Maailman suurimman teleskoopin viimeinen peilisegmentti on valettu onnistuneesti

Euroopan eteläisen observatorion (ESO) Erittäin suurta teleskooppia (ELT) rakennetaan parhaillaan Chilen Atacaman autiomaassa, ja sen valmistuminen on yhä lähempänä. Saksalainen SCHOTT-yhtiö on onnistuneesti valanut viimeisen 949:nnen peilisegmentin aihion, joka tulee teleskoopin M1-pääpeiliin. Halkaisijaltaan yli 39-metrinen M1-peili on ylivoimaisesti suurin koskaan teleskooppiin valmistettu peili.

Kuvassa on viimeinen valmistettu peilisegmentin aihio SCHOTT:in tehtaalla valmiina pakattavaksi ensimmäistä kuljetustaan varten. Tähän peilin pintaan on teipattu tulevan peilin ääriviivat (kuusikulmio) ja valmistuneen peiliaihion järjestysnumero 949th ja koko sarjan pituus 949. Kuva ESO/SCHOTT.

 

M1 on liian suuri, jotta se voitaisiin valmistaa yhtenä kappaleena (monoliittina), joten se tehdään 798:sta kuusikulmaisesta peilisegmentistä. Näistä kukin on noin viisi senttimetriä paksu ja 1,5 metriä leveä, jotka yhdessä keräävät kymmeniä miljoonia kertoja enemmän valoa kuin ihmissilmä. Näiden lisäksi on valmistettu 133 segmenttiä, jotta niiden huolto ja uudelleen pinnoitus olisi helpompaa teleskoopin aloitettua toimintansa. ESO on myös hankkinut 18 varasegmenttiä, joten niiden kokonaismäärä on 949.

M1-aihiot ovat perusmuotoiltuja, mutta ne täytyy myöhemmin kiillottaa peilisegmenteiksi. Nämä on valmistettu SCHOTTin kehittämästä ZERODUR©-lasikeramiikasta, joka on optimoitu Atacaman autiomaassa sijaitsevan ELT:n äärimmäisiin lämpötilavaihteluihin. Yritys on valmistanut myös ELT:n kolmen muun peilin M2:n, M3:n ja M4:n aihiot Mainzin tehtaillaan Saksassa.

"ESO tilasi SCHOTTilta muutakin kuin ZERODUR©:n", sanoi Marc Cayrel, ESO:n ELT-optomekaniikan johtaja. "SCHOTT teki tiiviistä yhteistyötä ESO:n kanssa jokaisen tuotantovaiheen aikana ja räätälöi tuotteen vastaamaan ELT:n erittäin vaativia vaatimuksia, ja usein jopa ylitti ne. Aihioiden erinomainen laatu säilyi koko massatuotannon aikana, jossa tätä supermateriaalia valmistettiin yli 230 tonnia. ESO on näin ollen hyvin kiitollinen SCHOTTin luotettavana kumppanina taitavien ammattilaistiimien ansiosta".

SCHOTTin ELT-projektin johtaja Thomas Werner sanoi: "Koko tiimimme on innoissaan saadessaan päätökseen yrityksemme historian suurimman yksittäisen ZERODUR®-tilauksen. Tämän projektin osalta saimme onnistuneesti päätökseen satojen ZERODUR®-peilisubstraattien sarjatuotannon, kun tavallisesti työstämme yksittäisiä kappaleita. Meille kaikille on ollut kunnia saada olla mukana tekemässä tähtitieteen tulevaisuutta".

Kun kaikki segmentit on valettu, niiden monivaiheinen kansainvälinen matka alkaa. Hitaan jäähdytyksen ja lämpökäsittelyn jälkeen jokaisen aihion pinta muotoillaan SCHOTTilla erittäin tarkassa hionnassa. Tämän jälkeen aihiot kuljetetaan ranskalaiselle Safran Reosc-yhtiölle, jossa kukin niistä leikataan kuusikulmion muotoon ja kiillotetaan 10 nanometrin tarkkuudella koko optisen pinnan alueelta. Tämä tarkoittaa, että peilin pinnan epätasaisuudet ovat suuruudeltaan alle tuhannesosa ihmisen hiuksen paksuudesta.

M1-segmenttien kokoonpanoon osallistuvat saksalaisranskalainen FAMES-konsortio, joka on kehittänyt 4 500 nanometrin tarkkuudella toimivia antureita, jotka valvovat kunkin segmentin suhteellista asentoa. Konsortio on viimeistelemässä niiden valmistusta. Lisäksi saksalainen Physik Instrumente -yritys on suunnitellut ja valmistaa 2 500 toimilaitetta, jotka pystyvät asemoimaan peilisegmentit nanometrin tarkkuudella, ja tanskalainen DSV-yritys vastaa segmenttien kuljettamisesta Chileen.

