Fűrész Gábor

Tükröm, tükröm, mondd meg nékem 
- milyen a legnagyobb távcső a jövőben?


 
Környezetünk megismerésében egyik legfontosabb érzékszervünk kétségkívül a szem. Rohanó, modern világunk állandó vizuális információözönt zúdít ránk, melyben mindennapi utunkat szinte kizárólag látásunk segítségével találhatjuk meg. Négyszáz évvel ezelőtt egy, a maitól többféle értelemben is gyökeresen eltérő látásmód uralkodott, ám Galilei korára is igaz volt, hogy az előrehaladás, az útkeresés, a megismerés legfőbb eszköze a szem közvetítette látvány értelmezése. A földi síkokat elhagyó, segédeszközök nélküli tekintet akkor még a mennyei tökéletesség szimmetriájával tündöklő világképben gyönyörködhetett, de a kristályszférákba ütközvén nem hatolhatott tovább. A hit és a tapasztalat csatározásain edződött emberi elme a XVII. század elején azonban kitörni készült ezen gömbhéjak börtönéből. S míg a test csak 40 évvel ezelőtt tette meg az első lépéseket a nem is olyan távoli Holdon, addig a tekintetet 400 év óta repítik szabadon a világűr egyre távolabbi mélységeibe a távcsövek. Jelen írás azt próbálja az olvasó elé vetíteni, hogy a velencei kis fatubusos látócsövektől a Hubble-űrtávcsőig ívelő teleszkóp- történelem következő fejezete várhatóan miként is fog festeni.

Tükör-körkép - 2009

Míg a látcsöveket eleinte hosszuk szerint mérték, ma már köztudott, hogy valójában az átmérő számít. A távcső objektívjének fő szerepe ugyanis minél több fény összegyűjtése, hiszen a csillagászati objektumok többsége igen halvány. Az optika méretének növelésével ugyanakkor a feloldóképesség is javul, de mint látni fogjuk, a földi légkör miatt ez utóbbi állítás nem teljesen igaz. Első közelítésben mégis nyugodtan mondhatjuk: a méret a lényeg.

Az 1. ábrán a távcsőobjektívek átmérőjének alakulását mutatjuk be Galilei korától napjainkig. E történelmi tényeken alapuló grafikon töretlen íve az egyik legmegbízhatóbb segítségünk, ha a jövő távcsöveiről próbálunk valamiféle képet alkotni. Kissé részletesebben megvizsgálva az elmúlt száz évet, a tapasztalat azt mutatja, hogy a főtükrök mérete kb. 35 évente kétszereződik meg (Hooker-teleszkóp: 2,5 m, 1917; Palomar-reflektor: 5,0 m, 1948; Keck-távcsövek: 10 m, 1993 és 1996). Ezen adatokból extrapolálva 2027-ben egy 20, míg a XXI. század végén egy 100 méteres tükörátmérőjű teleszkópnak kellene pásztáznia az éjszakai égboltot. S miért csak tükrökről beszélünk? A nagyobb lencsés távcsövek, mint az 1. ábrán is látható, nem tudtak lépést tartani a méret-a-lényeg versenyben. Ennek egyik oka, hogy a refraktorok objektívjén a fénynek át kell haladnia, így az üveganyagnak teljesen hibátlannak kell lennie, amit nagy méretben szinte lehetetlen elérni. Reflektorok esetében, ahol is a tükröző felület az üvegkorong elülső oldalán van, akár buborékok ezrei is lehetnek a tükör belsejében.

A távcsövek relatív, az átmérőhöz mért hossza (fényereje) szintén töretlen fejlődést mutatott az elmúlt 400 év során (1. ábra). A fényerő növekedésével ugyanakkor bizonyos optikai hibák is jelentősen felerősödnek, azonban az optikai rendszerek és azok gyártási technológiájának fejlődése lehetővé tette a gömbtől eltérő felületek készítését s e hibák kiküszöbölését. Az egyszerű Newton-távcsövet leváltó, több tükröt alkalmazó rendszerek, parabolikus és hiperbolikus fő- és segédtükrök, valamint a nagy látómezőben éles leképezést biztosító korrektorlencsék megjelenése lehetővé tette a „rövidebbmint- szélesebb” típusú távcsövek készítését. Ez igen fontos, hiszen enélkül az átmérő növelése a távcső fizikai méretét és tömegét is arányosan növelte volna. Képzeljük csak el a 10 méteres Keck-teleszkópot 40 méteres hosszúsággal! Nemcsak az elegendően nagy kupolát építették volna meg nehezen, hanem a 40 méteres tubus megfelelő szilárdságú elkészítése és annak mozgatása is sokkal komolyabb fejfájást okozott volna a mérnököknek.

