Távcsőszörnyetegek a horizonton: a jövő 5+1 óriástávcsöve!

Csillagvizsgáló Svábhegyi

Az amatőrcsillagászati megfigyelésektől az asztrofizikai mérésekig általános szabály, hogy a nagyobb távcső egyben jobb távcsőnek is számít. A fénygyűjtő felületek méretének növelése a csillagászat egyik logikus fejlődési iránya. Ennek ellenére a földfelszíni obszervatóriumok királyai évtizedek óta ugyanazok a 9-11 méteres monstrumok; míg az űrbe telepített teleszkópok legnagyobbika (a Herschel 2013-as lekapcsolása óta újra) a már több mint harminc éves Hubble-űrtávcső, 2,4 méteres tükörátmérővel. Az ezirányú előrelépés tehát régóta várat magára, ám már épülnek a jövő megfigyelő csillagászatának csúcseszközei – sőt, akad köztük olyan is, amelyen már tényleg csak az utolsó simításokat végzik.
Az alábbiakban egy 5+1 teleszkópot felvonultató, természeténél fogva szubjektív listán tekintjük át az előttünk álló évtizedben munkába lépő legfontosabb csillagászati műszereket. Hol tart most a fejlesztésük és mikor láthatnak először csillagfényt?

5. Nancy Grace Roman Space Telescope
Meg van az a vicc, hogy a CIA ügynök nézegeti a Hubble-űrtávcső képeit? “Szép-szép – mondja, – a mieink is tudnának ilyet csak épp a másik irányba vannak fordítva…” (ha nem esne le egyből a poén, hát elsütjük: A Hírszerző Ügynökség kémműholdjai is tudnának az űrtávcső felbontását elérő képeket csinálni, csak azok az ég helyett a Földet vizsgálják). A valóság annyiban különbözik, hogy nem a CIA, hanem a National Reconnaissance Office (NRO) kezeli az USA publikus (kutatási célú) és titkos (hírszerzési célú) földfigyelő teleszkópjait. Az NRO 2012-ben két (!) fel nem használt (!!), Hubble-méretű (!!!) űrtávcsövet ajánlott fel tudományos célokra. Habár az optika maga általában csak a költségek kisebb hányadát teszi ki az űrtávcsöveknél, a NASA és a politikai vezetés elkötelezte magát, hogy legalább az egyik eszközből infravörös teleszkópot fejlesztenek. Ennek ellenére a kezdetben Wide Field InfraRed Space Telescope (Nagy Látómezejű Infravörös Űrtávcső), majd később Nancy Grace Roman Space Telescope névre keresztelt teleszkóp befejezése többször is veszélybe került az anyagi források elapadása miatt. Szerencsére az USA új adminisztrációja is zöld utat kíván adni a projektnek, még annak ellenére is, hogy az elhúzódó fejlesztések miatt az összköltsége elérheti a 4 milliárd dollárt.

A Roman-űrtávcső illusztrációja. FORRÁS: NASA

A röviden csak Roman-nek hívott űrtávcső bár ugyanakkora tükörmérettel bír, mint a Hubble, optikája kisebb fókusztávolságú, ezáltal közel százszor nagyobb látómezőt lesz képes lefedni. Öt éves küldetése során elsősorban távoli galaxisokat és csillagrobbanásokat fog vizsgálni, a korai Univerzumban. Ugyanakkor a csillagfény kitakarására alkalmas koronográf révén a közeli rendszerek exobolygóiról is tud majd közvetlen képet alkotni. A tervek szerint 2025-ben indul el a Nap-Föld rendszer L2 Lagrange-pontjához.

4. Giant Magellan Telescope (GMT)
Az amerikai egyetemek alkotta konzorcium vezetésével, valamint ausztrál, brazil és koreai kutatóintézetek közreműködésével készülő teleszkóp különlegessége, hogy megépítéséhez a világ legnagyobb teleszkópjaitól eltérően nem kisebb szegmenseket, hanem a jelenlegi technológiával elkészíthető legnagyobb, 8,4 méteres tükröket fognak alkalmazni. A teljes fénygyűjtő felületet 7 db ilyen kör alakú elemből építik fel, felbontóképessége pedig egy 24,5 méter átmérőjű távcsővel fog felérni – ez több mint tízszerese a Hubble-űrtávcső felbontásának! Az egyenként 20 tonnás tükörszegmensek kiöntése és precíz csiszolása évekig tart, így hiába készült el az első darab már 2005-ben (azóta pedig további négy), a teleszkóp építésének befejezése csak 2029 környékén várható. Az 1 milliárd dollárba kerülő obszervatórium kivitelezésének a chilei Andok, azon belül is a Las Campanas Obszervatórium, amely már most is három nagyobb (köztük a két 6,5 méteres, szintén Magellan névre hallgató teleszkópoknak) és számos kisebb távcsőnek ad otthont.

