Das riesige 25-Meter-Riesenmagellan-Teleskop (GMT) wird nicht nur eine neue Ära der terrestrischen Astronomie einleiten, sondern auch die ersten, modernsten Bilder des Universums erhalten, auf denen die Sterne ohne Beugungsstrahlen genau so aussehen, wie sie sindWenn wir die größten Bilder des Universums betrachten, schalten sich unser Gedächtnis und unsere Vorstellungskraft ein. Wir können die Planeten des Sonnensystems mit erstaunlichen Details sehen, Galaxien, die Millionen oder sogar Milliarden von Lichtjahren von uns entfernt sind, Nebel, in denen neue Sterne geboren werden, und Sternreste, die einen unheimlichen, fatalistischen Blick auf unsere kosmische Vergangenheit und Zukunft unseres Sonnensystems werfen. Die häufigsten Objekte auf diesen Fotografien sind jedoch Sterne, die überall und in alle Richtungen verfügbar sind, egal wo wir hinschauen, sowohl in unserer Milchstraße als auch darüber hinaus. Und auf allen Bildern, von bodengestützten Teleskopen bis hin zu Hubble, sind Sterne fast immer sichtbare Strahlen: Dies ist ein Artefakt des Bildes, das dem Design von Teleskopen innewohnt. Wir bereiten uns auf die nächste Generation von Teleskopen vor, darunter das 25-Meter-
Riesenmagellan-Teleskop (GMT): Es wird nicht nur diese
Beugungsstrahlen haben .
Hicksons kompakte 31-Gruppe , die von Hubble aufgenommen wurde, ist eine wunderschöne „Konstellation“ von Galaxien, aber mehrere Sterne aus unserer eigenen Galaxie, die durch Beugungsstrahlen hervorgehoben werden, treten in den Vordergrund. Diese Strahlen treten nicht nur bei Verwendung von GMT auf.Das Teleskop kann auf viele Arten hergestellt werden; Im Prinzip ist es nur notwendig, das Licht des Universums auf einer Ebene zu sammeln und zu fokussieren. Frühe Teleskope wurden nach dem Typ der
Refraktoren gebaut , wenn das einfallende Licht durch eine große Linse fällt und sich auf einen Punkt konzentriert, von dem es zum Auge, zu einer Fotoplatte oder (moderner) zu einer digitalen Matrix umgeleitet werden kann. Die Fähigkeiten von Refraktoren sind jedoch grundlegend durch die physikalische Größe der Linse mit der gewünschten Qualität begrenzt. Solche Teleskope haben einen Durchmesser von nicht mehr als einem Meter. Da die Bildqualität durch den Durchmesser der Apertur sowohl in der Auflösung als auch im Aperturverhältnis bestimmt wird, sind Refraktoren vor mehr als 100 Jahren aus der Mode gekommen.
Reflektierende Teleskope haben seit langem Refraktoren ersetzt, und die Größe des für die Herstellung verfügbaren Spiegels ist erheblich größer als die für ein Objektiv ähnlicher QualitätEin anderes Schema - ein
Teleskopreflektor - kann jedoch viel leistungsfähiger sein. Ein Spiegel mit einer gut reflektierenden Oberfläche einer geeigneten Form kann das einfallende Licht an einem Punkt fokussieren, und die Größe des Spiegels, der gegossen und poliert werden kann, ist sehr viel größer als die Größe der maximalen Linse. Die größten Einzelspiegel-Teleskopreflektoren können einen Durchmesser von bis zu 8 Metern erreichen, und die Segmentierung der Spiegel kann noch größere Größen erreichen. Derzeit ist das
Kanarische Teleskop mit einem Durchmesser von 10,4 m das größte der Welt. In den nächsten zehn Jahren werden jedoch zwei (und möglicherweise drei) Teleskope diesen Rekord brechen: das 25-Meter-GMT und das 39-Meter-
europäische extrem große Teleskop ELT.
Die vergleichbare Größe von Spiegeln verschiedener vorhandener und projizierter Teleskope. Wenn das GMT auf den Markt kommt, wird es das größte der Welt sein, das erste optische Teleskop mit einem Durchmesser von 25 m in der Geschichte, aber dann wird es von ELT in den Schatten gestellt. Aber alle diese Teleskope haben Spiegel und sie sind alle Reflektoren.Beide Teleskope sind Mehrsegmentreflektoren und sollten uns beispiellose Bilder des Universums liefern. ELT wird in Durchmesser und Anzahl der Segmente sowie in den Kosten größer sein und muss einige Jahre nach der Gasturbine fertiggestellt werden. CGM hat einen kleineren Durchmesser und eine geringere Anzahl von Segmenten (obwohl die Segmente selbst größer sind), ist billiger und wird schneller fertiggestellt. Die Bauphasen sind wie folgt:
- Das Graben einer Grube begann im Februar 2018,
- Betonbucht - 2019,
- Bau eines Gebäudes, das vollständig vor dem Wetter schützt - 2021,
- Teleskopauslieferung - 2022,
- Installation der Hauptspiegel - Anfang 2023,
- das erste Licht - das Ende von 2023,
- die erste wissenschaftliche Forschung - 2024,
- die geplante Fertigstellung des Baus - 2025.