1. ábra. A távcsövek átmérőjének (a) és fényerejének (fókusztávolság/átmérő) (b) alakulása az elmúlt négyszáz év során

 Szerencsére az optikai iparon kívül a műszaki tudomány, az anyagtechnológia is fejlődik, s ez is segít a távcsövek átmérőhöz viszonyított, „fajlagos” tömegének csökkentésében. Szintén a Keckteleszkópok példáját felhasználva, a 10 méter átmérőjű távcső 250 tonna mozgó tömegéből egy 100 méteres távcső tömegét negyedmillió tonnára becsülhetnénk. Ezzel szemben a nemrég átadott Green Bank-i rádiótávcső mindössze 800 tonna a felhasznált speciális anyagoknak és vázszerkezetnek köszönhetően (bár a példa nem egészen jogos, hiszen egy rádiótávcső esetében a tükröző felület pontosságára vonatkozó követelmények sokkal enyhébbek). Másik szemléletes példa a kisebb távcsövek zárt tubusával szemben a csövekből álló rácsos szerkezet, mely sokkal kisebb tömeg mellett biztosítja a távcső optikai elemeinek megfelelő elhelyezkedését egymáshoz képest.

A nagyobb azonban nem szükségszerűen jobb is. Ennek a (hideg)háborús szemléletnek egyik tanulságos példája az 5 méteres Palomar-teleszkópot trónjától megfosztó 6 méteres szovjet óriás részleges kudarca. A zelencsuki távcső nagyobb ugyan, de tervezésénél nem szenteltek elég figyelmet a hőmérsékleti változások hatásainak. Így a főtükör szinte folytonos termális torzulása gyakorlatilag lehetetlenné tette az éles kép alkotását. A másik igen tanulságos lecke a helyszín kiválasztása volt. A Zelencsuk- csúcs ugyanis a Kaukázus magasabb bérceiből lezúduló erős szélnek van kitéve, így a távcsőnek igen nyugtalan, turbulensen kavargó levegőtömegen kell keresztülnéznie. A levegő optikai tulajdonságai pedig hőmérséklet- és nyomásfüggőek, s 20-50 cm-es méret-, valamint tized-század másodperces időskálán változnak. Ez nagymértékben befolyásolja a távcső képalkotását - hasonlóan ahhoz, ahogy forró nyári napokon egy aszfaltút felett a távolba tekintve magunk is tapasztalhatjuk. Ma már van ugyan lehetőség a légköri nyugodtság mesterséges javítására, s ez az ún. alkalmazkodó optika (l. alább) gyakorlatilag elengedhetetlen a jövő távcsöveinek hatékony működésében, az előrelátó tervezés, megfelelő helykiválasztás azonban legalább ennyire fontos. Nem véletlen, hogy akár évtizedes helyszíni vizsgálatok, folyamatos légköri, időjárási megfigyelések folynak egy jövőbeli távcső felállításának helyszínén, s hogy a mérnöki tervezés egyik fő szempontja a hőmérsékleti hatások kiküszöbölése. Talán kevesen gondolnák, de például a távcsövet az időjárás viszontagságaitól védő kupola igen kedvezőtlenül is befolyásolhatja a levegő lokális hőmérsékleti és áramlási viszonyait, így a távcsövet befoglaló épület kialakításánál e tényezők is mérvadóak.

Azért a szovjet tudósok és kutatók védelmében említsük meg, hogy a zelencsuki 6 méteres teleszkóp volt az első, mely az addigiaktól teljesen eltérő, számítógép- vezérelt mozgatórendszert alkalmazott. A távcső pozicionálását lehetővé tévő mechanika feladata kettős: az objektumok célbavétele mellett azok látszó égi mozgását is ki kell egyenlítenie. Ez a Föld forgását kompenzáló folyamatos követés egyszerűen elérhető, ha a távcsőszerelés egyik tengelye párhuzamos a Föld forgástengelyével. Az ún. parallaktikus szerelés azonban viszonylag nagy térfogatban oldható csak meg megfelelő szilárdsággal. Ezzel szemben egy vízszintes és függőleges tengely menti mozgást lehetővé tevő mechanika (azimutális szerelés) egyszerűen és kis méretben kivitelezhető, viszont ekkor a követés bonyolult, s egy harmadik tengely mentén a látómező forgása is korrigálandó. A számítógépek, az optikai és mágneses jeladók, a modern elektronikai eszközök alkalmazása azonban könnyedén megoldja ezt a problémát, s így ma már minden nagyobb távcső a szovjet mintára készül, jelentősen csökkentve a szükséges kupola méretét, leegyszerűsítve a távcsőszerelés mechanikai szerkezetét.

