Csillagvizsgáló

A Nagyon Nagy Teleszkóp lenyomja a Hubble űrtávcsövet

2018. július 23. - PFreddy

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.

 vlt_adaptive_optics.jpgA 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. 

ze558b9792.jpgTávcső-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.

hst.jpgA 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.

vlt-laser-cc2.jpgMűködésben 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). 

aktiv_optika.jpg

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. 

eso1824b.jpgA Very Large Telescope MUSE műszerének felvétele a Neptunuszról (jobbra) és ugyanez a GALACSI adaptív optikai rendszer támogatásával (balra). (Forrás: ESO/P. Weilbacher (AIP))

  

eso1824c.jpgA 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.

A bejegyzés trackback címe:

https://csillagvizsgalo.blog.hu/api/trackback/id/tr10014129715

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

korxi 2018.07.25. 22:28:38

Na igen! Na ez az! Hajrá!
Szóval, olvastam erről a hírről és még nem láttam ezt a posztot, ami megemlíti a James Webb űrteleszkópot, de pont ez jutott eszembe róla.
Mármint hogy én nem tudtam hogy rendelkezésre áll ez a technológia, de akkor ez az út, amire mostmár inkább figyelnünk kell, nem pedig a parasztvakítás JWST-re. Mert ez utóbbiból nekem már elegem van. Valahogy most a legutóbbi halasztásbejelentéskor szakadt el a cérna. Eddig mindig türelmes voltam, megértettem hogy inkább halasszunk de tutira olyan legyen ami jól működik, beleértve ebbe azt is hogy nem romlik el stb stb.
De most legutóbb elegem lett, mostmár csak nevetni tudok rajta. Bejelentették hogy mikorra halasztódik a start, de kötözni való bolond aki hisz nekik. Gyakorlatilag azt jelentették be, hogy mikorra várható az újabb halasztás újabb bejelentése:)
Nem szoktam hinni a konteókban, de itt már felmerül bennem hogy nem valami hoax-e az egész, ami valahogy csak az erre szánt pénzek lenyúlására irányul.
De immár nem is érdekel, le van szharva az egész James Webb humbug, az egész fogalmatlan fejlesztőbandával, meg a Northrop Grummannal együtt! Ennek fényében tehát rohadtul örülök hogy létezik ez a technológia és ez nyilván még fejleszthető.
Az ESA-nak vissza kéne vonnia minden együttműködését, a soha a büdös életben el nem készülő James Webbet lőjék ki csúzlival, az esa pedig arra az Ariane indításra szánt pénzt (mert azzal vitték volna fel) fordítsa ennek a technikának a fejlesztésére, mert immár bizonyított tény hogy többre megyünk vele.

Helyszíni zsemle 2018.07.26. 15:43:23

Az a nagyon erdekes ebben az adaptiv optika megoldasban, hogy latvanyosan mutatja a technika fejlodeset. 25 eve meg kenytelenek voltak az urbe kiloni egy tavcsovet, (erovel oldottak meg a feladatot) ahhoz, amit most a fejletebb technika a foldrol is megold. Persze a Hubble fantasztikus technika volt a maga idejeben de megis szinte kokorszaki megoldasnak tunik a mostani kifinomultabb technikahoz kepest.

korxi 2018.07.27. 21:59:58

@Helyszíni zsemle: Azért ez így erős összevetés. Galilei is földi távcsővel nézte a Jupitert, ahhoz képest a Hubble fényévekkel előrébb van minden téren:)
Napjainkban a földi és az űrtávcsöveknek is megvan az előnye és hátránya, ezek nagyon jól össze vannak foglalva a posztban.
Én amúgy nagyjából annyit tudok erről az adaptív technikáról, amit szintén jól vázol a poszt, de tény hogy ezt én is egy olyan szintlépésnek látom a földi távcsövek terén, ami kb. ahhoz fogható, mint ami a tükrös távcsövek feltalálása/megalkotása volt a lencsések után.
De elméletileg lehetséges valamikor egy hasonló volumenű szintlépés az űrtávcsöveknél is. Azért mondom hogy elméletileg és valamikor, mert ahogyan azt a James Webb példája mutatja (soha el nem készülés) , a tudomány és technika mai állása még nem tart ott.
Baromi erős túlzás viszont kőkorszaki megoldásnak nevezni a Hubblet. Már csak azért is, mert a Hubble éppen azzal oldotta meg a légköri torzítás problémáját, hogy nem kell semmi ilyesmit megoldania. És annyira mint a Hubble, a dolog természetéből adódóan nem oldotta meg a VLT adaptív technikája sem. Bizonyosan fejlődni fog ez a technika, mégjobban lehet majd csökkenteni/semlegesíteni a légköri turbulencia torzító hatását, de olyan 100%-os mértékben kiküszöbölni mint egy űrtávcsőnél valószínűleg soha nem lehet.
A megmaradó torzítást a nagyobb méret ellensúlyozza - mondhatni "erőből" van megoldva.

De ez simán jelentheti, hogy összességében ez lesz a jobb technológia, hosszútávon is.