Vera C. Rubin -observatorio valmistuu – uusi aikakausi taivaan kartoituksessa alkaa

KAK – Maailman suurin taivaan kartoitusprojekti on astumassa ratkaisevaan vaiheeseensa, kun Vera C. Rubin -observatorio valmistautuu julkaisemaan ensimmäiset kuvansa. Ensimmäisten kuvien julkaisu tapahtuu kesäkuun 23. päivänä, jolloin myös järjestetään julkisia ja kutsuvierasjuhlia kaikilla mantereilla pois lukien Antarktis.

Chilen Elqui:n maakunnassa El Peñónin huipulla Cerro Pachónissa (30°14′41″S 70°44′58″W) 2 672 metrin korkeudessa sijaitseva observatorio on suunniteltu mullistamaan käsityksemme maailmankaikkeudesta ottamalla käyttöön täysin uudenlaisen tavan havainnoida taivasta: jatkuvan, koko näkyvän taivaan systemaattisen kuvantamisen.

El Peñóninhuiplle on rakennettu Vera C. Rubinin observatorio, jossa on erityisen valovoimainen peiliteleskooppi ja se tuottaa joka yö valtavan määrän kuvia seuraavam kymmenen vuoden ajan.Kuva Vera C. Rubin observatorio.

 

Legacy Survey of Space and Time (LSST) – ainutlaatuinen kartoitusprojekti

Observatorion päätutkimusohjelma, Legacy Survey of Space and Time (LSST), tulee seuraavan kymmenen vuoden aikana kuvaamaan lähes koko eteläisen taivaan kahden yön välein. Tämän ansiosta se pystyy havaitsemaan niin tähtien kirkkauden vaihtelut kuin avaruuden suurten rakenteiden kehityksenkin. LSST:n tuottama data tulee olemaan valtavaa, noin 20 teratavua yössä ja yhteensä yli 60 petatavua projektin aikana.

Tämä tekee LSST:stä toistaiseksi kattavimman ja aikajaksollisesti yksityiskohtaisimman taivaan kartoituksen.

Havainnekuva teleskoopin peilijärjestelmästä. Kuva Vera C. Rubin observatorio.

LSST Camera – maailman suurin digitaalikamera

Rubin-observatorion sydän on LSST Camera, 3,2 gigapikselin CCD-kamera, joka on suurin koskaan rakennettu digitaalikamera tähtitieteelliseen käyttöön. Kameran koko on lähes henkilöauton luokkaa: 3 metriä pitkä ja massaa noin 2 800 kiloa. Sen kuvakentän laajuus on 9,6 neliöastetta taivaasta, noin 40 täysikuun verran yhdellä otoksella.

Kamerassa käytetään kuuta suodatinta (u, g, r, i, z ja y) kattaen aallonpituusalueen ultraviolettivalon (u) rajalta lähi-infrapunaan (y). Tämä mahdollistaa sekä tähtien värien että galaksien etäisyyksien arvioinnin erittäin tehokkaasti.

Kameran kennot jäähdytetään –100 °C lämpötilaan, ja koko laite on asennettu tyhjiökammioon minimoimaan lämpösäteilyn ja ilman vaikutukset. Objektiivin etulinssi on halkaisijaltaan 64 cm, ja se on suurin koskaan valmistettu optinen linssi.

 

Kameran layaout-kaavio. Ihmishamo on mittakaavana kameran koolle.Kuva Vera C. Rubin observatorio.

Teleskooppi – nopea, laajakulmainen ja tarkka

Rubin-observatorion teleskooppi (Simonyi Survey Telescope) on suunniteltu erityisesti suurten taivaanalojen kuvaamiseen nopeasti ja toistuvasti. Kyseessä on kolmipeilinen järjestelmä, jonka suunnittelussa on käytetty innovatiivista kaksoiskoveraa yhdistelmäpeiliä: pääpeili (M1) ja tertiääripeili (M3) on valettu ja hiottu samalle lasimonoliitille, mikä tekee rakenteesta sekä jäykän että optisesti tehokkaan.

Teleskoopin kolmas, keskimmäinen peili (M2) täydentää järjestelmän, joka mahdollistaa f/1,2 optisen aukon, joka on poikkeuksellisen nopean arvo ja se mahdollistaa lyhyet valotusajat. Teleskooppi pystyy muuttamaan suuntaansa ja tarkentamaan uuteen kohteeseen alle 5 sekunnissa, mikä tekee siitä ihanteellisen nopeasti muuttuvien ilmiöiden, kuten supernovien tai asteroidien, seuraamiseen.