Több tükör többet lát

A következő távcső-generáció főtükrének átmérője tehát várhatóan 20-30 méter lesz - de miként lehet ezeket a hatalmas optikai elemeket elkészíteni? A mai óriástávcsövek optikája két alapvető kategóriába sorolható a főtükör készítésének technológiája alapján: egybeöntött és mozaiktükrök (2. ábra). A jelenlegi gyártási eljárások legfeljebb 8 méter körüli üvegkorongok készítését teszik lehetővé. Ne felejtsük el azonban, hogy az ebből kialakított optikai felületnek a milliméter tízezred részénél pontosabban kell megközelíteni a kívánt (általában paraboloid) alakot, s azt a távcső bármely pozíciójában meg is kell őriznie. Márpedig a mozgatás során változó gravitációs hatás, az éjszaka során változó hőmérséklet ezt megnehezíti. Előbbit megfelelően merev tükörszerkezettel el lehet kerülni, ez viszont nagy vastagságot, azaz nagy tömeget jelent - hacsak nem alakítanak ki például üregeket a tükör belsejében. Egy vékony, folytonos felület hátoldalán egyfajta méhsejtszerkezet létrehozásával (3. ábra) a saját súlyát megtartani képes korong készíthető. Akár 80%-os tömegmegtakarítás is elérhető így, vagyis egy 8 méteres tükör tömege alig 14 tonna a tömör szerkezet 70 tonnájával szemben. S hogy a csiszolás során ne kelljen túl sok üveget eltávolítani, a korongot forgó kemencében öntik és hűtik, így annak felülete eleve paraboloid alakot vesz fel. A hőmérsékleti hatások csökkentésére a tükör anyaga speciális, alacsony hőtágulású üveg vagy üvegkerámia lehet  (2. ábra). Tükörátmérők ma, illetve holnap - létező és tervezett óriástávcsövek főtükreinek méretarányos összehasonlítása. A színezett elemek mindegyike egyedi, ezek egymást közt nem cserélhetőek fel. A teljes tükör ezen elemek ismétlődéséből épül fel.
 

2. ábra. Tükörátmérők ma, illetve holnap – létező és tervezett óriástávcsövek főtükreinek méretarányos összehasonlítása. A színezett elemek mindegyike egyedi, ezek egymást közt nem cserélhetőek fel. A teljes tükör ezen elemek ismétlődéséből épül fel

 Egy másik megoldás szerint a tükör anyaga igen vékony; mondjuk, 1/50-ed része az átmérőnek. Egy 8 méteres korong esetében ez mintegy 17 cm-es vastagságot jelent, és mindössze 23 tonnás tömeget. Ez azonban saját súlya alatt elhajlik, mint egy papírlap, így sok ponton kell alátámasztani (3. ábra). Ezek az alátámasztási pontok egy igen merev vázszerkezet kapcsolódási pontjai lehetnek, azonban a távcső mozgatása során fellépő torzulások még így is meghaladhatják a megengedett, 100 nanométer nagyságrendű elmozdulásokat. Ennek kiküszöbölésére az alátámasztási pontok szabályozható erőt képesek kifejteni, és korrigálják a főtükör alakjának torzulásait. Ez az ún. aktív optika kiválóan működik, s még a merev tükrű távcsöveken is alkalmazzák finomhangolás céljából. Fontos megemlíteni, hogy nemcsak a főtükör, hanem a segédtükör relatív helyzete is fontos a jó képalkotásban, amit a távcső szerkezetére gyakorolt gravitációs hatások szintén befolyásolnak a mozgatás során. Ezt korrigálandó a segédtükör is szabályozható felfüggesztésű, és szerves része az aktív optikai rendszernek.