A Giant Magellan Telescope Observatory kupolája, benne a hét óriástükör által megformált hatalmas fénygyűjtő felülettel. FORRÁS: Giant Magellan Telescope – GMTO Corporation

3. Thirty Meter Telescope (TMT)
Amerika válasza az európai Extreme Large Telescope-ra – mondhatnánk, ha kattintásvadász címet keresnénk a Hawaii-szigeteken épülő Thirty Meter Telescope koncepciójához. Az óriástávcső megvalósítása valóban amerikai kezdeményezésre és tőkéből indult a 2000-es évek elején, időközben azonban számos más nemzet, többek között India, Kína és Japán is beszállt a finanszírozásba. A világ jelenlegi legnagyobb, optikai tartományon érzékeny óriás távcsöveihez (Keck, Gran Telescopio Canaria, SALT) hasonlóan a TMT is kisebb, 1,44 méteres szegmensekből fog felépülni, teljes fénygyűjtő felületének átmérője pedig (ahogy a neve is mutatja) 30 méter lesz. Ezzel a TMT 2027-re tervezett elkészültekor világ második legnagyobb, egyben pedig a legmagasabban (4050 méterrel a tengerszint felett) elhelyezkedő óriásteleszkópjává válik. Már ha ezt nem akadályozzák meg a helyiek évek óta tartó tiltakozó megmozdulásai, az obszervatórium helyszínének választott Mauna Kea vulkán fennsíkja ugyanis szakrális helyszín a hawaii-i őslakosok számára. A helyszín ugyanakkor tudományos szempontból is kiemelten fontos, ugyanis hasonlóan jó asztroklímájú helyszínből rendkívül kevés van a Földön (az USA területén pedig nincs is másutt). Az amerikai csillagászati megfigyelések számára pedig további stratégiai szempont, hogy míg a Giant Magellan Telescope a déli égboltot tudja megfigyelni, a Föld északi féltekéjén a Thirty Meter Telescope lenne az első számú óriástávcső.

A Thirty Meter Telescope esetében nem csak a mérete, de a kupolanyitási mechanizmusa is különleges lesz. FORRÁS: TMT Observatory Corporation

2. European Extreme Large Telescope (ELT) 
A nemzetközi csillagászati kutatás egyik csúcsintézménye, a többek között a Very Large Telescope obszervatóriumot is üzemeltető Európai Dél Obszervatórium (ESO) 2010-ben jelölte ki a chilei Andok egyik hegyét, a Cerro Amazones-t a következő generációs optikai és infravörös tartományon érzékeny óriásteleszkóp megépítésére. Bár a kezdeti, 42 méter átmérőjű főtükröt vizionáló terveket költséghatékonysági okokból némileg visszanyesték (39,3 méterre), az ELT így is messze a világ legnagyobb távcsöve lesz, nem csak elkészültekor, de (a dolgok jelenlegi állása szerint) még évtizedek múltán is. Mindez pedig “mindössze” 1,3 milliárd euróból, ami összevetve a fentebb (vagy még inkább az alább) található összegekkel, egészen jutányosnak tűnik.

Az ELT tudományos célkitűzései hasonlóak, mint a többi optikai és infravörös tartományon érzékeny óriástávcső esetében: exobolygókról történő direkt képalkotás, protoplanetáris korongok vizsgálata, valamint az első galaxisok és kvazárok megfigyelése, ezáltal pedig az Univerzum fejlődésének megértése. A konkrét megfigyelési programok azonban már a tudományos közösségen múlnak, az ELT távcsőidejének nagyobbik részét, akárcsak a listán szereplő távcső esetében, pályázat útján ítélik oda.

Az ELT (balra) mellett nem csak az ESO jelenlegi legnagobb teleszkópjai, a Very Large Telescope obszervatórium négyesfogata törpül el (középen), de még a római Colosseum is. FORRÁS: ESO

A monstrumnak az Andok (jelenleg) 3046 méteres hegye, a Cerro Amazones fog helyet adni, amelynek csúcsát 2015-ben “takarították el”, hogy kellően nagy fennsíkot biztosítsanak a 86 méter széles és 74 méter magas kupolának. A kivitelezés azóta is a tervek szerint halad és a járványhelyzet is csak kis mértékben vetette vissza az építkezést, így pedig az ELT a várakozások szerint 2025-ban fog először csillagfényt látni.

A legnagyobb optikai és infravörös távcsövek fénygyűjtő felületeinek összehasonlítása. A háttérben felsejlik a tervezett, ám a jelenlegi technológiával megvalósíthatatlan Overwhelmignly Large Telescope 100 méter átmérőjű köríve. FORRÁS: Cmglee / Wikipedia

1. James Webb Space Telescope (JWST)
1989-ben megálmodták, 1997-ben elkezdték megtervezni, 2002-ben kiválasztották a győztes koncepciót, 2004-ben elkezdték megépíteni, majd… nos, a James Webb Űrtávcső még mindig a kivitelező Northrop Grumman cég laboratóriumában várakozik. A fejlesztési költségek sokszorosra növekedtek, jelenleg már több mint 10 milliárd dollár felett jár – ezzel minden idők legdrágább csillagászati műszere lett, még azelőtt, hogy munkába állt volna. De legalább sok évnyi csúszással végre valahára elkészült a médiában gyakran csak Hubble-utódnak hívott űrtávcső. Jelenleg a JWST tükörnyitásának és a napvédő pajzs telepítésének tesztjei zajlanak, majd a nyár folyamán “becsomagolják” a busz méretű űrtávcsövet és hajóval szállítják a Francia Guyana-i indítóállomáshoz. Innen a tervek szerint október 31-én fog elindulni küldetésének helyszínére egy Ariane 5 rakéta orrkúpjában.

