Tiedote
Peilin osista laser-tähtiin: ELT:n adaptiivisen optiikan tärkeät virstanpylväät on saavutettu
6. lokakuuta 2021
ESO:n tulevan Erittäin suuren teleskoopin (ELT) M4-peili on suurin koskaan rakennettu muotoaan muuttava peili. Se on saavuttanut kehityksessään tärkeän virstanpylvään, nyt kun kaikki kuusi peilin muodostavaa terälehden muotoista peilisegmenttiä ovat nyt valmistuneet.
M4 on teleskoopin valonkulussa neljäs peili, joka voi muuttaa muotoaan nopeasti ja hyvin tarkasti. Se on keskeinen osa ELT:n adaptiivisen optiikan järjestelmää. Ilmakehä vääristää kaukaisista avaruuden kohteista tulevaa valoa, mikä aiheuttaa epätarkkoja kuvia. Näiden vääristymien korjaamiseksi ELT käyttää kehittyneitä adaptiivisen optiikan laitteistoja ja ohjelmistoja, joista osa on kehitetty erityisesti tätä kaukoputkea varten. Tähän kuuluvat tehokkaat laserit, jotka luovat keinotekoisia referenssitähtiä, kun kiinnostavan kohteen lähellä ei ole tarpeeksi kirkkaita tähtiä. Näiden keinotähtien avulla ilmakehän vääristymät voidaan mitata, joita tarkkaillaan nopeilla ja tarkoilla vääristymiä mittaavilla tunnistuskameroilla. Mittaukset välitetään sitten erittäin nopeille reaaliajassa laskeville tietokoneille, jotka laskevat tarvittavat M4:n muotokorjaukset. M4-osien valmistumisen lisäksi myös nämä järjestelmät ovat äskettäin saavuttaneet keskeisiä keheityksen virstanpylväitä.
Adaptiivisen optiikan järjestelmänsä ansiosta ESO:n ELT tulee ottamaan tarkempia kuvia kuin nykyisten ja tulevien teleskooppien avaruudessa ottamat kuvat, kuten NASA/ESA Hubble -avaruusteleskooppi ja James Webb -avaruusteleskooppi.
M4 adaptiivisen peilin viimeiset osat on toimitettu
M4 on halkaisijaltaan 2,4 metriä ja se on suurin koskaan tehty muotoaan muuttava peili. Se on yksi haastavimmista ja jännittävimmistä komponenteista, mikä tulee olemaan osa maailman suurinta näkyvän alueen ja infrapuna-alueen teleskooppia. Se koostuu kuudesta erittäin ohuesta segmentistä, joista kaksi viimeistä on nyt saatu valmiiksi.
M4:n kuusi segmenttiä on valmistettu Zerodur©-aineesta, joka on Saksassa SCHOTTin peilien valmistuksessa käyttämä lasikeraaminen materiaali. Ranskalainen Safran Reosc aloitti M4-peilien kiillotuksen vuonna 2017. Kiilloituksessa kukin 35 mm:n ohut Zerodur©-peili muutettiin alle 2 mm:n paksuiseksi joustavaksi segmentiksi. ESO-insinöörit tarkistivat kaikki peiliosat ennen kuin ne lähetettiin italialaiselle AdOptica-yhtiölle, joka sai viimeisen osan vain muutama kuukausi sitten.
Lopullisten tuotantovaiheiden aikana Adoptica on levittänyt peilin takapinnalle pinnoitteen ja asentanut sivusuuntaiset tuet, joilla peiliosat liitetään M4:n mekaaniseen rakenteeseen. Yhtiön työntekijät ovat lisäksi liimanneet peilin takapinnalle yli 5000 magneettia, jotka liittyvät M4-peilin joustavien segmenttien muodonmuutoksiiin. Niiden avulla peiliä säädetään 1000 kertaa sekunnissa 50 nanometrin tarkkuudella, joka vastaa pienempien virusten kokoluokkaa.
Safran Reosc valmistaa parhaillaan identtistä peiliosien sarjaa, jolloin osien kokonaismäärä on 12. Nämä toimivat varaosina, ja ne vaihdetaan alkuperäisten kuuden terälehden tilalle, kun ne vaativat uudelleen pinnoitusta muutaman vuoden käytön jälkeen. Siten kaukoputken havaintoaika saadaan maksimaalisesti käyttöön.
M4:n tukirungon valmistus etenee
Koska M4-peilit ovat niin ohuita ja niiden on pystyttävä muuttamaan muotoaan uskomattomalla tarkkuudella, ne vaativat erittäin vakaan tukirakenteen. Tukirungossa (reference body) peilin muotoa muutetaan ja peiliä tukevat magneetit ovat siinä kiinni. Tukirakenteen on valmistanut ranskalainen yhtiö Mersen Boostec® -piikarbidista, joka on yksi maailman jäykimmistä kevyistä materiaaleista. Belgialainen AMOS-yhtiö viimeistelee tukirakenteen. He ovat tämän prosessin loppuvaiheessa.
Tukirakenteen viimeistely lopulliseen muotoonsa on äärimmäisen haastavaa. AMOS pyrkii saamaan rakenteen tasaiseksi 5 mikronin tarkkuudella, mitä on vaikeuttanut se, että sen sen pinnassa on monta reikää, joihin M4:n aktuaattorit asennetaan.
