Bejelentések

A tükörszirmoktól a lézercsillagokig: újabb mérföldkőhöz ért az ELT adaptív optikájának készítése

2021. október 6.

Az ESO épülőben lévő Rendkívül Nagy Távcsövének (Extremely Large Telescope – ELTM4 segédtükre lesz a világ legnagyobb adaptív optikai eszköze. Ennek a tükörnek a készítése ért most újabb fontos mérföldkőhöz. A közelmúltban elkészült az optikai elem mind a hat virágszirom alakú szegmense.

Az M4 a távcső fényútjában található negyedik tükör. Ez nagyon gyorsan és precízen képes az alakját változtatni, így ez az ELT adaptív optikájának a kulcseleme. Az égitestekről érkező fénysugarakat kissé eltéríti a Föld légköre, amitől a távcső által alkotott kép elmosódik. Ezeket a torzulásokat az ELT kifinomult hardveres és szoftvereszközökkel fogja korrigálni, amelyek némelyikét kifejezetten ehhez a távcsőhöz fejlesztették ki. A rendszerhez nagy teljesítményű lézerek is tartoznak, amelyek mesterséges referenciacsillagokat fognak létrehozni az égbolton, ha a látómezőben nem volna megfelelően fényes valódi csillag, aminek a fényéből megállapítható a légkör torzító hatása. A rendszer része lesz továbbá több rendkívül gyors és pontos kamera is. Ezek feladata lesz a légköri torzulások követése. A méréseket nagy teljesítményű számítógépek fogják valós időben kiértékelni, meghatározva az M4 tükör szükséges pillanatnyi deformációit, amelyek korrigálják majd a légköri torzulásokat. Az M4 tükörszirmainak legyártásán túl ezeknek a kiegészítő rendszereknek az építésében is jelentős előrelépés történt nemrégiben.

Adaptív optikai rendszerének köszönhetően az ELT a jelenlegi és a közeli jövőbeli űrtávcsöveknél, például a NASA/ESA Hubble-űrtávcsövénél és a James Webb-űrtávcsőnél is élesebb képet fog adni.

Elkészült az M4 adaptív tükör utolsó sziromszegmense

Az ELT lesz az optikai és infravörös hullámhossztartományokban működő legnagyobb csillagászati távcső a világon. Ennek 2,4 m átmérőjű M4 tükre a valaha épített legnagyobb deformálható távcsőtükör, így megépítése különleges és izgalmas kihívást jelentett. Az optikai eszköz hat ultravékony szegmensből áll, amelyek közül végre az utolsó kettő is elkészült.

Az M4 hat szegmensét egy különleges, Zerodur© nevű üveg-kerámia anyagból készítette a német SCHOTT cég. Ezeket az alkatrészeket a francia Safran Reosc cég 2017-ben kezdte csiszolni. Ennek a folyamatnak a végére a kezdetben 35 mm vastag üvegtáblákból 2 mm vékony szegmenslapok készültek. Az ESO mérnökei ezután ellenőrizték az összes tükörszirmot, majd továbbküldték azokat az olasz AdOptica cégnek, ahova mindössze néhány hónappal ezelőtt érkezett meg az utolsó szegmens.

A végső összeszerelés során az AdOptica bevonattal látta el a tükör hátoldalát, és felszerelte rá az M4 mechanikai tartóelemeihez csatlakozó alkatrészeket. A vállalat alkalmazottai emellett több mint 5000 mágnest is felragasztottak a tükör hátoldalára, amelyek az M4 flexibilis szegmenseinek deformálásában jutnak majd szerephez. A tükörszirmokat mozgató aktuátorok helyzetét másodpercenként ezerszer fogják beállítani, mégpedig minden egyes alkalommal 50 nanométeres pontossággal – ez a legkisebb vírusok mérettartománya.

A Safran Reosc munkatársai most további 6 azonos méretű tükörszirom legyártásán dolgoznak, így összesen 12 lesz belőlük. Ezekre a tartalék alkatrészekre néhány év működést követően lesz szükség, amikor lecserélik majd velük az első készletet, míg azok tükrözőfelületét friss bevonattal látják el. Ezzel minimálisra szorítják a karbantartáshoz szükséges állásidőt.

Haladnak az M4 referenciatestjének építésével

Mivel az M4 szegmensei nagyon vékonyak, miközben példátlan pontossággal kell majd azokat deformálni, ezért az egész rendszert egy rendkívül stabil tartószerkezetre kell felépíteni. Ez lesz az M4 referenciatestje, amihez a tükröt tartó és mozgató mágneseket rögzítik majd. A referenciatestet a francia Mersen cég Boostec® típusú szilícium-karbidból, az egyik legszilárdabb hozzáférhető anyagból készíti, amit pedig a belga AMOS cég fog polírozni a munkafolyamat egyik végső fázisaként.

