Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 45 – vyšlo 25. prosince, ročník 13 (2015)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Přístroje pro Evropský extrémně velký dalekohled

Jiří Hofman

Od června 2014 se na vrcholku chilské hory Cerro ArmazonesCerro Armazones – hora v severní Chile, asi 130 km jihovýchodně od Antofagasty. Její vrchol leží 3064 m nad mořem. 89 % nocí je v této oblasti bezoblačných. Sídlí zde Observatoř Cerro Armazones, která je společným pracovištěm německé Porúrské univerzity v Bochumi a Severochilské katolické univerzity. V současné době je největším přítomným dalekohledem 1,5m reflektor Hexapod, jehož jméno připomíná neobvyklou montáž na Stewartově plošině. V budoucnosti zde bude stát Evropský extrémně velký dalekohled. Poloha: 24° 35′ 21″ S, 70° 11′ 32″ W. staví nový velmi výkonný pozemní dalekohled s nepříliš poetickým názvem Evropský extrémně velký dalekohled (E-ELTE-ELT – (European Extremely Large Telescope, Evropský extrémně velký dalekohled, pozemský dalekohled, který bude pozorovat vesmír v optickém a blízkém infračerveném oboru spektra. Staví se na chilské hoře Cerro Armazones. Do provozu má být uveden v roce 2024. Jeho primární zrcadlo bude segmentové, celkem o průměru 39,3 m. Vzhledem k účasti Brazílie v projektu byl dalekohled v roce 2017 přejmenován na ELT (Extrémně velký dalekohled).). Provozovat ho bude Evropská jižná observatoř (ESOESO – European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere, zkráceně European Southern Observatory, Evropská jižní observatoř. Organizace byla založena v roce 1962. Postavila řadu dalekohledů v Chile. Jde o lokality La Silla (2 400 m), kde je dalekohled NTT, dále Cerro Paranal (2 635 m) s čtveřicí dalekohledů VLT a planinu Llano Chajnantor (5 080 m), kde se nachází radioteleskopická síť ALMA. V současnosti je v Chile budován Extra velký dalekohled ELT, který bude zprovozněn v roce 2014 a celooblohová Observatoř Very Rubinové, která bude v rutinním provozu od roku 2023.), mezinárodní organizace, jejímž členem je od roku 2007 i Česká republika. Stavba E-ELT započala 19. června 2014, kdy byl za přítomnosti médií odstřelen vrcholek hory. Celkem bylo odstraněno 220 000 m³ zeminy a k budoucímu dalekohledu postavena zcela nová silnice, která umožní vozit stavební materiál a později díly dalekohledu.

V současnosti stavěné největší dalekohledy světa. Zdroj: Daily Mail.

ESO – European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere, zkráceně European Southern Observatory, Evropská jižní observatoř. Organizace byla založena v roce 1962. Postavila řadu dalekohledů v Chile. Jde o lokality La Silla (2 400 m), kde je dalekohled NTT, dále Cerro Paranal (2 635 m) s čtveřicí dalekohledů VLT a planinu Llano Chajnantor (5 080 m), kde se nachází radioteleskopická síť ALMA. V současnosti je v Chile budován Extra velký dalekohled ELT, který bude zprovozněn v roce 2014 a celooblohová Observatoř Very Rubinové, která bude v rutinním provozu od roku 2023.

E-ELT – (European Extremely Large Telescope, Evropský extrémně velký dalekohled, pozemský dalekohled, který bude pozorovat vesmír v optickém a blízkém infračerveném oboru spektra. Staví se na chilské hoře Cerro Armazones. Do provozu má být uveden v roce 2024. Jeho primární zrcadlo bude segmentové, celkem o průměru 39,3 m. Vzhledem k účasti Brazílie v projektu byl dalekohled v roce 2017 přejmenován na ELT (Extrémně velký dalekohled).