Kun tukirakenne on valmis ja toimitettu, Adoptica voi aloittaa pitkän prosessin, jossa koko M4-yksikkö koostetaan, eli peili, sen tukirakenne ja kaikki tuki- ja liitäntäosat yhdistetään. Adoptican odotetaan tekevän ensimmäiset testit täysin valmiille M4-peilille vuoden 2022 viimeisellä neljänneksellä.
Aputähtilaser on hyväksytty
Yksi ELT:n adaptiivisen optiikan järjestelmän näkyvimmistä komponenteista on sen ”aputähtilaitteisto (laser guide star system)”, joka koostuu kuudesta laserista, jotka tuottavat keinotekoisia aputähtiä yläilmakehään. ELT:n adaptiivisen optiikan järjestelmä vaatii maapallon ilmakehän aiheuttamien vääristymien mittaamiseksi kirkkaita tähtiä tutkimuskohteen läheltä. Koska näitä tähtiä ei aina ole sopivasti saatavilla, ELT:n laserjärjestelmän avulla tähtitieteilijät voivat luoda keinotekoisia tähtiä minne tahansa taivaalle. Noin 90 kilometrin korkeudessa ilmakehässä sijaitsevia natriumatomeja voidaan virittää laserien avulla.
Saksalainen TOPTICA Projects yhtiö sai valmiiksi ensimmäisen ESO:n laserlähteen toukokuussa 2021, jonka jälkeen se toimitettiin ESO:lle, joka on nyt saanut valmiiksi hyväksymiseen vaadittavat testit.
Edistystä mittauskameroiden ja ultranopeiden tietokoneiden kehityksessä
Toinen ESO:n ELT:n adaptiivisen optiikan järjestelmän olennainen osa on niin sanotut aallonrintaman tunnistuskamerat, jotka toimivat kaukoputken ”silminä” mittaamalla aputähdistä tulevaa valoa. ESO:n ELT-järjestelmä on varustettu kolmella toisiaan täydentävällä aaltorintaman tunnistuskameralla, joista jokaisessa on erillinen kuvasensori tai -ilmaisin, joita käytetään sekä itse teleskoopissa että tieteellisissä instrumenteissa.
Näitä kameroita pidetään niin kriittisinä ELT:n adaptiivisen optiikan toiminnassa, että ESO on päättänyt tehdä suuren osan työstä sisäisesti. ESO on suunnitellut kaksi erilaista kameraa nimeltään ALICE ja LISA, kun taas kolmas kameratyyppi FREDA perustuu kaupallisesti saatavilla olevaan kameraan (C-RED One), jota ranskalainen yritys First Light Imaging valmistaa. Se muunnettu ELT:n standardeja vastaavaksi ESO:n insinöörien toimesta. Lisäksi ESO on kehittänyt yhteistyössä kansainvälisen Telodynen kanssa LISAn ilmaisimen, joka on tuotantovalmiina tämän vuoden loppuun mennessä. Kaikkien kolmen kameran suunnittelu- ja prototyyppitoiminnat pitäisi saada valmiiksi ensi vuoden aikana.
ELT:n erityiset tietokoneet, joita kutsutaan adaptiivisen optiikan reaaliaikaisiksi tietokoneiksi, käyttävät kameroista saatavaa informaatiota laskeakseen, kuinka M4:n kaltaisten peilien muotoa on muutettava, jotta maapallon ilmakehän turbulenssin aiheuttamat vääristymät sadaan korjattua. ESO:ssa kehitetty prototyyppitietokone on äskettäin osoittanut, että se voi vastaanottaa kameran antureiden lähettämää tietoa ja lähettää tietoa edelleen peilin muotoa muuttaviin toimilaitteisiin vain muutamissa sadoissa mikrosekunnissa.
Vaikka olemme vielä muutaman vuoden päässä siitä, että ELT:n monimutkaiset adaptiivisen optiikan järjestelmät on saatu valmiiksi, niin nämä viimeaikaiset edistysaskeleet osoittavat, että vuoden 2027 tieteellisen ensimmäisen valon havaitsemisen tavoitteessa ollaan merkittävästi edistytty. Kun ESO:n ELT on toiminnassa, se muuttaa dramaattisesti käsitystämme maailmankaikkeudesta ja se saa meidät miettimään uudelleen paikkaamme maailmankaikkeudessa.
Linkit
Yhteystiedot
Elise Vernet
Responsible for M4 Unit at ESO
Garching bei München, Saksa
S-posti: evernet@eso.org
Steffan Lewis
ELT Optical Control Project Manager at ESO
European Southern Observatory
Garching bei München, Saksa
S-posti: slewis@eso.org
Enrico Marchetti
Wave Front Sensor Camera Development Project Manager at ESO
Garching bei München, Saksa
S-posti: emarchet@eso.org
Nick Kornweibel
ELT Control System Project Manager at ESO
Garching bei München, Saksa
S-posti: nkornwei@eso.org
Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Saksa
Puh.: +49 89 3200 6670
S-posti: press@eso.org
Tiedotteesta
| Tunnistus: | ann21014 |