3. ábra. A Nagy Binokuláris Távcső (Large Binocular Telescope, LBT) méhsejtszerkezetű tükre (balra), a Nagyon Nagy Távcső (Very Large Telescope, VLT) aktív alátámasztásra épülő vékony főoptikája és annak tartószerkezete (középen felül, ill. alul), valamint a Keck egyik mozaiktükör-szegmense (jobbra)

A folytonos felületű, egybeöntött tükröknek azonban vannak hátrányai. A mai infrastruktúra ugyanis nem teszi lehetővé 8-8,5 méternél nagyobb optikák készítését. Elvileg építhetőek nagyobb kemencék, nagyobb csiszológépek, nagyobb tesztberendezések, de igen drágán és nagy technológiai kihívások árán. Egyszerűen arról van szó, hogy nem kifizetődő egy-két óriástükör öntése miatt minden szükséges berendezést megépíteni. Nem is beszélve a szállítás vagy éppen a biztonság kérdéséről. Egy nagy tükör esetében ugyanis egyetlen kis baleset végzetes lehet. Ezzel szemben, mondjuk, egy szegmensekből álló tükörnél a kisebb elemek könnyen szállíthatók, és egy-egy szegmens sérülése nem végzetes a távcső működésének szempontjából. A kisebb tükrök gyártásához minden eszköz rendelkezésre áll, s a „sorozatgyártás” alacsonyabb költségeket jelent, vagyis látszólag ez a megoldás sokkal jobban skálázható a jövő óriástávcsöveinek mérettartományára.

Természetesen ennek a technikának is vannak problémái. Az egyik a képalkotásban megjelenő zavaró fényelhajlási mintázat, ami a szegmensek közötti apró rések miatt keletkezik. Igen komoly technikai kihívás a mozaikelemek beállítása egymáshoz képest 100 nm pontosan és az ideális optikai felület folyamatos fenntartása is. Ez nemcsak bonyolult mechanikai és elektronikus rendszereket igényel (3. ábra), hanem igen komoly számítástechnikai igényeket is támaszt.

A „több tükör többet lát” elvnek azonban van még egy megvalósítási módja, amikor nem egy távcsövön belül hangolják össze a tükröző elemeket, hanem sok különálló távcsövet kapcsolnak össze. A rádiótartománybeli jelek interferometrikus kombinációja már régóta megoldott, hiszen a nagyobb hullámhossz miatt a rádiótávcsövekkel, összekapcsoló rendszerekkel szemben támasztott igények sokkal alacsonyabbak. Az elmúlt évtizedben mégis jelentős előrelépések történtek az optikai interferometria terén, s az Európai Déli Obszervatórium négy 8,2 méteres VLT-műszere, valamint az arizonai Nagy Binokuláris Távcső két 8,4 m-es teleszkópja (4. ábra) várhatóan áttörést hoz majd ezen a fronton (VLT: Nagyon Nagy Távcső, Very Large Telescope). Ne felejtsük azonban el, hogy míg a felbontóképesség az egyedi távcsövek távolságától függ, és ezen a módon növelhető, addig a fénygyűjtő képesség nem változik. Továbbá a hagyományos értelemben vett képalkotás sem lehetséges.

4. ábra. A Nagy Binokuláris Távcső két 8,4 méteres teleszkóp egy közös mechanikán - a mai legnagyobb műszer méreteiben közel áll a jövő egyik ígéretes tervéhez, az Óriás Magellán-távcsőhöz

 Jogosan merülhet fel az Olvasóban a kérdés: hol vannak ebben a képben az űrtávcsövek? Nos, mint a következő fejezetben látni fogjuk, a légkör elmosó hatását az alkalmazkodó optikai berendezések oly mértékben javítják, hogy pusztán az élesebb kép miatt ma már nem éri meg a világűrbe menni. Ne felejtsük el ugyanis, hogy hozzávetőlegesen „1 m2 távcső” ára a Földön kb. 1 millió dollár, míg a világűrben 500-1000 millió. Természetesen vannak megdönthetetlen érvek az ezerszeres költség vállalására, például az ultraibolya vagy közép/távoli infravörös tartománybeli megfigyelések, amelyekre a földfelszínről nincs mód a légkör miatt. De az élesebb látás már nem tartozik ezen okok közé. Amint a 2015-ben felbocsátandó, 6,5 méteres James Webb-űrtávcső is mutatja, a Földet elhagyó teleszkópok átmérője szintén nőni fog (a Hubble-űrtávcső főtükre 2,4 m átmérőjű), s várhatóan a szegmenstükrök dominálnak majd ezen műszereknél is, habár itt a hordozórakéták befogadóképessége szabja meg elsődlegesen a legnagyobb egységek méretét. A szervizelés nehézsége vagy bizonyos pályák esetén annak lehetetlensége elsődleges szempont a tervezésnél (mozgó alkatrészek kerülése, amennyire csak lehetséges), vagyis az űrtávcsövek világa a földi testvéreiktől nem csak térben esik távol.