Cerro Armazones – hora v severní Chile, asi 130 km jihovýchodně od Antofagasty. Její vrchol leží 3064 m nad mořem. 89 % nocí je v této oblasti bezoblačných. Sídlí zde Observatoř Cerro Armazones, která je společným pracovištěm německé Porúrské univerzity v Bochumi a Severochilské katolické univerzity. V současné době je největším přítomným dalekohledem 1,5m reflektor Hexapod, jehož jméno připomíná neobvyklou montáž na Stewartově plošině. V budoucnosti zde bude stát Evropský extrémně velký dalekohled. Poloha: 24° 35′ 21″ S, 70° 11′ 32″ W.

Nový dalekohled bude sbírat světlo pomocí 798 zrcadel tvořících primární zrcadlo o celkové ploše 978 m². Tato plocha bude téměř devětkrát větší než největší zrcadlo používané dnes – arizonský Large Binocular Telescope má celkovou plochu primárních zrcadel 111 m². Dokonce i v době uvedení do provozu bude mít E-ELT o polovinu větší plochu primárního zrcadla než druhý největší dalekohled světa, havajský TMT (Thirty Meter Telescope) s plochou 655 m². Pokud tedy bude TMT tou dobou vůbec dokončen, protože jeho stavbu často narušují protestující dogmatici, podle nichž je vrchol hory Mauna Kea posvátný.

Počítačová představa dalekohledu E-ELT (průměr 39,3 metru). Zdroj: ESO.

Nový E-ELT s pětizrcadlovým designem bude samozřejmě využíván novými přístroji. Pojďme si představit ty, které se budou podílet na výzkumu v první fázi života dalekohledu.

MICADO

MICADO (Multi-Adaptive Optics Imaging Camera for Deep Observations) je zobrazovací jednotka navržená pro pozorování v blízkém infračerveném oboru v přímé spolupráci s adaptivní optikouAdaptivní optika – slouží ke korekci vysokofrekvenčních změn obrazu způsobených zejména turbulencí atmosféry (až 500 korekcí za sekundu). Korekce se provádí počítačem řízenými posuny a deformacemi pomocných zrcátek. K vyhodnocení aktuálního tvaru vlnoplochy slouží referenční hvězda, která se musí nacházet v blízkosti pozorovaného objektu. Asi v 1% případů lze využít přirozenou hvězdu (NGS – Natural Guide Star). Většinou se používá umělá hvězda (LGS – Laser Guide Star), která se vytváří laserovým paprskem fokusovaným do výšky přibližně 90 km, kde zpětným rozptylem vzniká skvrna zářících sodíkových atomů. Druhou možností je využití Rayleighovy difúze ve výškách 10 až 20 km. Umělou hvězdu můžeme vytvořit jakkoli blízko sledovanému objektu, vyvstávají ale problémy spojené s její konečnou výškou a velikostí. dalekohledu. Bude se vyznačovat mimořádnou citlivostí a rozlišením, čímž předčí i Vesmírný dalekohled Jamese WebbaJWST (James Webb Space Telescope) – James Webb Space Telescope, vesmírný dalekohled Jamese Webba, následovník Hubblova dalekohledu připravený třemi kosmickými agenturami: americkou NASA, evropskou ESA a kanadskou CSA. Dalekohled vynesla do vesmíru evropská nosná raketa Ariane na konci roku 2021. Je umístěn v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce. Průměr segmentovaného zrcadla je 6,5 m. Dalekohled je pojmenován po řediteli NASA, který Ameriku úspěšně dovedl k přistání na Měsíci. Dalekohled Jamese Webba je určený primárně pro pozorování v infračerveném oboru.. Její pomocí se budou provádět přesná astrometrická měření. Všechny její vlastnosti se využijí zejména při pozorování objektů hlubokého vesmíru.

Přístroj má centrální společnou část a dvě ramena – v jednom bude možno pozorovat oblast 53″×53″ s rozlišením 0,003″/pixel. V druhém pak oblast 6,4″×6,4″ s rozlišením 0,0015″/pixel v případě fotografování a 17,1″×17,1″ s rozlišením 0,004″/pixel při spektroskopii. Tyto vynikající parametry umožní vysoce přesnou astrometrii. Bude například možno měřit vlastní rychlosti těles ležících ve vzdálenosti 100 kpc s přesností 5 km/s během pouhých 3 až 4 let měření.