Kun jokainen M1-segmentti on kiillotettu ja koottu, se kuljetetaan valtameren yli ESO:n Paranal-observatoriossa Atacaman autiomaassa sijaitsevaan ELT-tekniseen laitokseen. Matkan pituus on 10 000 kilometriä, jonka yli seitsemänkymmentä M1-segmenttiä on jo tehnyt. Vain muutaman kilometrin päässä ELT:n rakennustyömaalta Paranalissa, jokainen segmentti päällystetään hopeakerroksella, jotta siitä tulee heijastava. Tämän jälkeen se varastoidaan huolellisesti, kunnes teleskoopin päärakenne on valmiina kiinnitystä varten.

ESO:n ELT:n aloittaessa toimintansa myöhemmin tällä vuosikymmenellä siitä tulee maailman suurin teleskooppi. Se tulee vastaamaan aikamme suurimpiin tähtitieteen haasteisiin ja tekemään vielä tuntemattomia uskomattomia löytöjä.

JWST pääpeilin avaaminen onnistui

NASA:n [1] James Webb -avaruusteleskooppitiimi avasi 6,4 metrin kullalla päällystetyn pääpeilin onnistuneesti. Ryhmä julisti pääpein avautuneeksi eilen illalla kello 20.17 Suomen aikaa, kolmisen tuntia sen jälkeen, kun peilin vasemman lohkon kääntäminen suoritettiin. Oikea lohko käännettiin edellisenä päivänä. Peililohkojen kääntäminen oli koko suunnitelman kriittisin vaihe, sillä epäonnistuessaan se olisi voinut tuhota koko noin 10 miljardia dollaria kustantaneen ja yli kaksikymmentä vuotta kestäneen hankkeen.

Aurinkosuojan ja pääpeilin avauskaavio. Kuva ESA.

Luonnollisesti peililohkojen onnistunut kääntäminen herätti suurta tyytyväisyyttä pitkään ja huolellisesti tehdyn valmistautumisen jälkeen. Tämä tyytyväisyys näkyi annetuissa lausunnoissa.

"NASA saavutti tänään uuden tekniikan virstanpylvään vuosikymmeniä valmistelun jälkeen. Vaikka tämä matka ei vielä ole päättynyt, Webb-tiimi hengittää jo hieman vapautuneemmin ja odottaa tulevia läpimurtoja, jotka varmasti inspiroivat maailmaa", sanoi NASAn johtaja Bill Nelson. "James Webb -avaruusteleskooppi on ennennäkemätön tehtävä, joka mahdollistaa ensimmäisten galaksien havaitsemisen ja löytää universumimme mysteerit. Jokainen jo saavutettu vaihe ja tulevat saavutukset on osoitus tuhansista innovaattoreista, jotka omistautuivat intohimonsa tähän tehtävään."

"Olen niin ylpeä tiimistä — joka kattaa maanosia ja vuosikymmeniä — ja joka saavutti tämän lajissaan ensimmäisen saavutuksen", sanoi Thomas Zurbuchen, NASAn Washingtonin päämajan Science Mission Directorat -yksikön apulaisvastaava. "Webin onnistunut käyttöönotto on esimerkki NASAn parhaista ominaisuuksista: halukkuus yrittää rohkeita ja haastavia asioita vielä tuntemattomien löytöjen nimissä."

"Kaikkien Webb-avaruusteleskoopin käyttöönottojen onnistunut loppuun saattaminen on historiallista", sanoi Gregory L. Robinson, NASAn päämajan Webb-ohjelman johtaja. "Tämä on ensimmäinen kerta, kun NASAn johtama operaatio on koskaan yrittänyt saattaa päätökseen monimutkaisen sekvenssin avatakseen observatorion avaruudessa - tämä on merkittävä saavutus tiimillemme, NASAlle ja maailmalle."

Seuraavaksi lähitulevaisuudessa JWST tekee kolmannen radankorjauksen, jonka jälkeen avaruusteleskoopin pitäisi asettua Lagrangen L2-pisteen haloradalle 1,5 miljoonan kilometrin etäisyyteen maapallosta.

Tulevien kuukausien aikana pääpeilin 18 kuusikulmaista segmenttiä kohdistetaan oikeisiin asemiin, jotta segmentit muodostaisivat yhtenäisen pääpeilin. Kohdistamista varten jokaisen segmentin takana on seitsemän toimilaitetta, jotka säätävät segmenttien asennon oikeaksi.

Pääpeilin saatua oikean muotonsa tehdään havaintoinstrumenttien kalibroiminen. Kun se tulee tehdyksi, uusi avaruusteleskooppi on valmis tehtäväänsä joskus ensi kesänä. Tätä ennen luultavasti NASA ja ESA julkaisevat joitakin kuvia, varsinkin kalibrointivaiheen loppupuolella.

Katso animoitu video JWSTn laukaisusta ja aurinkosuojan ja pääpeilin avaamisesta.

Huomautukset

[1] James Webb avaruusteleskooppi on NASAn, Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja Kanadan avaruusjärjestön (CSA) yhteishanke joskin NASAn eri osastot ja tutkimuslaitokset ovat olleet päävastuussa tehtävän suunnittelusta, rahoituksesta ja toteuttamisesta.