Változó igények - alkalmazkodó optika

A megfigyelő csillagászok alapvető igényei nem változtak: minél több fény összegyűjtése, minél kisebb részletek megfigyelése, idő, fényesség és távolság pontos mérése. A detektorok fejlődése, felületük növekedése, spektrális érzékenységi tartományuk szélesedése azonban újabb és újabb igényeket támaszt a fényt szolgáltató, a képet alkotó távcsövekkel szemben. A technológia mellett a kutatási területek is dinamikusan változnak, napjainkban például az érdeklődés középpontjában más naprendszerek keresése, kialakulásuk megértése áll. Az exobolygók, keletkező bolygórendszerek közvetlen megfigyeléséhez azonban a földi légkör által megengedettnél sokkal élesebb kép alkotására van szükség. A jövő óriástávcsöveinek sikere nagymértékben azon múlik majd, hogy a technológia elég gyorsan alkalmazkodik-e az új igényekhez.

5. ábra. Az alkalmazkodó (adaptív) optika működésének elve, valamint egy csillag korrigálatlan és adaptív optikával helyreállított képe

Az alkalmazkodás, vagy adaptáció azonban a csillagászati távcsövek terén más értelemmel is bír, mint erre már utaltunk. Az 5. ábra segítségével remélhetőleg szemléletes magyarázatot tudunk adni az elnevezésre. Egy igen távoli forrásból adott pillanatban kiinduló fény táguló gömbhéjként értelmezhető, mely a földi megfigyelőt elérve sík hullámfrontnak tekinthető. Ez azonban a folyton változó légkörön áthaladva torzul, így a távcső tükre nem tudja egyetlen pontba fokuszálni. Ha azonban egy alakját változtatni képes tükröt helyezünk a fényútba, s ennek felületét a megfelelő módon és a légköri változások sebességének ütemében deformáljuk, akkor a hullámfront kiegyenesíthető, és a távcső elméleti feloldóképessége (majdnem) elérhetővé válik. A szükséges alakváltozás méréséhez a fény egy részét kicsatolják és az ún. hullámfront-érzékelőbe vezetik. Ennek jeleit speciális célszámítógép dolgozza fel a másodperc ezredrészének töredéke alatt, majd a kiszámított hibával ellentétes torzítást alkalmaznak egy vékony tükörre. A mindössze 10-100 nm nagyságrendű mechanikai deformációt piezoelektromos támasztóelemek segítségével fejtik ki, gyakorlatilag pillanatszerűen, ugyanis a légkör diktálta tempó követéséhez másodpercenként akár 100-1000 korrekcióra van szükség. Minél nagyobb az aktív támaszpontok száma, annál pontosabban rekonstruálható az éles kép. Az ideális eset az, amikor a főtükörre eső minden egyes turbulens cellának megfeleltethető egy deformációs pont. A légköri cellák mérete a legnyugodtabb asztroklímájú helyeken sem nagyobb 50 cm-nél, így a 20-30 méteres teleszkópoknál több ezer vezérlési ponttal kell számolni. Ez nem csak a számítástechnika és elektromechanika terén nagy kihívás - a tükörnek is sérülés nélkül kell átvészelnie az állandó alakváltozásokat. Ez az igény talán a (közel)jövőben visszahozza a múltból a fémtükrök aranykorát, de ne Herschel bronztükreire gondoljunk, hanem alumíniumra vagy egzotikusabb fémekre. Az üvegnél sokkal nagyobb szilárdságú és rugalmasságú berillium ígéretes jelölt az adaptív optikai alkalmazásokhoz, annyira, hogy a VLT segédtükrei már évekkel ezelőtt ebből az anyagból készültek (bár ezek még nem alakítható felületű változatok).
 