Tieteelliset tavoitteet – universumin dynamiikan mittaamista

Rubin-observatorion tuottamaa dataa tullaan hyödyntämään useilla tieteenaloilla. Projektin keskeisiä tavoitteita ovat muun muassa:

• Pimeän aineen ja pimeän energian tutkimus, mm. galaksien muodonmuutosten ja heikon gravitaatiolinssin avulla.
• Aurinkokunnan pienkappaleiden kartoitus, erityisesti niin sanottujen "läheltä ohittavien" asteroidien ja kenties uusien komeettojen havaitseminen.
• Muuttuvien ja räjähtävien kohteiden havainto-ohjelma, joka kattaa supernovat, mikrolinssitapahtumat ja mahdollisesti jopa gravitaatioaaltojen optiset vastineet.
• Galaksien ja galaksijoukkojen muodostumisen ja kehityksen seuranta eri kosmologisilla etäisyyksillä.

Lisäksi LSST:n laaja-aikainen kuva-arkisto tarjoaa ainutlaatuisen alustan koneoppimisen ja automaattisten havaintoputkien kehittämiseen. Observatorio tuottaa n. 10 miljoonaa havaittua muuttuvaa kohdetta yössä, mikä vaatii täysin uudenlaista tiedonkäsittelyä.

Avoin tiede ja globaali yhteistyö

Rubin-observatorio noudattaa avoimen tieteen periaatteita. Sen keräämä data tulee olemaan tutkijoiden ja kansalaistieteilijöiden saatavilla maailmanlaajuisesti lähes reaaliajassa. Tämä tarjoaa vertaansa vailla olevan alustan uusien ilmiöiden havaitsemiseen ja seuraamiseen.

Observatoriota hallinnoivat NSF (National Science Foundation) ja DOE (Department of Energy) yhteistyössä SLAC National Accelerator Laboratoryn ja NOIRLabin kanssa. Hankkeen budjetti on noin 700 miljoonaa dollaria, ja sen rahoitukseen on osallistunut myös lukuisia kansainvälisiä instituutioita ja yliopistoja.

Kuvat sisältävät myös arkaluonteista dataa

Suurten taivaskartoitusten, kuten Vera C. Rubin -observatorion LSST:n reaaliaikainen datanjulkaisu voi sisältää väärinkäytettävää tai turvallisuussyistä rajoitettavaa tietoa. Siksi järjestelmään on rakennettu useita mekanismeja näiden kohteiden tunnistamiseksi ja suojaamiseksi ennen datan vapauttamista.

Kuviin saattaa tallentua tietoa monista sellaisista kohteista, joista liian aikainen tieto julkisuudessa voi olla vahingollista tai haitallista. Tällaisia kohteita voivat olla esimerkiksi Maata lähestyvät asteroidit (NEO, PHA), joiden ensimmäisen vuorokauden tieto radoista voi olla aluksi epätarkkaa, ja siten luoda väärää käsitystä esimerkiksi törmäyksen todennäköisyydestä. Tällaisesta on esimerkkejä tapauksista aivan viime vuosilta.

Maata kiertää lukuisia tiedustelusatelliitteja, joiden ratojen parametrejä ei haluta jakaa julkisesti. Tästä syystä tiedot näistä on salattuja tapauskohtaisesti lyhyemmän tai pidemmän ajan verran.

Joissakin tapauksissa esimerkiksi supernovan kirkastumisen alkuvaiheet on ihmisten tarkistettava, jotta vältyttäisiin väärältä tulkinnalta ja siten myös teleskooppien varaaminen olemattoman tapahtuman seuraamiseen. Väärä hälytys voisi johtaa jonkin tärkeän havaintoprojektin keskeytymiseen tai muuttumisen täysin tieteellisesti arvottomaksi.

Vera C. Rubin -observatorion lähtökohtana on täysin avoin tiedejulkaisu, mutta turvallisuutta, tieteellistä vastuullisuutta ja strategisia näkökohtia varten käytössä on kehittynyt automaattinen ja ihmistyöhön perustuva yhdistetty suojamekanismi, jonka avulla varmistetaan julkaistavien tietojen korkeatasoinen laatu.

Ensivalo lähestyy

Rubin-observatorion "ensivalo" eli ensimmäinen virallinen tähtitaivaan kuva julkaistaan kesäkuun 23. päivänä. Ensivalon kuvia otettaessa teleskooppi, kamera ja datankäsittelyjärjestelmät testataan yhdessä ensi kertaa täydellä kapasiteetilla. Testikuvia on jo otettu kameramoduuleilla erikseen, ja ne ovat osoittaneet järjestelmän olevan erinomaisessa kunnossa.