JWST lähtee jouluaattona

Päivitys: laukaisu on siirtynyt kehnon sään vuoksi, uusi lähtöikkuna on 25.12.2021 kello 14.20 — 14.52 Suomen aikaa.

Monien viivästymisien jälkeen NASA on ilmoittanut uusimman avaruusteleskooppinsa, James Webb Space Telescope (JWST), laukaisun tapahtuvan 24. 12.2021 kello 14.20 Suomen aikaa. Laukaisun jälkeen teleskooppi hakeutuu maapallon Lagrangen pisteeseen L2, joka sijaitsee noin 1,5 miljoonan kilometrin etäisyydellä maapallon yö puolella. Lagrangen pisteet ovat alueita, joissa kappaleet (niin keinotekoiset kuin luonnollisetkin) pysyttelevät pitkiä aikoja ilman aktiivista ohjausta. Tämä sijoituspaikan ominaisuus säästää hyvin paljon laitteistojen ohjaamiseen tarvittavaa polttoainetta ja näin avaruuslennon pituus voi olla paljon pitempi kuin muissa paikoissa tai kiertoradoilla.

Taiteilijan näkemys JWST:stä sijoituspaikassaan Lagrangen pisteessä L2. Kuva NASA,

 
Lagrangen pisteellä on toinenkin etu, joka tulee erityisen hyvin hyödynnettyä JWSTn havainnoissa. Teleskoopin havainnot tehdään infrapunaisella aallonpituudella, joka tunnettaan myös lämpösäteilynä. Tästä syystä teleskooppia ei voi suunnata sen paremmin Maahan, Kuuhun tai Aurinkoon, sillä ne ovat erittäin voimakkaita infrapunasäteilijöitä. Sijoituspaikassa mainitut kohteet kuitenkin jäävät teleskoopista katsoen samalle puolelle, joten havaintoalue on mahdollisimman laaja turvaetäisyydet huomioon ottaen. Maapallo kuitenkin kiertää Auringon kerran vuodessa ja näin tekee maapallon mukana myös JWST. Vuoden aikana teleskooppi voi siis tehdä havaintoja mistä tahansa kohteesta maailmankaikkeudessa.

Avaruusteleskoopiksi JWST on suurikokoinen. Sen pääpeilin halkaisija on noin 6,5 metriä, joten sen keräämä valomäärä on moninkertainen verrattuna esimerkiksi Hubbleen, jonka pääpeilin halkaisija on ”vain” n. 2,5 metriä. Valonkeräyskyky ja maanpinnalta vaikeasti havaittavien infrapunaisten aallonpituuksien käyttö havaintoihin tarjoaa aivan uusien tutkimusmahdollisuuksien avautumisen tutkimisen.

Erityisen suurella mielenkiinnolla tutkijat odottavat kaukaisen ja hyvin nuoren maailmankaikkeuden kohteiden havaitsemista, sillä niistä yli 13 miljardia vuotta sitten lähtenyt valo on punasiirtynyt infrapunaiselle aallonpituudelle. Voi olla mahdollista, että JWST:llä tehdään ensimmäiset havainnot maailmankaikkeuden aivan ensimmäisistä tähdistä.

Teorian mukaan, nämä tähdet ovat olleet täysin erilaisia kuin nykyisessä maailmankaikkeudessa olevat tähdet, sillä ne koostuivat vain ja ainoastaan vedystä ja heliumista. Ovatko ne todellakin teorian mukaisesti valtavan massiivisia ja nopeasti supernovaan päätyviä jättiläisiä, vai jotain aivan muuta? Tutkijoita kiinnostaa myös ensimmäisten galaksien muodostuminen ja vaikuttiko niiden muodostumiseen mahdollisesti heti alkuräjähdyksen jälkeen syntyneet minikokoiset mustat aukot tai oliko nämä mustat aukot aivan erilaisia kuin nykyiset, jopa eräänlaisia proto mustia aukkoja, kuten hiljattain julkaistu uusi tutkimus ehdottaa.

JWST aloitettiin suunnittelulla jo yli kolme vuosikymmentä sitten vuonna 1989. Lukuisten ongelmien, muutosten, uudelleen suunnittelun ja viivästysten vaikeuttama projekti tuli lopulta maksamaan 10 miljardia dollaria. Viivästyksiä on tullut aivan viime metreilläkin. Laukaisun piti tapahtua tämän syksyn aikana, lähtöpäiväksi määriteltiin ensin lokakuun loppupuoli. Sen jälkeen lähtöä siirrettiin joulukuun 18 päiväksi ja aivan viime hetkellä 22. ja lopulta nyt 24 joulukuuta. Tässä vaiheessa emme voi mitään muuta kuin toivoa laukaisun onnistumista ja teleskoopin virheetöntä toimintaa sijoituspaikassaan.

 Voit katsoa laukaisua suorana NASATV:stä.

 Voit lukea ennemmän JWST:tä Avaruusmagasiinin tästä artikkelista.