6. ábra. Az óriástávcsövek látómezejének különböző részein eltérő légtömegek hatása érvényesül (a). A nagy látszó területen érvényes korrekciót több műcsillag alapján, több alakítható tükör segítségével lehet csak elvégezni (b)

Amennyire egyszerűnek hangzik az alapelv, a kivitelezés annyira összetett. A hullámfront torzulásának nagy sebességű méréséhez például fényes csillagra van szükség, ilyen pedig nem mindig akad a látómezőben. Ezt a problémát már sikerült megoldaniuk a csillagászoknak, mégpedig úgy, hogy lézerek segítségével fényes foltokat, ún. műcsillagokat hoznak létre a magaslégkörben. A jövő teleszkópjainak alkalmazkodó optikái azonban rengeteg további nehézséggel néznek szembe. Az egyik legfontosabb, hogy a nagy tükörátmérők mellett már igen kicsi látómező esetében sem lehetséges egyetlen mesterséges fényforrás alapján mérni a légkör okozta torzulásokat. Amint a 6. ábráról is látszik, egy nagyobb látómező eltérő pontjaiban létrehozott műcsillagok fénye a felsőbb légköri rétegek egymástól teljesen független tartományain halad keresztül, míg az alsó rétegekben közös a fényút. Mivel az adaptív rendszer alakítható tükrének optikai értelemben megfeleltethető egy bizonyos magasságú légréteg, ezért nem elegendő egyetlen deformálható felület. E többrétegű alkalmazkodó optikák még gyerekcipőben járnak, nélkülük azonban csak hatalmas fényvödrök lennének a jövő óriástávcsövei.

Remény azért mindig van, többek között azért is, mert a legújabb kutatások azt támasztják alá, hogy a turbulencia nagyrészt az alsóbb, 500-3000 m magasságú légrétegekre jellemző. Bizonyos távcsövekben pedig maga az elengedhetetlen segédtükör feleltethető meg ennek a légköri zónának. A segédtükör felületének adaptív kialakításával az alkalmazkodó optikai rendszerek nagymértékben egyszerűsödnek, s nő a fényhasznosítás is. Nem véletlen tehát, hogy ezek az ún. földfelszín-réteg adaptív optikák szinte minden jövőbeni távcső terveiben fellelhetőek.

Mindezen rendszerek azonban csak a közeli-infravörös tartományban működnek. A látható fénynél valamivel hosszabb hullámhosszakon ugyanis az optikák kisebb felületi pontossága mellett érhető el a képalkotás elméleti élességi határa, s a hullámfront érzékelésére használt látható fény sokkal pontosabb információt ad a szükséges korrekciókról. Azonban a spektrum szabad szemmel érzékelhető része is sok értékes információt hordoz, így a felbontóképességet jó lenne itt is növelni. Ehhez azonban a közeli-ultraibolyát hasznosító hullámfront-szenzorok szükségesek, amelyek ma még nem állnak rendelkezésre.

Jövőbe(n) látó távcsövek

A fentieket összefoglalva: egy mai óriástávcső (tenyere helyett) tükrébe pillantva ekképpen jósolhatnánk a jövendőbeli nagy Ő tulajdonságairól: „Távoli, száraz éghajlatú, magas hegy tetején történik meg a találkozás, Hawaii szigetén vagy Chilében. 25-30 méter széles lesz, igen zömök, talán olyan magas, mint amilyen széles. Ugyanakkor igen könnyű, de jól megtervezett és kompozit anyagokat használó vázszerkezetének köszönhetően merev testalkatú. Ezüstösen csillogó nagy szeme több fényesen tükröző elem összessége, s valahol belül gyorsan fog alkalmazkodni a változó körülményekhez. Éjjelente több fénycsóvával mutatja majd meg a kiválasztott csillagot. Háza belül tiszta, se nem meleg, se nem hideg, pont olyan, mint a környezete; a szél szinte port sem kavar, úgy áramlik el mellette-körülötte. Nagy gazdagság vár a találkozásban, az ingatlan teljes értéke egymilliárd dollár/euró is lehet.” De ne borzoljuk a jóslatoktól s vadul repkedő gondolatoktól berzenkedő szkeptikusok kedélyeit, fordítsuk komolyabbra és sokkal egyértelműbbre a szót a legígéretesebb és immáron folyamatban lévő óriástávcső-építési terveket röviden áttekintve!

