Når man ser på nattehimmelen og bare ser et hvitaktig bånd av Melkeveien, skjuler det hvor langt unna Mesteparten av universet forblir utenfor vår rekkeviddeEn ny generasjon av gigantiske teleskoperLedet fra Europa og med sterk spansk deltakelse, forbereder den seg på å endre denne situasjonen fullstendig fra Atacamaørkenen i Chile.
Blant disse prosjektene skiller Extremely Large Telescope (ELT) seg ut, og mange anser det som det fremtidige største optiske teleskopet i verdenog Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST), som er ment å bli det største instrumentet i sitt slag for å utforske universet skjult bak kosmisk støv. Begge deler ligger på samme sted i Atacama og har en tydelig europeisk innflytelse.
En koloss under bygging: Det ekstremt store teleskopet
I hjertet av Atacamaørkenen pågår byggingen av Extremely Large Telescope, et observatorium i nettverket til European Southern Observatory (ESO) som har som mål å bli verdens ledende autoritet innen optisk og infrarød astronomiBeliggenheten, i over 3.000 meters høyde og under en ekstremt tørr atmosfære, gjør at den kan dra full nytte av den chilenske himmelen.
Hjertet i ELT vil være hovedspeilet, kjent som M1, med en diameter på 39,3 meter. For å gi deg en idé, Vi snakker om en overflate som ligner på en liten sportsbaneÅ produsere den i ett stykke ville være umulig på grunn av størrelsen og vekten, så designet har blitt løst gjennom en mosaikk av nøye synkroniserte uavhengige segmenter.
For å beskytte dette enorme astronomiske «øyet» vil teleskopet bli plassert under en kuppel som er 80 meter høy og 88 meter i diameter, med dimensjoner som minner om en fotballbane dekket av en metallkonstruksjonInnvendig vil et stativ som veier omtrent 3.700 tonn bli integrert for å støtte de fem speilene i det optiske systemet og de forskjellige vitenskapelige instrumentene som er ansvarlige for å analysere det innsamlede lyset.
Det flerspeildesignet er ikke et estetisk innfall: det vil tillate korrigere atmosfæriske forvrengninger og konsentrere lyset med en presisjon som vil overgå kapasiteten til dagens teleskoper. Det uttalte målet er å studere alt fra jordlignende eksoplaneter til de første galaksene som ble dannet etter Big Bang.
Det mest presise speilet: 798 deler fungerer som én
Den store tekniske utfordringen med ELT ligger i å sikre at hovedspeilet, som er delt inn i 798 sekskantede deler, oppfører seg nøyaktig som om det var en enkelt kontinuerlig overflateHvert segment er omtrent halvannen meter i diameter, bare rundt fem centimeter tykt, og veier nærmere 250 kilo.
Vanskeligheten ligger ikke så mye i å produsere hver del som i å sikre at hele enheten forblir perfekt justert. De tillatte feilmarginene er ekstreme: Den relative posisjonen mellom segmentene må kontrolleres med en nøyaktighet på bare to nanometer., en tykkelse som er omtrent 10 000 ganger mindre enn et menneskehår.
For å oppnå dette vil teleskopet ha nesten 2.500 aktuatorer, små enheter som kan bevege hvert segment individuelt. Disse aktuatorene kan korrigere små variasjoner i høyde eller helning, slik at speilet kontinuerlig justerer seg etter observasjonsbehov og endringer i omgivelsene.
Kontrollsystemet kompletteres av et nettverk av omtrent 9.000 sensorer plassert i selve segmentene. Dette sensornettverket muliggjør måling i sanntid. hvordan brikkene forskyver seg eller deformeres og sende korreksjonskommandoer til aktuatorene for å opprettholde speilets ideelle form.
Kombinasjonen av aktuatorer og sensorer vil gjøre det mulig for M1 å fungere som et enkelt gigantisk øye, i stand til å produsere bilder med et visst detaljnivå. som vil etterlate nåværende teleskoper i støvetinkludert mange romobservatorier.