A James Webb Space Telescope aranyozott főtükre a Northrop Grumman összeszerelő laboratóriumában. FORRÁS: Desiree Stover / NASA

A 6,5 méteres főtükörrel bíró JWST úticélja a Nap-Föld rendszer L2 Lagrange-pontja, ahol bolygónktól 1,5 millió km-re kellő mértékben lesz védve a zavaró hatásoktól. A James Webb ugyanis a közeli- és a közép-infravörös tartományon (0,6 és 2,8 mikrométer között) lesz érzékeny, ehhez pedig folyamatosan -220 °C közelében kell tartani az eszközt (bizonyos műszereit pedig még alacsonyabb hőmérsékleten). A NASA öt évben határozta meg az űrtávcső üzemidejét, de a remények szerint ez legalább duplájára lesz növelhető. Ehhez azonban mindennek tökéletesen kell működnie, a Hubble-lel ellentétben ugyanis a JWST nem lesz javítható az óriási távolság miatt.

Az “összehajtogatás alatt álló főtükör és a még teljes pompájában kifeszített napfény-pajzs. FORRÁS: Chris Gunn / NASA

+1. Square Kilometer Array (SKA)
Az optikai tartományon csak különösen nagy precízió mellett, viszonylag kis távolságon lehetséges két vagy több teleszkóp összekapcsolása, az ún. interferometria-mérés. Ugyanakkor a nagyobb hullámhosszak miatt kisebb pontosságot igénylő rádióinterferometriás megfigyelések már évtizedek óta kiválóan működnek, ezek során pedig akár a több ezer km-es távolságban lévő rádióantennák méréseit is össze tudják hangolni. Az ennek eredményeként nyert szögfelbontás egy akkora képzeletbeli (ún. virtuális) teleszkópnak felel meg, mint az interferometria-mérésben résztvevő obszervatóriumok közti távolságok legnagyobbika. Apró szépséghiba, hogy ennek a képzeletbeli óriás rádiótányérnak csak kicsiny részeiről (az egyes teleszkópok pozíciójából) nyerhetünk információt – az ideális természetesen az lenne, ha a virtuális rádiótávcső minél jobban lefedhető lenne.

Látványterv a SKA dél-afrikai helyszínének közel kétszáz rádiótányérjáról. FORRÁS: SPDO/TDP/DRAO/Swinburne Astronomy Productions

Gyakorlatilag ezt a koncepciót valósítja meg a Square Kilometer Array, ráadásul rögtön két helyszínen. Dél-Afrikában 197 db 13,5 méter átmérőjű rádiótányér fogja figyelni a közepes frekvenciájú (350 MHz – 15 GHz) rádiójeleket, míg Nyugat-Ausztráliában több mint 130.000 darab alacsony-frekvceniás (50-350 MHz) dipól-antenna fog helyet kapni. Mindkét helyszín egy-egy interferometria-hálózatként fog üzemelni, előbbi esetben 150, míg utóbbinál 70 km átmerőjű területet fedve le. Önmagában ez a két rádióinterferometria-centrum is óriási előrelépést fog jelenteni a hasonló hálózatokhoz képest, a teljes lefedett terület pedig minden korábbi együttműködésnél nagyobb, közel 450.000 négyzetméter lesz. Ráadásul mindez csak a 2023/24-ig befejezendő első fázis tervei, a folytatás ugyanis (SKA2) sok száz km-re kiterjedő spirálkarokkal bővíti majd mindkét interferometria-centrumot 2030-ig. Az új rádiótányérokkal és antennákkal kiegészülve pedig a Square Kilometer Array hű lesz a nevéhez, a teljes detektálási terület ugyanis meg fogja haladni az egy négyzetkilométert!

Miben lesz jobb a SKA az alacsony- és közép-frekvenciatartományon érzékeny hasonló rádióinterferometriás hálózatoknál? Röviden szólva, mindenben. FORRÁS: www.squarekilometerarray.org

Szerző: Barna Barnabás, Tudományos munkatárs / bemutató csillagász
SZTE TTIK Fizikai Intézet / Szegedi Csillagvizsgáló

📸 A borítókép forrása: https://www.eso.org/

Tetszett a cikkünk? Olvasd el ezt is: Mars Terraformálása – Ahol még vereséget szenvedni is szórakoztató