A referenciatest végső kialakítása rendkívüli kihívásokat tartogat. Az AMOS az egész szerkezetet 5 mikrométeres pontossággal fogja síkra csiszolni, amit megnehezítenek a felszínbe fúrt lyukak, amelyekbe az M4 aktuátorait fogják rögzíteni.

Ha a referenciatest elkészült, és leszállították, az AdOptica munkatársai megkezdhetik majd a teljes M4 egység végső összeépítésének hosszadalmas munkafolyamatát. Ez a szerkezet fogja tartalmazni a tükröket, a referenciatestet, valamint az összes tartó- és összekötőelemet. A készre szerelt egység első tesztjeire várhatóan 2022 utolsó negyedévében keríthet majd sort a cég.

Elfogadták a vezetőcsillag-lézert

Az ELT adaptív optikai rendszerének egyik leglátványosabb eleme lesz a lézeres vezetőcsillagok rendszere, ami hat mesterséges csillagot fog generálni a felsőlégkörben. A légköri torzítások kiküszöbölésének érdekében az ELT adaptív optikájának fényes csillagokra van szüksége a megfigyelt égitest közelében. Mivel ilyen csillagok nem mindig találhatóak megfelelő közeli irányban, ezért az ELT lehetővé fogja tenni, hogy a csillagászok maguk hozzanak létre ilyen műcsillagokat, igény szerint bárhol az égen. Ezt úgy érik majd el, hogy a lézerek nátriumatomokat fognak gerjeszteni a légkör mintegy 90 km-es magasságában.

Az ESO ELT első lézerforrásával 2021 májusában készült el a német TOPTICA Projects nevű cég. Az eszközt az ESO a leszállítás utáni tesztek sorát követően elfogadta.

Haladnak a hullámfrontkamerákkal és az ultragyors számítógépekkel

Az ESO ELT adaptív optikai rendszerének további fontos elemei a hullámfront-érzékelők. Ezek a kamerák szolgálnak majd a rendszer „szemeiként”, érzékelve a vezetőcsillagok fényét. Az ELT-t három egymást kiegészítő típusú hullámfrontkamerával fogják felszerelni, amelyek mindegyike saját érzékelővel lesz felszerelve. Ezek adatait maga a teleszkóp, valamint a hozzá kapcsolódó műszerek is használni fogják.

A hullámfrontkamerák az egész rendszer működése szempontjából rendkívül kritikus elemek, ezért az ESO úgy határozott, hogy ezeket nagyrészt házon belül fogja megépíteni. Két kameratípust, az ALICE-t és a LISA-t már megtervezték, míg a harmadik típust, a FREDA-t a francia First Light Imaging cég kereskedelmi forgalomban is kapható C-RED nevű eszközének átalakításával és az ELT által támasztott követelményekhez való igazításával fogják megépíteni az ESO mérnökei. Az ESO továbbá a nemzetközi Teledyne cég közreműködésével megtervezte már a LISA detektorát is, aminek a legyártása ez év végén kezdődhet meg. 2022 végéig le kell zárulnia a tervezési fázisnak, továbbá addigra le kell gyártani a prototípusokat is.

Az ELT valósidejű adaptív optikai számítógépei különleges célhardverek lesznek. Ezek feladata lesz az M4 tükörnek a földi légkör által okozott optikai torzítások kiküszöböléséhez szükséges deformációinak a kiszámítása. Ehhez a hullámfrontkamerák adatait fogják felhasználni. Ezeknek a számítógépeknek egy, az ESO-nál fejlesztett prototípusát a közelmúltban kipróbálták, és meggyőződtek arról, hogy az képes fogadni a hullámfrontszenzorok adatait, valamint néhány száz mikroszekundumon belül továbbítja a szükséges parancsokat a tükröt deformáló aktuátorokhoz.

Noha még több évre vagyunk az ELT bonyolult adaptív optikai rendszerének teljes megépülésétől, ezek az utóbbi időszakban elért fejlemények jelzik, hogy határozott lépésekkel halad a munka a távcső 2027-re tervezett tudományos működésének megkezdése felé. Működésbe állását követően az ESO ELT látványosan fogja megváltoztatni az egész világegyetemről alkotott képünket, ennek nyomán pedig talán a kozmoszban elfoglalt helyünket is újra kell majd gondolnunk.

Linkek

About the Announcement

Id:ann21014

Képek

Háromdimenziós számítógépes modell az M4-ről
Háromdimenziós számítógépes modell az M4-ről
Háromdimenziós számítógépes modell az M4-ről
Háromdimenziós számítógépes modell az M4-ről