Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

W Andach chilijskich na pustyni Atacama, na szczycie Cerro Paranal, przeszło dwa kilometry nad poziomem morza, gdzie deszcz pada raz na dwa lata, Ziemi strzeże największe oko świata - VLT (Very Large Telescope), czyli Bardzo Duży Teleskop.

Wybudowania astronomicznego eldorado podjęło się Europejskie Obserwatorium Południowe (European Southern Observatory, ESO). Wiązało się to z kilkuletnim okresem przygotowań, a następnie mozolną budową poszczególnych modułów tej astronomicznej stacji. Koszt budowy teleskopu oszacowano na 500 milionów dolarów. Dotychczasowe teleskopy były zazwyczaj odrębnymi autonomicznymi jednostkami. Ale twórcy VLT zdecydowali się na nowatorski pomysł: teleskop nie tylko miał się składać z czterech zwierciadeł, ale miały być one umieszczone w oddzielnych budynkach i być połączone światłowodami. Każdy taki moduł miał zostać wyposażony w teleskop o średnicy 8,2 metra.

Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

Wszystko zostało zaplanowane w taki sposób po to, żeby VLT mógł "przechwycić" jak najwięcej światła, a przez to uzyskać obraz z bardzo odległych, czyli mniej jasnych gwiazd. Gdy teleskopy zostaną dodatkowo sprzężone ze sobą w układ interferencyjny, zdolność rozdzielcza takiego instrumentu będzie odpowiadała zwierciadłu o średnicy 200 m, co oznacza możliwość dostrzeżenia astronauty spacerującego po powierzchni Księżyca.

Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

Wykonanie

Jednym z najtrudniejszych zadań, przed jakim stanęli pomysłodawcy był sposób wykonania tak dużych zwierciadeł, a następnie przetransportowanie ich na górę Cerro Paranal. Pierwsze 8,2-metrowe lustro z najszlachetniejszego szkła ceramicznego, niewrażliwego na zmiany temperatury, wytopiono w Moguncji. Po schłodzeniu przewieziono je do Saint Pierre du Perray (Francja), gdzie było szlifowane.

Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

W efekcie tych zabiegów powstało zwierciadło o masie 23 tony i grubości 175 mm.

Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

O skali problemów technologicznych, jakie musieli pokonać inżynierowie i specjaliści wykonujący to zadanie świadczy to, że te dwa etapy zajęły prawie rok. Gotowe lustro przewieziono do chilijskiego portu Antofagasa, a stąd ciężarówką z prędkością nie przekraczającą 5 km/godz. (żeby uniknąć odkształceń) dostarczono je na szczyt Cerro Paranal.

Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

Równocześnie trwała budowa całej infrastruktury specjalnych pomieszczeń, przeznaczonych do umieszczenia zwierciadeł.

Pierwsze lustro, zwane Antu, zamontowano w maju 1998 roku, rok później w marcu umieszczono drugie - Kueyen, w lutym 2000 r. trzecie - Melipal, a we wrześniu 2000 r. ostatnie - Yepun. Łączna powierzchnia zwierciadła czterech modułów VLT przekracza 210 m2 i mogą one zbierać taką ilość światła, jaką zbiera jedno samodzielne zwierciadło o średnicy nieco przekraczającej 16 m. Dotychczas największy teleskop miał ok. 10 metrów średnicy.

Więcej mocy

W drugiej połowie 2001 roku dodano jeszcze kilka tzw. pomocniczych teleskopów, które zwiększyły czułość, a dokładniej - kątową rozdzielczość wielkich zwierciadeł, co pozwoliło uzyskać ostrzejszy, o większej ilości szczegółów obraz. Równocześnie zainstalowano interferometr, a w zasadzie cały system VLTI (Very Large Telescope Interferometr) - przyrząd, którego działanie opiera się na zjawisku interferencji fal. Chociaż w astronomii wykorzystywane są głównie interferometry radiowe, stosowane do określenia kierunku, z którego dochodzi promieniowanie, to w tym przypadku zastosowano różne odmiany interferometrów, m.in. optyczne - wykorzystywane do pomiaru długości fali świetlnej czy pomiarów kątowych gwiazd.

Do prawidłowego działania VLTI wykorzystuje kilka zwierciadeł pomocniczych (o średnicy ok. 1,1 metra każde) i liczne podzespoły umieszczone w 30 różnych stacjach roboczych, a całość jest sterowana komputerowo z tzw. Interferometric Laboratory (Laboratorium Interferometrycznego). Do tego też miejsca trafiają zebrane - surowe - dane z kosmosu, które są następnie analizowane i przetwarzane przez różnego typu programy, np. dokonujące analizy spektroskopowej czy generowania zdjęć bardzo wysokiej rozdzielczości. Dzięki temu VLT uzyskał moc, a co za tym idzie - dokładność i zasięg niespotykany we wcześniej konstruowanych teleskopach.

Końcowe dzieło

W efekcie powstało niezwykle precyzyjne i czułe urządzenie, mieszczące się w kilku oddzielnych budynkach i składające się z dużej liczby podzespołów, kontrolowanych i sterowanych niezależnie od siebie, za pomocą wysoko specjalistycznych aplikacji komputerowych. Najważniejszą częścią teleskopu VLT są tzw. VLT Unit Teleskopes, czyli wspomniane moduły, zawierające gigantyczne zwierciadła, mieszczące się w oddzielnych budynkach, połączonych światłowodami.

Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

Ponieważ każdy z nich stanowi oddzielny teleskop, mogący pracować tak w zespole, jak i samodzielnie, dlatego nazwano je "teleskopami jednostkowymi". Teleskop taki zbudowany jest z mechanicznej konstrukcji podtrzymującej cienkie optyczne zwierciadła, które pozostają pod kontrolą dedykowanych tylko im komputerów. Dzięki zainstalowanemu w nich oprogramowaniu można sterować zaawansowanym systemem optycznym, składającym się z czterech zwierciadeł głównych 8,2-metrowych i wielu luster dodatkowych (wtórnych) o średnicy 1,1 metra każde. System wyposażono także w dodatkowy tzw. adaptacyjny układ optyczny (NAOS - Nasmyth Adaptive Optics System), który ma specjalny układ korekcyjny i zestaw laserów naprowadzających, wspomagający obserwację nieba w podczerwieni.


System kontroli

Operowanie tak gigantyczną konstrukcją wymagało zastosowania wysokiej klasy komputerów i odpowiednio przygotowanego oprogramowania. Żeby zagwarantować sprawny przepływ danych i płynne prowadzenie badań naukowych, opracowano szereg standardów, instrukcji i schematów, które należało uwzględnić w Systemie Kontroli Teleskopu (VLT Control System). Obecnie system operacyjny VLT pracuje w dwóch zasadniczych trybach: "gościa" (visitor) i "usługi" (service). W pierwszym trybie - "gościa" (visitor) - uwzględniono fakt, że na sprzęcie tym będą pracować zarówno astronomowie zatrudnieni na stałe na stacji, jak też odwiedzający stację astronomowie z całego świata. Dlatego zastosowano tryby: Visitor Observing - dla stałych pracowników i Visiting Astronomers (VAs) - dla gości. Podobnie, jak przy nadawaniu uprawnień przez administratora serwera, tu również tryby pracy różnią się zakresem uprawnień dla obu grup, z których ci pierwsi mają znacznie większe możliwości. Celem takiego działania jest ochrona danych i drogiego sprzętu.

Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

Tryb Service Observing, wykorzystujący profesjonalne naukowe oprogramowanie, umożliwia prowadzenie badań bez bieżącego udziału astronomów. Komputery dostają zadanie i muszą je zrealizować. W centrum operacyjnym ustawiana jest np. kolejność obserwacji poszczególnych obiektów w kosmosie, a programy samodzielnie dobierając wszelkie parametry (ogniskowa, moc, kierunek itd.) wykonują zadanie z maksymalnie najlepszą jakością. Dzięki połączeniu stacji badawczej z innymi ośrodkami badawczymi za pośrednictwem połączenia satelitarnego zdobyte dane mogą być natychmiast przekazane. Wszystkie wyniki obserwacji są też automatycznie archiwizowane za pomocą Online Archive System (OLAS).

Ponadto każde urządzenie pracujące w tej swoiście lokalnej sieci, jaką jest układ teleskopów wraz z przylegającą infrastrukturą, jest wyposażone w system kontroli jakości (Quality Control System). Jest to zestaw aplikacji, które pozwalają na automatyczną kontrolę, analizę, kalibrację i testowanie przyrządów. Sprawia to, że uzyskiwany obraz jest zawsze bardzo dokładny. Kontrola całego układu przez system nadzorujący jest możliwa dzięki wyposażeniu każdego z przyrządów w niepowtarzalny PIN. Zarówno raporty o poprawnym funkcjonowaniu, jak też wszelkie wykryte i naprawione usterki są online rejestrowane w specjalnej - technicznej - bazie danych.

Wszelkie zdobywane dane są umieszczane w archiwach, które są ogromnymi katalogami zawierającymi wysokiej jakości zdjęcia, dane techniczne i naukowe. Jak dotąd zgromadzono już ponad 100 terabajtów danych. Dzięki komunikacji online zebrane informacje mogą być szybko udostępniane naukowcom z całego świata. Połączenie mocy gigantycznego teleskopu z wiedzą i geniuszem uczonych powinno niebawem dać niespotykane rezultaty.

Wybór lokalizacji VLT

Szczyt Cerro Paranal na pustyni Atacama w chilijskich górach jest ponurym pustkowiem. Ale właśnie to miejsce wybrano ze względu na czyste i suche powietrze oraz panujące tam warunki pogodowe. Na pustyni Atacama jest 300 pogodnych nocy w roku. Dla porównania, największe w Polsce obserwatorium w Piwnicach pod Toruniem może liczyć zaledwie na 30 pogodnych nocy rocznie. W dodatku w promieniu dziesiątków kilometrów od góry Cerro Paranal nie ma żadnych osiedli ludzkich, co oznacza, że noce są tam naturalnie czarne.

Very Large Telescope (VLT) - Wielkie oczy Ziemi

Wszystkie te czynniki spowodowały, że wielu wybitnych astronomów uznało tę 2635-metrową górę za wymarzone miejsce do obserwacji najodleglejszych zakątków wszechświata.

Odsłony: 7551