Štěrbinový spektrometr, který bude součástí tohoto přístroje, bude mít rozlišeníRozlišení spektroskopu – je dáno podílem vlnové délky pozorovaného světla a nejmenšího rozdílu vlnových délek monochromatických vln stejné intenzity, které prvek ještě rozliší. U hranolu závisí rozlišení spektroskopu na disperzi materiálu, ze kterého je vyroben a na absolutní velikosti jeho základny. U difrakční mřížky je rozlišení spektroskopu tím větší, čím je větší řád spektra, ve kterém provádíme měření a čím je větší počet vrypů mřížky. R ≡ λ/Δλ ~ 3 000. Umožní například proměřovat absorpční čáry ve spektrech galaxií ležících ve vzdálenosti odpovídající červenému kosmologickému posuvuKosmologický posuv – posuv spektrálních čar k červenému konci spektra díky rozpínání vesmíru. Při rozpínání dochází nejen ke vzájemnému vzdalování galaxií, ale i k prodlužování vlnových délek záření. Spektrum vzdálených objektů ve vesmíru se tak jeví posunuté směrem k červené až infračervené oblasti. Kosmologický červený posuv je definován předpisem z = (λ − λ₀)/λ₀, kde λ₀ je vlnová délka spektrální čáry v okamžiku vyslání paprsku, λ je vlnová délka téže spektrální čáry v okamžiku zachycení paprsku. Malé kosmologické červené posuvy lze interpretovat pomocí Dopplerova jevu. U velkých posuvů závisí vzdálenost objektu na parametrech expanze vesmíru (Hubbleově konstantě, křivosti, procentuálním zastoupení temné energie atd.) a není jednoduché z naměřeného kosmologického posuvu vzdálenost přesně určit. Proto se většinou časové období udává pouze hodnotou naměřeného kosmologického posuvu. z = 2–3, respektive emisní čáry galaxií se z = 4–6. Na vývoji tohoto přístroje spolupracuje sedm evropských organizací v čele s německým Ústavem Maxe PlanckaMPI – Max Planck Institute, největší síť vědeckých ústavů v Německu s pobočkami v mnoha velkých městech. Zahrnuje celkem 80 ústavů, jde o německou obdobu naší Akademie věd. pro mimozemskou fyziku.

Kryostat zobrazovací jednotky MICADO. Zdroj: ESO/MPI/MICADO.

HARMONI

HARMONI (High Angular Resolution Monolithic Optical and Near-infrared Integral field spectrograph) je spektrograf pro viditelné až blízké infračervené spektrum (0,47 až 2,45 µm) s rozlišenímRozlišení spektroskopu – je dáno podílem vlnové délky pozorovaného světla a nejmenšího rozdílu vlnových délek monochromatických vln stejné intenzity, které prvek ještě rozliší. U hranolu závisí rozlišení spektroskopu na disperzi materiálu, ze kterého je vyroben a na absolutní velikosti jeho základny. U difrakční mřížky je rozlišení spektroskopu tím větší, čím je větší řád spektra, ve kterém provádíme měření a čím je větší počet vrypů mřížky. R ~ 400 až 20 000. Dokáže simultánně pořizovat spektra pořízená až v 32 000 bodech. Plošné rozlišení tohoto přístroje bude až 0,004″/pixel.

