Jak stavíme největší optický dalekohled na světě?

Astronomové si mohou položit některé z nejzákladnějších otázek, které existují; od toho, zda jsme ve vesmíru sami až po to, jaká je povaha tajemné temné energie a temné hmoty tvořící většinu vesmíru. Nyní velká skupina astronomů z celého světa staví dosud největší optický dalekohled – Extrémně velký dalekohled (ELT) – v Chile. Jakmile bude dalekohled v roce 2028 dokončen, mohl by poskytnout odpovědi, které změní naše znalosti o vesmíru. Úvodní fotografie pokračující výstavby dalekohledu ELT byla pořízena v polovině roku 2023.

Se svým primárním zrcadlem o průměru 39 metrů bude ELT obsahovat největší a nejdokonalejší optickou plochu, jaká byla kdy vyrobena. Jeho schopnost shromažďovat světlo převýší výkon všech ostatních velkých dalekohledů dohromady.

Existuje několik důvodů, proč potřebujeme takový dalekohled. Jeho neuvěřitelná citlivost mu umožní zobrazit některé z prvních galaxií, které kdy vznikly, se světlem, které k dalekohledu putovalo 13 miliard let. Pozorování takových vzdálených objektů nám pomůže upřesnit naše chápání kosmologie a povahy temné hmoty a temné energie.

Mimozemský život
ELT může také nabídnout odpověď na nejzákladnější otázku ze všech: Jsme ve vesmíru sami? Očekává se, že ELT bude prvním dalekohledem, který bude sledovat exoplanety podobné Zemi – planety, které obíhají kolem jiných hvězd, ale mají podobnou hmotnost, oběžnou dráhu a blízkost ke své hostitelské hvězdě jako Země.

Tyto planety podobné Zemi, které krouží kolem mateřské hvězdy v takzvané obyvatelné zóně, budou obíhat kolem své hvězdy ve správné vzdálenosti, aby se voda na povrchu ani nevařila, ani nezmrzla – a tak možná poskytnou podmínky pro existenci života.

Kamera dalekohledu ELT bude mít šestkrát lepší rozlišení než kamera dalekohledu James Webb Space Telescope (JWST), což jí umožní pořizovat dosud nejdetailnější snímky exoplanet. Ale jakkoliv budou tyto obrázky fascinující, nebudou vyprávět celý příběh. Aby astronomové zjistili, zda je pravděpodobné, že na exoplanetě existuje život, musí doplnit zobrazování ještě spektroskopie. Zatímco snímky odhalují tvar, velikost a strukturu planet, spektra vypovídají o rychlosti, teplotě a dokonce i o chemii astronomických objektů.

ELT nebude obsahovat jeden, ale čtyři spektrografy – nástroje, které rozkládají světlo do jeho základních barev, podobně jako ikonický hranol na obalu alba „The Dark Side of the Moon“ od skupiny Pink Floyd.

Každý z těchto spektrografů o velikosti minibusu a pečlivě kontrolovaný z hlediska stability je základem všech klíčových vědeckých přístrojů ELT. U obřích exoplanet bude přístroj Harmoni analyzovat světlo, které prošlo jejich atmosférou a hledat známky vody, kyslíku, metanu, oxidu uhličitého a dalších plynů, které naznačují na možnou existenci života. K detekci mnohem menších exoplanet podobných Zemi bude zapotřebí specializovanější přístroj Andes. S náklady kolem 35 milionů eur bude Andes schopen detekovat drobné změny ve vlnové délce světla.

Z předchozích satelitních misí už mají astronomové dobrou představu o tom, kde na obloze hledat exoplanety. Ve skutečnosti bylo pomocí „tranzitní metody“ detekováno několik tisíc potvrzených nebo kandidátských exoplanet. Vesmírný dalekohled JWST „zírá“ na oblast oblohy obsahující tisíce hvězd a hledá drobné, periodické poklesy jejich jasnosti, způsobené při průchodu planety na oběžné dráze před její hvězdou.

Ale přístroj Andes použije jinou metodu k lovu nových „zemí“. Když exoplaneta obíhá kolem své hostitelské hvězdy, její gravitace hvězdu přitahuje, takže poloha hvězdy kolísá. Tento pohyb je neuvěřitelně malý; oběžná dráha Země způsobuje, že Slunce osciluje rychlostí pouhých 10 centimetrů za sekundu.

Stejně jako tón sirény sanitky stoupá a klesá, když se pohybuje směrem k nám a od nás, vlnová délka světla pozorovaného od studované hvězdy se zvyšuje a snižuje, jak planeta obíhá kolem mateřské hvězdy. Je pozoruhodné, že Andes bude schopen detekovat tuto nepatrnou změnu barvy světla. Hvězdné světlo, i když je v podstatě kontinuální („bílé“) od ultrafialového po infračervené, obsahuje místa, kde atomy ve vnější atmosféře hvězdy absorbují specifické vlnové délky, když světlo uniká, a ve spektrech se jeví jako tmavé spektrální čáry.

Drobné posuny v pozicích těchto prvků – přibližně 1/10 000 pixelu na senzoru přístroje Andes – mohou po měsících a letech odhalit periodické kolísání hvězdy. To by nám nakonec mohlo pomoci najít Zemi číslo 2.0.

Na Heriot-Watt University provádí vývoj laserového systému známého jako frekvenční hřeben, který umožní přístroji Andes dosáhnout tak vynikající přesnosti. Stejně jako milimetrové čárky na pravítku bude laser kalibrovat Andský spektrograf tím, že poskytne spektrum světla strukturované jako tisíce pravidelně rozmístěných vlnových délek. Toto měřítko zůstane konstantní po celá desetiletí a zmírní chyby měření, ke kterým dochází v důsledku změn teploty a tlaku prostředí.

Vzhledem k tomu, že náklady na výstavbu ELT dosahují 1,45 miliardy eur, někteří budou zpochybňovat hodnotu projektu. Ale astronomie má význam, který překračuje tisíciletí a přesahuje kultury a národní hranice.

Zdroj: https://phys.org/news/2023-11-world-biggest-optical-telescope-greatest.html

autor: František Martinek