Det spanske bidraget: det lokale koherenssystemet
I denne konteksten av ekstrem presisjon har et team fra Polytekniske Universitet i Catalonia (UPC) og det spanske selskapet IDOM utviklet et nøkkelinstrument: Local Coherencer. Det er et banebrytende optisk system designet for å bekrefte at hvert segment av speil M1 er på sin nøyaktige plass med respekt for sine naboer.
Local Coherencer er et lett, kompakt og robust berøringsfritt måleinstrument som med én enhet kan måle posisjonsforskjellen mellom et segment og dets seks tilstøtende segmenter. Den oppdager ikke bare variasjoner i høyde, men også... små relative hellinger mellom brikkene, noe grunnleggende for at speilet skal beholde en perfekt form.
Ifølge teamet som utviklet det, er systemets konsept fullstendig innovativt, i en slik grad at det tillot dem å vinne en internasjonal anbudskonkurranse mot andre forslag og har ført til et patent med global rekkeviddeDesignet er utformet for å fungere under de tøffe forholdene ved det chilenske observatoriet, hvor variasjoner i temperatur og vind kan påvirke strukturen.
Arbeidet til UPC og IDOM har omfattet alt fra detaljert design av instrumentet og valg av komponenter til konstruksjon av systemet, utvikling av prosessprogramvare og funksjonstesting. Før de reiste permanent til Chile, Den lokale koherenseren vil bli validert ved ESOs hovedkvarter i München. for å bekrefte at det nøyaktig oppfyller prosjektets spesifikasjoner.
For forskerne som er involvert er det spesielt spennende å delta i et teleskop av denne størrelsen med så kritisk instrumentering. Ikke bare på grunn av den vitenskapelige effekten ELT vil ha, men også fordi Det plasserer spansk ingeniørfag i forkant av internasjonal astronomi..
AtLAST: teleskopet som skal avsløre det skjulte universet
Mens ELT forbereder seg på å lede optisk og infrarød observasjon, har et annet stort prosjekt, også med betydelig europeisk deltakelse, som mål å dominere himmelen i et helt annet område av spekteret: submillimeterstråling. Dette er Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope, kjent som AtLAST, som har som mål å bli verdens største submillimeterteleskop med én disk.
Den underliggende ideen stammer fra en begrensning som er velkjent for det vitenskapelige samfunnet: En stor del av universet er skjult bak støvskyer som blokkerer synlig lys. Omtrent halvparten av lyset som sendes ut av galakser er fanget i dette interstellare støvet, så optiske teleskoper fanger bare en brøkdel av virkeligheten.
I de siste tiårene har anlegg som ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), også i Chile, gjort betydelige fremskritt på dette feltet. ALMA fungerer imidlertid som et «mikroskop»: det gir svært detaljerte bilder, men hver observasjon dekker et lite område av himmelen, tusenvis av ganger mindre enn månens synlige overflate.
AtLAST har som mål å utfylle denne tilnærmingen med et vidvinkelperspektiv. Takket være designet, Den vil kunne kartlegge områder av himmelen opptil 16 ganger den tilsynelatende størrelsen på månen. i én enkelt observasjon, noe som vil tillate massive folketellinger av galakser og skyer av gass og støv i skalaer som er umulige i dag.
AtLAST2-prosjektet, finansiert av EU og i designfasen frem til 2028, samler spesialister fra Europa, Chile, Sør-Afrika, Canada, Taiwan, Thailand, New Zealand, Japan og USA. Målet er å lage et instrument med en diameter på 50 meter som, når det er i drift, vil bli det største submillimeterteleskopet som noen gang er bygget.
Ekstrem ingeniørkunst: en 50 meter lang tallerken på 4.400 tonn
Den planlagte designen for AtLAST inkluderer en hovedantenne med 50 meters åpning laget av aluminiumspaneler og støttet av en imponerende stålkonstruksjon. Totalt vil enheten veie omtrent 4.400 tonn, med en sekundærspeil 12 meter i diameter, større enn mange komplette teleskoper som allerede er i drift.
Den planlagte plasseringen er også i Atacamaørkenen, nær ALMA-anleggene og i en høyde av over 5.000 meter. Denne kombinasjonen av tørr luft, stor høyde og lav lysforurensning er avgjørende for å observere stråling mellom radiobølger og infrarødt. submillimeterområdet som teleskopet vil operere i.