Je to principiálně jednoduchý přístroj, k jehož vývoji není potřeba téměř žádný nový výzkum. Jeho provoz bude snadný a nebude vyžadovat složitou kalibraci. Při své práci bude využívat vlastnosti adaptivní optikyAdaptivní optika – slouží ke korekci vysokofrekvenčních změn obrazu způsobených zejména turbulencí atmosféry (až 500 korekcí za sekundu). Korekce se provádí počítačem řízenými posuny a deformacemi pomocných zrcátek. K vyhodnocení aktuálního tvaru vlnoplochy slouží referenční hvězda, která se musí nacházet v blízkosti pozorovaného objektu. Asi v 1% případů lze využít přirozenou hvězdu (NGS – Natural Guide Star). Většinou se používá umělá hvězda (LGS – Laser Guide Star), která se vytváří laserovým paprskem fokusovaným do výšky přibližně 90 km, kde zpětným rozptylem vzniká skvrna zářících sodíkových atomů. Druhou možností je využití Rayleighovy difúze ve výškách 10 až 20 km. Umělou hvězdu můžeme vytvořit jakkoli blízko sledovanému objektu, vyvstávají ale problémy spojené s její konečnou výškou a velikostí., ale bude umět pracovat i bez ní. Svými vynikajícími parametry bude skvěle doplňovat měření prováděna na dalekohledu JWSTJWST (James Webb Space Telescope) – James Webb Space Telescope, vesmírný dalekohled Jamese Webba, následovník Hubblova dalekohledu připravený třemi kosmickými agenturami: americkou NASA, evropskou ESA a kanadskou CSA. Dalekohled vynesla do vesmíru evropská nosná raketa Ariane na konci roku 2021. Je umístěn v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce. Průměr segmentovaného zrcadla je 6,5 m. Dalekohled je pojmenován po řediteli NASA, který Ameriku úspěšně dovedl k přistání na Měsíci. Dalekohled Jamese Webba je určený primárně pro pozorování v infračerveném oboru. a síti radioteleskopů ALMAALMA – Atacama Large Millimeter Array. Síť 66 radioteleskopů o průměru 12,5 metru, kterou vybudovala Evropská jižní observatoř (ESO) v chilských Andách ve výšce 5100 m nad mořem na planině Llano Chajnantor v blízkosti městečka San Pedro de Atacama. Smlouva o stavbě byla podepsána v roce 2002, se stavbou se započalo na podzim 2003, stavba byla dokončena na konci roku 2012 a dnes je radioteleskopické pole v plném provozu.. Vysoké rozlišení bude vyžadovat chlazení celého přístroje v kryostatu.

HARMONI bude využíván pro pozorování extrasolárních planet, populací hvězd mimo naši Místní skupinu galaxií, galaxií s velkým červeným posuvem nebo velmi jasných infračervených galaxií ULIRGULIRG – Ultra Luminous InfraRed Galaxies, velmi jasné galaxie zářící převážně v infračervené části spektra. Galaxie ULIRG byly poprvé popsány v roce 1972 a soustavně objevovány družicí IRAS v roce 1983. Další vlna sledování probíhá dnes – pomocí dalekohledu SST (Spitzer Space Telescope). Zdá se, že galaxie ULIRG jsou ve vesmíru stejně četné jako kvasary. Nejbližší je Arp 220 (vzdálenost 250×10⁶ l.y.) v souhvězdí Hada. Je stokrát svítivější než naše Galaxie, maximum má ale v IR oboru. Blízké galaxie ULIRG pravděpodobně vznikly srážkou galaxií, během které se začaly rychle tvořit nové hvězdy. Vzdálenější obří galaxie ULIRG by mohly být předchůdci kup galaxií.. Na přípravě toho přístroje se podílí šest evropských institucí v čele s Oxfordskou univerzitou.

Řez přístrojem HARMONI a porovnání s velikostí člověka. Zdroj: ESO.