Kun havainnointiohjelma pääsee käyntiin, Rubin-observatorio tulee olemaan tähtitieteen kentällä paitsi työkalu, myös käännekohta. Se siirtää tutkimuksen painopisteen yksittäisten kohteiden tarkastelusta kohti dynaamista, ajallisesti seuraavaa kokonaisuuden tarkastelua – maailmankaikkeuden dynaamista karttaa, joka päivittyy joka yö.

 

 

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.

GMT:n lopulliset suunnitelmat valmistuivat

Giant Magellan Telescope (lyhennettynä GMT) ja sitä suunnitteleva espanjalainen IDOM -yritys ovat ilmoittaneet teleskoopin suojarakennuksen lopullisten suunnitelmien valmistumisesta. Rakennuksesta tulee 65 m korkea ja sitä voidaan pyöräyttää ympäri noin kolmessa minuutissa. Massaa rakennuksella on noin 5 000 tonnia. Rakennus on myös suunniteltu kestämään ja suojaamaan teleskooppia voimakkaimmiltakin maanjäristyksiltä suunnitellun yli 50 vuoden ajan. Heikompien järistysten jälkeen kaukoputki on otettavissa käyttöön mahdollisimman lyhyen ajan kuluttua.

Havainnekuva valmiista GMT-teleskoopista ja sen suojarakennuksesta. Kuva Wikimedia Commons/Giant Magellan Telescope – GMTO Corporation.

 

GMT:ta tulee yksi suurimmista maanpinnalle sijoitettavista teleskoopeista. Se sijoitetaan Chilen Atacaman autiomaassa olevalle Las Campanasin observatorion alueelle. Teleskoopin varsinainen käyttöönotto on suunniteltu varhaiselle 2030-luvulle, vaikkakin ”ensimmäiset valot” saataneen vuoden 2029 aikana.

Kun se valmistuu, GMT:sta tulee suurin koskaan rakennettu Gregorian-tyyppinen teleskooppi, joka havaitaan optisella ja keski-infrapuna -alueella (320 – 25 000 nm). Teleskooppi käyttää seitsemää suurta monoliittipeiliä muodostaakseen valonkeräysalan, joka on 368 neliömetriä. Sen erotuskyky on odotettavissa olevan 10 kertaa parempi kuin Hubble-avaruusteleskoopilla ja neljä kertaa parempi kuin James Webb -avaruusteleskoopilla, vaikka se ei pysty kuvaamaan samalla infrapuna-alueella kuin avaruusteleskoopit.

Tutkijat tulevat käyttämään Giant Magellania havaintoihin lähes kaikilla tähtitieteen osa-alueilla – aina kaukaisten eksoplaneettojen elämän merkkien etsimisestä kemiallisten alkuaineiden kosmisen alkuperän tutkimiseen.

Teleskoopin ensimmäiset seitsemän pääpeiliä valettiin vuonna 2005, ja paikan päällä rakennustyöt alkoivat vuonna 2015. Tällä hetkellä kaikki seitsemän pääpeiliä on valettu, ja adaptiivisen optiikan ensimmäiset seitsemän mukautuvaa toisiopeiliä ovat työn alla. Muita teleskoopin alijärjestelmiä suunnitellaan ja rakennetaan parhaillaan.

Tämä noin 2 miljardin dollarin teleskooppi on GMTO Corporationin työ, joka on kansainvälinen konsortio tutkimuslaitoksia, jotka edustavat seitsemää maata: Australiaa, Brasiliaa, Chileä, Israelia, Etelä-Koreaa, Taiwania ja Yhdysvaltoja.

Teleskooppi rakennetaan Las Campanasin observatorioon, jossa on myös Magellan-teleskooppi (Ø 6,5 m). Se sijaitsee noin 115 km La Serenasta pohjoiskoilliseen ja 180 km Copiapósta etelään, 2 516 metrin korkeudessa. Paikka on valittu teleskoopin sijainniksi sen erinomaisen tähtitieteellisen selkeän sään ansiosta suurimman osan vuodesta. Lisäksi ympäröivän Atacaman autiomaan alueen yötaivas on vähiten valosaasteinen, mikä tekee siitä yhden parhaista paikoista maanpinnalla pitkäaikaiseen tähtitieteelliseen havainnointiin.

 

Giant Magellan Teleskoopin ominaisuuksia:

Adaptiivinen optiikka: GMT:ssä on adaptiivinen optiikka, joka korjaa ilmakehän aiheuttamia häiriöitä reaaliajassa. Tämä mahdollistaa tarkemmat havainnot ja parantaa resoluutiota.