Et av de mest slående elementene ved prosjektet er dets tilnærming til bærekraft. Målet er at AtLAST skal drives utelukkende av fornybar energi, gjennom et hybrid energiregenereringssystem. I praksis brukes en kombinasjon av solenergi, batterilagring og metallhydridlagring, sammen med gjenvinning av kinetisk energi når teleskopet bremser etter en bevegelse, tilsvarende det som skjer i hybridbiler.
Tanken er ikke bare å redusere karbonavtrykket under drift, men også under produksjon av komponenter, ved å fokusere på prosesser med lave eller null utslippSiden denne infrastrukturen er designet for å fungere i omtrent fem tiår, inkluderer designet muligheten for å oppdatere de vitenskapelige instrumentene etter hvert som teknologien utvikler seg.
Vitenskapelig sett vil AtLAST være en del av en ny generasjon store observatorier som er planlagt for 2040-tallet, som også inkluderer European Extremely Large Telescope. Astronomer advarer om at uten et enkeltstående submillimeterinstrument av denne størrelsen Dette ville etterlate et betydelig gap i vår evne til å kartlegge kald gass og støv. over hele himmelen.
Hvilken vitenskap vil verdens største teleskop innen sitt felt muliggjøre?
Både ELT og AtLAST forfølger grunnleggende spørsmål om hvordan universet er strukturert og utvikler seg. Når det gjelder submillimeterteleskopet, er et av hovedmålene å finne den kalde gassen og støvet som gir næring til dannelsen av stjerner og galakserså vel som deler av materie som ennå ikke er direkte oppdaget i det galaktiske miljøet.
Nåværende modeller indikerer at det burde være en stor mengde gass, både varm og kald, rundt galakser, men mye av dette materialet er usynlig for det blotte øye ved bruk av tradisjonelle teknikker i det synlige området. AtLAST kan bidra til å avsløre hvor det egentlig befinner seg. fyller viktige hull i forståelsen av kosmisk evolusjon.
En annen sentral forskningslinje vil være studiet av ekstremt støvete galakser, som i dag fremstår uskarpe sammen i observasjoner. Med AtLASTs følsomhet og brede synsfelt håper astronomene å kunne løse disse individuelle kildene. identifiserer i størrelsesorden 50 millioner galakser i løpet av omtrent 1.000 timer med observasjon ifølge innledende estimater.
Teleskopet vil også muliggjøre observasjon av solens atmosfære i submillimeterområdet og sporing av variasjonen i solutbrudd i enestående detalj. Denne informasjonen vil være relevant ikke bare for solfysikk, men også for en bedre forståelse av solens atmosfære. Hvordan påvirker vulkanutbrudd vær i rommet? og, i forlengelsen av dette, til teknologiske systemer på jorden.
I mellomtiden vil Extremely Large Telescope, med sin evne til å samle og analysere lys fra så godt som hele universet, fokusere på å studere jordlignende eksoplaneter, detaljert karakterisering av nærliggende og fjerne stjerner, og observasjon av de fjerneste galaksene, som ligger mer enn 10.000 milliarder lysår unnaDette vil tillate oss å komme nærmere de første øyeblikkene av dannelsen av strukturer i kosmos.
Ved å kombinere begge tilnærmingene, optisk-infrarød på den ene siden og submillimeter på den andre, håper det europeiske vitenskapelige samfunnet å kunne male et mye mer komplett bilde av hvordan stjerner dannes, hvordan galakser utvikler seg, og Hvilke fysiske prosesser dominerer i universets mest skjulte områder?.
Den europeiske forpliktelsen, og spesielt den spanske vitenskapssamfunnets vekt i utviklingsprosjekter som Local Coherencer eller koordineringen av deler av AtLAST-prosjektet, viser hvordan byggingen av verdens største teleskop i hvert observasjonsområde ikke bare er et teknologisk kappløp, men også en måte å konsolidere et forskningsøkosystem som er i stand til å dra nytte av den enorme mengden data som disse gigantene fra Atacama vil legge på bordet i flere tiår.