Ziemlich bald! Aber selbst bei einem so ehrgeizigen Zeitplan hat das HMT einen enormen optischen Vorteil, und zwar nicht nur gegenüber dem ELT, sondern im Allgemeinen gegenüber allen Reflektoren: Die von ihm aufgenommenen Sterne haben keine Beugungsstrahlen.
Es wird angenommen, dass ein Stern, der den Blasennebel zur Seite beschleunigt, 40-mal so massereich sein kann wie die Sonne. Achten Sie darauf, wie Beugungsstrahlen die Beobachtung weniger heller Strukturen in der Nähe stören.Die Strahlen, die Sie gewohnt sind, auf Bildern von Observatorien wie dem Hubble-Teleskop zu sehen, erscheinen nicht aufgrund des Hauptspiegels, sondern aufgrund der Notwendigkeit aufeinanderfolgender Reflexionen, die das Licht auf das endgültige Ziel fokussieren. Dazu müssen Sie den Sekundärspiegel irgendwie platzieren und fixieren und den Lichtstrom neu fokussieren. Es gibt keine Möglichkeit, das Vorhandensein von Stützstrukturen zu vermeiden, die den Sekundärspiegel halten, und sie befinden sich auf dem Weg des Lichts. Die Anzahl und Position der Träger bestimmt die Anzahl der Strahlen - vier für Hubble, sechs für James Webb - und ist auf allen Fotos zu sehen.
Vergleich der Beugungsstrahlen für verschiedene Positionen von Racks im Reflektor. Der innere Kreis ist der sekundäre Spiegel, der äußere ist der primäre; unten zeigt die endgültige Konfiguration der Strahlen.Alle Bodenreflektoren haben solche Beugungsstrahlen; ELT wird sie haben. Die Lücken zwischen den 798. sechseckigen Spiegeln erhöhen die Leistung der Strahlen, obwohl ihre Fläche nicht mehr als 1% der Gesamtfläche des Spiegels beträgt. Jedes Mal, wenn wir ein schwaches Objekt fotografieren, das sich erfolglos in der Nähe von etwas Hellem befindet - zum Beispiel einem Stern -, kommen diese Beugungsstrahlen aus uns heraus. Selbst bei Verwendung von Schichtaufnahmen, bei denen zwei nahezu identische Fotos mit einer leichten Verschiebung aufgenommen und eine von der anderen subtrahiert wird, ist es nicht möglich, diese Strahlen vollständig zu entfernen.
Das ELT mit einem Hauptspiegel von 39 Metern Durchmesser wird das größte Auge der Welt sein, das am Himmel fixiert ist, wenn es zu Beginn des nächsten Jahrzehnts seine Arbeit aufnimmt. Dies ist ein detailliertes vorläufiges Diagramm mit der Anatomie des gesamten Observatoriums [anklickbar]Das HMT mit sieben riesigen Acht-Meter-Spiegeln mit einem zentralen und sechs symmetrisch angeordneten Spiegeln ist jedoch hervorragend darauf ausgelegt, diese Beugungsstrahlen zu eliminieren. Sechs Außenspiegel sind so positioniert, dass sich schmale Schlitze vom Rand des Lichtsammelbereichs zum Mittelspiegel erstrecken. Der Sekundärspiegel wird von dünnen „Spinnenbeinen“ der Gestelle getragen, aber jedes von ihnen befindet sich genau über diesen Schlitzen. Da die Pfosten das von den Außenspiegeln verwendete Licht nicht blockieren, enthält das Bild keine Strahlen.
Die 25 Meter hohe Gasturbine befindet sich im Bau und wird das größte bodengestützte Observatorium der Erde. Die Pfosten, die den Sekundärspiegel halten, sind so konstruiert, dass sie genau zwischen die Spiegel passen.Stattdessen wird in diesem einzigartigen Muster - in dem es Lücken zwischen den Spiegeln gibt und die Gestelle den zentralen Spiegel schneiden - eine neue Reihe von Artefakten beobachtet: eine Reihe von Kreisen, die um kreisförmige Objekte (
Airy-Scheiben ) erscheinen, die jeden Stern umgeben. Diese Kreise sehen wie leere Punkte im Bild aus und erscheinen aufgrund des Layouts des Teleskops überall. Sie sind jedoch von sehr geringer Intensität und treten für kurze Zeit auf. Diese Kreise füllen sich mit dem Bild, wenn sich Himmel und Teleskop nachts drehen und während einer langen Belichtung Licht ansammeln. Nach 15 Minuten, der Mindestzeit, um ein anständiges Foto zu erhalten, verschwinden diese Kreise vollständig.