Óriás Magellán-távcső (Giant Magellan Telescope, GMT). A Carnegie Obszervatórium, a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ, a Harvard, a Texas, az Arizona, a Michigan, a Massachusettsi Műszaki és az Ausztrál Nemzeti Egyetemek, valamint Dél-Korea összefogásával készülő 25 méteres teleszkóp nem a hagyományos értelemben vett mozaiktükörtechnikára épül. Az LBT (Nagy Binokuláris Távcső, Large Binocular Telescope) és a 6,5 méteres Magellán-teleszkópok bizonyította, méhsejtszerkezeten alapuló merev tükrökből alkalmaz hét, egyenként 8,4 m-es optikát. Hat, eddig ekkora méretben soha nem gyártott aszimmetrikus, optikai tengelyen kívül eső elem vesz körbe virágsziromszerűen egy központi tükröt (7. ábra). Ennek furatán keresztül vetíti be a távcső „gyomrában” elhelyezkedő műszerekbe a fényt a szintén hét szegmensből álló, eredően 3,3 méteres segédtükör. Ezen segédoptikák az ún. Gregory-elrendezésnek köszönhetően megfeleltethetők az alacsony légköri rétegeknek, így az alkalmazkodó optika szerepét is betöltik. A szintén 6,5 méteres MMT (Többtükrű Távcső, Multiple Mirror Telescope) sikeresen demonstrálta az adaptív segédtükör elvét az elmúlt évek során, és az LBT-t is hasonló segédtükörrel látják el hamarosan.

7. ábra. Az Óriás Magellán-távcső (Giant Magellan Telescope, GMT): egyedi, hét főoptikából álló tükör-csokor néz az ég felé

A GMT várható sikerének további alappillére, hogy nemcsak rendelkezésre áll a 8,4 méteres tükrök elkészítéséhez szükséges infrastruktúra, hanem az első tengelyen kívüli elem készítését már lassan be is fejezik. Ezen különleges optika tesztelése igen nagy kihívás, amihez az Arizonai Egyetem Tükörlaboratóriumát át kellett alakítani, és egy 3,8 méteres teszt-tükröt készíteni... Mindezek azonban készen állnak, s várhatóan 2010 elején már bizonyított tény lesz a tervezett távcső kivitelezhetősége. Sajnos, csak technikai értelemben, ugyanis a várhatóan 800-900 millió dolláros összköltségből mindössze 170 milliót sikerült eddig előteremteni. Ez természetesen elegendő az elsődleges tervezési fázis befejezéséhez, valamint a részletes tervek kidolgozáshoz. A megvalósítás azonban további anyagi forrásokat igényel majd, ami a jelen gazdasági helyzetben kérdéses, s várhatóan újabb partnerországok/intézetek csatlakozásával jár majd együtt. A távcső felállításának helye a chilei Las Campanas-csúcs lesz, a két „kisebb”, 6,5 méteres Magellán- távcső otthona.

Harmincméteres Távcső (Thirty Meter Telescope, TMT). A TMT a kanadai csillagászati kutatásokat folytató egyetemek egyesülete (AURA), a Kaliforniai Egyetem, a Kaliforniai Műszaki Egyetem (CalTech) és a Japán Nemzeti Obszervatórium nevével jegyzett vállalkozás. A Keck-teleszkópok építésében vezető szerepet betöltő kaliforniai intézetek nagy tapasztalattal rendelkeznek a szegmenstükrök terén, így az anyagi fedezet biztosításával valószínű a TMT sikeres megvalósítása. Erre pedig nagy az esély, mert a szükséges egymilliárd dollár 30%-a már rendelkezésre áll. A TMT is büszkélkedhet egy alapvető távcsőrész megvalósításával, ugyanis 2009-ben átadták az alkalmazkodó optika első elemét. A 3000 alátámasztási ponttal készített tükör egyelőre csak az elsődleges, 100 Hz-es döntési-forgatási korrekcióra képes, azonban a majd 40 kg-os tömeget tekintve ez is példa nélküli eredmény. A teljes körű teszteléshez másodpercenkénti 40 ezer hullámfrontmérés feldolgozása és a 800 Hz-es felületszabályozás szükséges, ami 200 milliárd számítást jelent az óra legkisebb mutatójának egy lépése alatt.

