Mire képes egy földfelszíni óriástávcső egy űrbéli obszervatóriumhoz képest? Az összes mérőberendezés közül minden bizonnyal a Hubble űrtávcső volt a legnagyobb hatással a modern csillagászatra; a már több, mint huszonhét éve a Föld körül keringő teleszkóp egészen a közelmúltig uralkodó volt az optikai tartományban. A földfelszíni monstrumok azonban lassacskán felzárkóztak, a modern technika segítségével peddig le is hagyják a Hubble-t.

 A jelenlegi legjobb felbontással bíró távcső(együttes), a Very Large Telescope (VLT) azaz a Nagyon Nagy Távcső. (Forrás: ESO)

Mivel lehet növelni egy teleszkóp teljesítményét (fényerő, felbontás, zaj stb.)? Ha leegyszerűsítjük a választ, akkor egy sor egyéb apróság mellett két fő stratégiára szorítkozhatunk: 

a) Legyen minnél nagyobb!

b) Lőjjük ki az űrbe!

A csillagászatban alapvető ökölszabály, hogy (kevés kivételtől eltekintve) “a nagyobb távcső jobb távcső”. Viszont még a mostanság rekordernek számító 8-10 méter átmérőjű monstrumoknak is meg kell küzdeniük a légkör áteresztőképességével és a beérkező fény hullámfrontjának torzításával. Előbbi hatása, hogy bizonyos hullámosszokon a sugárzásból semmi, vagy csak az eredeti fluxus töredéke jut át; ennek kiküszöbölése végett építik az obszervatóriumokat 2500 méter és így a vízpára 99%-a fölé. A hullámfront-torzulásokat a légkör gyorsan változó turbulenciái okozzák - ennek hatását figyelhetjük meg a szabad szemmel látható csillagok "pislogásaként" is. Mivel a zavaró turbulenciák a magas légkörben (10 km felett) keletkeznek, a torzító hatásuktól nem lehet szabadulni - legalábbis a Földön nem. 

Távcső-tumultus a hawaii-i Mauna Kea 4100 méteres csúcsán. Középpontban a 10 méteres Keck ikerteleszkópok. (Forrás: Richard Wainscoat)

Az űrben ez nyilván nem jelent problémát, minden hullámhosszon tökéletes mérést lehet végezni – ennek viszont ára van, mégpedig szó szerint. Főleg a könnyen elszaladó költségek az okai annak, hogy a jelenleg is aktív űrteleszkópok közül még mindgi a 2,4 méteres tükörrel rendelkező Hubble a legnagyobb, ezzel pedig egyértelműen kiérdemli az elmúlt év(tized)ek legjobb távcsövének büszke címét. Ha viszont osztanának ilyen díjat a következő években, valószínűleg már nem a NASA kedvenc űrobszervatóriuma érdemelné ki azt.

A Hubble űrtávcső az egyik szervizmisszió felvételén. (Forrás: NASA)

A felszíni távcsöveknek ugyanis van még egy nagy előnye: helyben vannak, így javíthatóak. Egy űrteleszkópnál egy esetleges hiba esetén a szervizelés nyilván nem megoldható (az egyedüli kivételt épp a Hubble négy szervizmissziója jelentette, de ilyen se lesz már a közeljövőben), míg a óriástávcsövek bármikor javíthatóak, sőt, felszerelhetőek a legújabb technológiákkal. A távcsövek optikai alktarészei ugyan alig változtak az elmúlt évtizedekben, az ún. adaptív optikai fejlesztések azonban hatalmas előrelépést jelentettek.

Működésben a negyedik VLT távcső adaptív optikájának lézere. (Forrás: ESO/Gregory Lambert)

Az adaptív optika lényege, hogy az obszervatórium a megfigyelendő objektum mellett egy mesterséges “csillagot” is vizsgál referenciaként. Ezt általában lézerfénnyel hozzák létre, amely nagyjából 100 km-es magasságban gerjeszti a légkör nátrium atomjait. Az eljárás lényege, hogy a mesterséges csillagról kiinduló fény hullámfrontja ismert (illetve kiszámítható), míg a vizsgálandó objektumé nem – viszont a légkör által okozott torzítás mindkét esetben ugyanaz. A mesterséges csillagról érkező fényt számtógépek elemzik és úgy módosítják a távcső tükrének felületét, hogy az ellensúlyozza a légkör hatását. Ha pedig sikerült ‘’kikalapácsolni’’ a mesterséges csillag fényét, akkor az működni fog a célobjektumra is. Ehhez persze informatikai és mérnöki csúcstechnológiára van szükség, a tükröt (tipikusan a kisebb és biztonságosan deformálható segédtükörről van szó) ugyanis másodpercenként tízezerszer kell nyomókarokkal módosítani (természetesen a deformáció igen kismértékű, az emberi szem számára érzékelhetetlen). 

A távcsőtükör megfelelő deformálásának hatására a légkör zavaró hatása kiküszöbölhető, mintha csak "kikalapálnánk" a hullámfrontot. (Forrás: Kővári Zsolt)

Az adapít optika fejlődésével a földfelszíni teleszkópok lassacskán utolérték a Hubble űrtávcsövet – sőt, a Chile-ben található Very Large Telescope (Nagyon Nagy Teleszkóp) új sajtóközleménye alapján már le is hagyták. Az Európai Déli Obszervatórium (ESO) négy darab, egyenként 8,5 méter átmérőjű teleszkópja közül a negyedikre, pontosabban annak detektorára, a MUSE-ra szereltek fel új adaptív optikai rendszert, a GALACSI-t, amelynek egyik első célpontja a Neptunusz volt. A bolygó kiváló tesztalany volt, remekül lehetett demonstrálni az új műszer teljesítményét. Nem utolsó sorban pedig a Hubble űrtávcső korábban készített felvétele mellé lehetett tenni – az eredmény önmagért beszél, a VLT már részletgazdagabb felvételeket tud készíteni, mint a jelenlegi legjobb űrteleszkóp. 

A Very Large Telescope MUSE műszerének felvétele a Neptunuszról (jobbra) és ugyanez a GALACSI adaptív optikai rendszer támogatásával (balra). (Forrás: ESO/P. Weilbacher (AIP))

A VLT felvétele a Neptunuszról az adaptív optika segítségével (balra), illetve a Hubble űrtávcső kissé korábbi képe a bolygóról. A VLT által készített felvétel felbontása immáron jobb, mint az űrtávcsőé. (Forrás: ESO/P. Weilbacher (AIP)/NASA, ESA, and M.H. Wong and J. Tollefson (UC Berkeley))

Hamarosan a Földön és az űrben is újabb nagy előrelépések fognak történni, ezúttal azonban mindkét fronton a méret növelése jelenti majd a legnagyobb változást. Chilében, az Andok egy hegycsúcsán már épül az ELT (Extreme Large Telescope, azaz Extrém Nagy Távcső), amely 38,5 méter átmérőjű tükrével nagyságrendi ugrást fog jelenteni a felszíni teleszkópok teljesítményében; mindezt potom egymilliárd euróért, előreláthatólag 2024-re. Az űrben pedig a 6,5 méteres James Webb űrtávcső fog a Hubble örökébe lépni; már ha valaha végre fellövik. Az eredeti tervek szerint 2016-ban kellett volna munkába állnia, összesen egy milliárd dollárból -  most 2021 a céldátum és 10 milliárdos a büdzsé.

Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló Facebook oldalára is, ahol napi rendszerességgel találhatsz csillagászati és űrkutatási híreket, látványos felvételeket és egyéb aktualitásokat - tudományról és science fiction-ről egyaránt.