Der Kern des Omega Centauri- Kugelsternhaufens ist eines der am dichtesten besiedelten Gebiete mit alten Sternen. HMT wird in der Lage sein, mehr Sterne als je zuvor und ohne Beugungsstrahlen zu unterscheiden.Als Ergebnis erhalten wir das erste Weltklasse-Teleskop, das Sterne so sehen kann, wie sie sind - ohne Beugungsstrahlen! In seinem Schema wird es kleine Kompromisse geben, von denen der größte in einem kleinen Öffnungsverlust bestehen wird. Der physikalische Durchmesser der Gasturbine beträgt 25,4 m, der Lichtsammelbereich hat jedoch einen Durchmesser von „nur“ 22,5 m. Ein geringer Verlust an Auflösung und Apertur wird jedoch die Fähigkeiten dieses Teleskops mehr als ausgleichen, die es von allen anderen unterscheiden.
Einige der entferntesten Galaxien im beobachtbaren Universum, gesehen durch das Hubble Ultra Deep Field-Projekt. GMT wird in der Lage sein, alle diese Galaxien mit einer zehnmal besseren Auflösung als Hubble zu fotografieren.Die Auflösung beträgt je nach Wellenlänge 6 bis 10 Millisekunden - sie ist 10-mal besser als der Hubble und 100-mal empfindlicher als der Hubble. Er wird in der Lage sein, entfernte Galaxien in Entfernungen von zehn Milliarden Lichtjahren zu untersuchen, und wir werden in der Lage sein, ihre Rotationskurven zu erstellen, nach Anzeichen von Fusion zu suchen, die von ihnen fließende Materie zu messen, die Bereiche der Sternentstehung und Anzeichen von Ionisation zu untersuchen. Wir können Exoplaneten vom Erdtyp, einschließlich
Proxima Centaurus b , direkt sehen, die sich in einer Entfernung von 30 Lichtjahren von uns befinden. Planeten wie Jupiter werden in Entfernungen von bis zu 300 Lichtjahren sichtbar sein. Wir werden auch die Parameter der intergalaktischen Umgebung und den Prozentsatz chemischer Elemente messen, wo immer wir hinschauen. Wir können auch die frühesten supermassiven Schwarzen Löcher erkennen.
Je weiter ein Quasar oder ein supermassereiches Schwarzes Loch von uns entfernt ist, desto leistungsfähiger ist das Teleskop (und die Kamera), um es zu erkennen. Der Vorteil von HMT besteht in der Fähigkeit, solche ultra-entfernten Objekte nach ihrer Detektion spektroskopisch zu untersuchen.Und wir werden in der Lage sein, direkte spektroskopische Messungen einzelner Sterne in dicht besiedelten Clustern und Umgebungen durchzuführen, die strukturellen Details benachbarter Galaxien zu untersuchen und Systeme von zwei, drei und mehreren Sternen im Detail zu beobachten. Dies schließt sogar Sterne im Zentrum der Galaxie ein, die 25.000 Lichtjahre von uns entfernt sind. Und das alles natürlich ohne Beugungsstrahlen.
Das Bild zeigt eine Verbesserung der Auflösung des Bildes des Zentrums der Galaxie mit einer Winkelgröße von 5 Bogensekunden - von Keck-Teleskopen mit adaptiver Optik bis zu zukünftigen Teleskopen wie HMT. Und nur auf HMT haben Sterne keine Beugungsstrahlen.Im Vergleich zu dem, was wir heute in den besten Observatorien der Welt sehen können, wird die nächste Generation bodengestützter Teleskope uns eine Galaxie neuer Grenzen eröffnen und die Deckung des Geheimnisses aus einem beispiellosen Universum aufbrechen. Neben Planeten, Sternen, Gas, Plasma, Schwarzen Löchern, Galaxien und Nebeln werden wir bisher nicht sichtbare Objekte und Phänomene betrachten. Und bis wir sie uns ansehen, werden wir nicht genau wissen, welche Wunder das Universum für uns vorbereitet hat. Dank des gerissenen und innovativen GMT-Projekts öffnen sich uns plötzlich die Objekte, die wir aufgrund der Beugungsstrahlen heller Sterne in der Nähe verpasst haben. Wir müssen ein ganz neues Universum beobachten, und dieses einzigartige Teleskop wird uns zeigen, was bisher niemand sehen kann.