8. ábra. A Harmincméteres Távcső (Thirty Meter Telescope, TMT)
– a Keck-teleszkópok méltó nagytestvére

A TMT főtükre 492, egyenként 1,45 m átmérőjű, hatszögletes szegmensből épül fel. Az optikai elrendezés a ma is általánosan használt Ritchey-Chrétien típus, ami igen zömök felépítést ad a távcsőnek (8. ábra). A rendszer harmadik tükre a segédtükörről visszavert fényt a főtükrön való áthaladás előtt oldalra vetíti. A távcső függőleges mozgatását biztosító csapágyak furatán keresztül a fotonok így a távcső két oldalán elhelyezett, változó gravitációs hatásoktól mentes peronra jutnak, ahol akár 20 tonnás, 16 méteres műszerek is biztonsággal elhelyezhetők. A tervezet talán legkülönlegesebb újdonsága azonban mégsem a távcső, hanem az azt védő kupola. A szokásos félgömböt szokatlanul kétfelé szeletelték és egy viszonylag kis nyílással látták el, ami meglepően nagy védelmet nyújt a széllökésekkel szemben; a kupola mégis tetszőleges irányba állítható, és minimálisan befolyásolja csak a felszín közeli áramlásokat. A TMT felépítését hosszas tanulmányok eredményeként mégsem Chilében, hanem Hawaii szigetén tervezik.

9. ábra. Az Európai Óriástávcső (European Extremely Large Telescope,
E-ELT) – a méretarány érzékeltetésére egy Airbus A330-as repülőgép és az egyik 8,2 méteres VLT kupolája is látható

Európai Óriástávcső (European Extremely Large Telescope, E-ELT). Az Európai Déli Obszervatórium (European Southern Observatory, ESO) négy 8 méteres távcsövéből álló VLT együttese talán a legsikeresebb, legmodernebb obszervatórium. Ezen hagyomány folytatásaként elengedhetetlen az ESO saját óriásteleszkópjának tervezése. A 42 méteres fő optika 906 db 1,4 méteres, hatszögletű szegmensből épülne fel, s alakja a TMT parabolájával szemben szferikus (9. ábra). A gömbi főtükör választása nem véletlen, annak szegmensei ugyanis teljesen azonosak, így csiszolásuk egyszerű és gyors, míg a TMT esetében majdnem száz különféle, egymással fel nem cserélhető szegmenst kell gyártani és tesztelni (2. ábra). A főtükör elkészítésének ilyen egyszerűsítése azonban négy további segédtükör bevonását teszi szükségessé a képalkotási hibák kiküszöbölésére.

Az E-ELT talán legnagyobb hátránya, hogy az ESO-nak nincs tapasztalata mozaiktükrű távcsövek készítésében. Spanyolország csatlakozása valamelyest segített ugyan ezen, hiszen 2008-ban adták át a Kanári-szigeteken a 10,4 m-es Kanári Szigetek Óriástávcsövet (Gran Telescopio de Canarias, GTC), de az 1992 óta használatban lévő Keck-távcsövek több lépés előnyt adnak a TMT-nek. Az ESO viszont igen motivált, már csak asztropolitikai értelemben is (a múlt század egyértelműen amerikai távcső-technológiai uralmát igyekszik megtörni, a VLT alapján nem is sikertelenül), és remélhetőleg az európai gazdaság is elég erős lesz az anyagi támogatáshoz. De ahogy a komolyabb részegységek megépítésének késlekedése s a még mindig versenyben lévő lehetséges helyszínek (Kanári-szigetek, Marokkó, Chile, Argentína) száma is mutatja, az E-ELT tervezése kissé el van maradva vetélytársaival szemben. Elkészültével azonban minden bizonnyal átveszi majd a legnagyobb távcső címet.

S hogy mindezen tervek megvalósulása mikorra is várható? A GMT- és a TMTpartnerek 2020-at jelölték meg az átadás éveként, de reméljük, hogy még az E-ELT is felépül az elkövetkezendő 40 éven belül, és a távcső 444. születésnapján már a 100 méteres távcsövek terveiről olvashatunk.

IRODALOM

Fűrész G.: ELTervezett távcsövek. Meteor Csillagászati Évkönyv, MCSE, Budapest, 2009, 287-332. o. 


Természet Világa, Feltárul a Világegyetem, 2009
http://www.termeszetvilaga.hu/ 
http://www.chemonet.hu/TermVil/