METIS

METIS (Mid-infrared E-ELT Imager and Spectrograph) je kamera a spektrograf. Přístroj bude zobrazovat ve středním infračerveném oboru spektra (3 až 19 μm). Na vlnových délkách 3 až 5,3 μm bude moci pracovat v režimu vysokého rozlišení. Svými schopnostmi bude konkurovat radioteleskopiské síti ALMAALMA – Atacama Large Millimeter Array. Síť 66 radioteleskopů o průměru 12,5 metru, kterou vybudovala Evropská jižní observatoř (ESO) v chilských Andách ve výšce 5100 m nad mořem na planině Llano Chajnantor v blízkosti městečka San Pedro de Atacama. Smlouva o stavbě byla podepsána v roce 2002, se stavbou se započalo na podzim 2003, stavba byla dokončena na konci roku 2012 a dnes je radioteleskopické pole v plném provozu. i infračervenému dalekohledu JWSTJWST (James Webb Space Telescope) – James Webb Space Telescope, vesmírný dalekohled Jamese Webba, následovník Hubblova dalekohledu připravený třemi kosmickými agenturami: americkou NASA, evropskou ESA a kanadskou CSA. Dalekohled vynesla do vesmíru evropská nosná raketa Ariane na konci roku 2021. Je umístěn v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce. Průměr segmentovaného zrcadla je 6,5 m. Dalekohled je pojmenován po řediteli NASA, který Ameriku úspěšně dovedl k přistání na Měsíci. Dalekohled Jamese Webba je určený primárně pro pozorování v infračerveném oboru.. Cílem pozorování budou například protoplanetární disky, exoplanety, hnědí trpaslíci s malou hmotností, velmi hmotné hvězdy, střed Galaxie a extragalaktické objekty. Podobně jako MICADO má METIS dvě oddělené jednotky a je celý ukryt v kryostatu. Jedna část bude pořizovat spektra a druhá fotografovat. Rozlišení spektrografuRozlišení spektroskopu – je dáno podílem vlnové délky pozorovaného světla a nejmenšího rozdílu vlnových délek monochromatických vln stejné intenzity, které prvek ještě rozliší. U hranolu závisí rozlišení spektroskopu na disperzi materiálu, ze kterého je vyroben a na absolutní velikosti jeho základny. U difrakční mřížky je rozlišení spektroskopu tím větší, čím je větší řád spektra, ve kterém provádíme měření a čím je větší počet vrypů mřížky. pro kratší vlnové délky bude R ~ 100 000. Přístroj realizuje sedm evropských institucí v čele s Nizozemským ústavem pro radioastronomii a Univerzitou v Leidenu.

Kamera a spektrograf METIS. Prototyp chopperu – otočného zrcadla, kterým se rychle přepíná optický paprsek z pozorovaného objektu a referenční části oblohy. Referenční snímek slouží k potlačení nežádoucího signálu pozadí.. Zdroj: Leiden University.

Simulovaný průlet přístrojem METIS. Zdroj: Leiden University.

Závěrem

Všechny tři přístroje jsou svými parametry zcela unikátní. Díky nim bude i pozemský dalekohled schopen konkurovat dalekohledům umístěným ve vesmíru, a to včetně připravovaného JWSTJWST (James Webb Space Telescope) – James Webb Space Telescope, vesmírný dalekohled Jamese Webba, následovník Hubblova dalekohledu připravený třemi kosmickými agenturami: americkou NASA, evropskou ESA a kanadskou CSA. Dalekohled vynesla do vesmíru evropská nosná raketa Ariane na konci roku 2021. Je umístěn v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce. Průměr segmentovaného zrcadla je 6,5 m. Dalekohled je pojmenován po řediteli NASA, který Ameriku úspěšně dovedl k přistání na Měsíci. Dalekohled Jamese Webba je určený primárně pro pozorování v infračerveném oboru.. Samozřejmě také předčí čtveřici dalekohledů VLTVLT – Very Large Telescope, čtveřice dalekohledů ESO postavená v Chile na Cerro Paranal (2635 m). Dalekohledy mají celistvá zrcadla o průměru 8,2 metru (Antú – 1998; Kueyen – 1999; Melipal – 2000; Yepun – 2001). Názvy zrcadel znamenají v Mapušštině Slunce, Měsíc, Jižní Kříž a Venuši. Sběrná plocha každého z velkých přístrojů je 53 metrů čtverečních. Dalekohledy jsou vybaveny systémem adaptivní a aktivní optiky. Další menší pomocné dalekohledy tvoří s hlavní čtveřicí výkonný interferometr o základně 200 m, jehož srdcem je od roku 2015 přístroj Gravity – interferometr druhé generace. (mohou pracovovat i ve spřaženém interferometrickém režimu) umístěných na Cerro Paranal, asi 22 km na západ od Cerro Armazones.

Dalekohled E-ELT: umístění klíčových přístrojů. Šedá konstrukce napravo
je jednotka adaptivní optiky MAORY. Zdroj: ESO.

Odkazy