje će ovi divovi iz Atacame staviti na stol.