Suuri peilipinta-ala: Seitsemän pääpeilin yhdistelmä luo yhteensä 368 neliömetrin valonkeräysalan. Tämä suuri peilipinta-ala mahdollistaa tehokkaan valonkeruun ja tarkat havainnot.

Monipuoliset havainnot: GMT pystyy havaitsemaan monenlaisia tähtitieteen kohteita, kuten eksoplaneettoja, galakseja, tähtiä ja mustia aukkoja.

Sijainti: Las Campanasin observatorio sijaitsee korkealla Andien vuoristossa, mikä vähentää ilmakehän häiriöitä ja parantaa havaintojen laatua.

Kansainvälinen yhteistyö: GMT on kansainvälinen projekti, joka yhdistää seitsemän maata. Tämä monipuolinen yhteistyö mahdollistaa laajan asiantuntemuksen ja resurssien jakamisen.

Nämä ominaisuudet tekevät GMT:stä huippuluokan teleskoopin, joka auttaa meitä ymmärtämään paremmin maailmankaikkeutta.

 

GMT numeroina:

Optinen järjestelmä	Gregoriaaninen
Mittakaava kuvatasossa	0,997 kaarisekuntia/mm
Aallonpituusalue	0,32 – 25 mm
Kuvakenttä	Ø 20 kaariminuuttia
Pääpeilin halkaisija ja pinta-ala	25,4 m, 368 m²
Pääpeilin valovoima	f/0,71
Teleskoopin valovoima	f/8,16 [8.34]
Erotuskyky (difr. raja)	0,01 kaarisekunti 1 mm aallonpituudella.

Tällä hetkellä on suunnitteilla tai rakenteilla monta muuta isoa teleskooppia, jotka valmistuttuaan tulevat varmasti muuttamaan tähtitieteellistä tukimusta ja ennen kaikkea ne tuotavat tutkijoiden käyttöön sellaista dataa, jota ei ole mahdollista saada pienemmillä kaukoputkilla.

 

Suurien teleskooppien numeraalinen vertailu:

Nimi	Pääpeilin halkaisija (m)	pinta-ala (m2)	Ensivalot
Extremely Large Telescope (ELT)	39,3	978	2028
Thirty Meter Telescope (TMT)	30	655	?
Giant Magellan Telescope (GMT)	25,4	368	2029
Southern African Large Telescope (SALT)	11,1 × 9,8	79	2005

 

 

JWSTn laukaisun päivämäärä siirtyi

 ESA ja NASA yhteishanke James Webb avaruuskaukoputken laukaisu on siirtynyt joulukuun 18. päivään. Kumpikaan avaruusjärjestö ei tiedotteessaan kerro sitä, mikä siirron perimmäinen syy on. Niitä varmasti on monia eikä koronapandemia ole niistä vähäisin. Teleskooppi on valmiina siirrettäväksi Kaliforniasta laukaisukeskukseen Kourouhun Ranskan Guianassa, jossa myös Ariane 5 ECA -kantoraketin osat odottavat lopullista kokoonpanoa.

TMT-teleskoopille takaisku

Hankekuva tulevasta TMT-teleksoopista.

Kuva TMT International Observatory.

Havaijin korkeus oikeus on antanut päätöksen, jonka mukaan valtio on menetellyt virheellisesti antaessaan rakennusluvan kolmenkymmenen metrin teleskoopille Maunakealla. Rakennuslupa oli annettu vuonna 2011 ennen kuin hanketta vastustanee alkuperäiskansan edustajia oli kuultu. Korkein oikeus edellyttää, että kuuleminen pidetään ennen uuden rakennusluvan hakemista.

Havaijin alkuperäiskansat ovat vastustaneet hanketta, sillä heidän mielestään Maunakea on pyhää maata. Protestoidessaan rakennushanketta vastaan alkuperäiskansojen aktivistit ovat sulkenee vuorelle vievän tien viime huhtikuussa.

Kolmekymmenmetrinen teleskooppi (TMT) on Havaijin yliopiston johtama kansainvälinen hanke rakentaa noin miljardin dollarin arvoinen ja halkaisijaltaan 30 metrinen teleskooppi Maunakealle.  Teleskoopin aukkosuhde tulee olemaan f1 ja pääpeili koostuu 495 halkaisijaltaan 1,45 metrin mosaiikkipeileistä. Kaukoputken kuvakentän laajuus tulee olemaan 20 kaariminuuttia. Teleskoopin ensivalojen suunniteltiin olevan vuonna 2018, mutta korkeimman oikeuden päätös parmasti lykkää teleskoopin valmistumista ehkä vuosilla.