TEMA BROJA

Dubravka Marić

Nova osmatranja svemira / Zemaljski teleskopi

Nebeske oči na Zemlji

Dok svemirski teleskopi moraju da se nađu na pravom mestu i u pravo vreme, dobro pozicionirani zemaljski teleskopi sa širokom pogledom na nebo mogu da se fokusiraju na niz specifičnih oblasti ili događaja. Moćni zemaljski teleskopi su često i najuspešniji kada je reč o novim otkrićima.

Japanski astronomi do sada su imali priliku da koriste najsavremenije astronomske instrumente, kao što je međunarodni radio-teleskop ALMA (Atacama Large Millimeter Array) u pustinji Atakama, u Čileu, a od proletos tamo imaju i svoj teleskop, gde mogu da rade u dužim vremenskim periodima. Naime, posle 26 godina planiranja i izgradnje, proradio je optičko-infracrveni teleskop TAO, čije glavno ogledalo ima prečnik od 6,5 m. Teški uslovi za rad sa kojima su se suočili radnici prilikom izgradnje Opservatorije Univerziteta Tokio Atakama (TAO), zbog rizika od visinske bolesti, jesu nešto sa čim se sada suočavaju i astronomi koji tamo rade, naročito noću, kada se neki simptomi pogoršavaju.
Opservatorija TAO ima najsavremeniju optiku, senzore, elektroniku i mehanizme. Nadmorska visina od 5.640 m je ono što njenom teleskopu daje izuzetnu jasnoću vida pošto u atmosferi ima malo vlage koja može da utiče na infracrveno opažanje. Zahvaljujući visini i okruženju, TAO će biti jedini zemaljski teleskop koji može jasno da vidi srednje infracrvene talasne dužine. Ova oblast spektra je izuzetno dobra za proučavanje okruženja oko zvezda, uključujući regione u kojima se formiraju planete. S obzirom na to da ovom opservatorijom upravlja Univerzitet u Tokiju, japanski astronomi će moći da neometano koriste teleskop, što je od suštinskog značaja za mnoge nove vrste astronomskih istraživanja koja istražuju dinamičke fenomene, i koje je nemoguće posmatrati u retkim prilikama za posmatranje na zajedničkim teleskopima.
Postoji širok spektar astronomskih pitanja kojima TAO može da doprinese, a neki istraživači su uložili napore da razviju instrumente za njihove specifične potrebe. Tako je tim konstruisao „Simultani-kolor širokopojasni infracrveni multi-objektni spektrograf“ (Simultaneous-color Wide-field Infrared Multi-object Spectrograph - SVIMS), instrument koji može da osmatra veliku površinu neba i da istovremeno posmatra dve talasne dužine svetlosti. To mu omogućava efikasno prikupljanje informacija o različitim galaksijama, tim fundamentalnim strukturama univerzuma. Analiza podataka dobijenih putem ovog uređaja, omogućiće istraživačima uvid u njihov nastanak, ali i u evoluciju supermasivnih crnih rupa u njihovim centrima.

Potraga za tehnologijama u kosmosu

TAO je upisan u Ginisovu knjigu rekorda kao teleskop koji se nalazi na najvećoj nadmorskoj visini. Ali, na jugozapadu Kine se nalazi trenutno najveći zemaljski teleskop. I dok ga Kinezi popularno zovu „Nebesko oko“, njegov zvanični naziv glasi: „Sferični teleskop sa otvorom blende od pet stotina metara“ (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope). FAST ne samo što je najveći teleskop na Zemlji, već je i najmoćniji radio-teleskop na svetu. Dva i po puta je osetljiviji od bilo kog trenutno aktivnog radio-teleskopa. Njegova izgradnja je trajala dve decenije. Prve operativne testove je izvršio 2016. godine, a potpuno je operativan od 2020. Kao i nekadašnji američki radio-teleskop Aresibo u Portoriku, i FAST ima veliki tanjir ukopan u prirodnu depresiju, sa pokretnim prijemnikom koji visi iznad tanjira. FAST-ova antena je šira i dublja od Aresibove, pa može da posmatra više neba i da detektuje slabije signale. Teleskop je toliko veliki da - iako ne može da se fizički okreće - može da se ciljano usmeri ka vrlo udaljenim destinacijama.
FAST sakuplja radio-talase koji dolaze od objekata u kosmosu. On traži pulsare (nedavno je objavljeno da je do sada identifikovao više od devet stotina novih pulsara) i brze radio-rafale (događaje intenzivnog naleta energije koji traju nekoliko milisekundi), i proučava međuzvezdani prostor. FAST-ovi tvorci se nadaju da će signali koje on uhvati pomoći da se razotkriju tajne porekla i evolucije Univerzuuma. Baš kao nekada Aresibo, i FAST je deo projekta SETI, koji traga za vanzemaljskim životom, budući da radi na principu skeniranja neba na specifične radio-signale koji mogu da se proizvedu veštački. Ovi signali uskog pojasa moraju se izdvojiti iz pozadinske buke drugih radio-signala koji dolaze iz dubokog svemira. Teleskop unosi 38 milijardi uzoraka u sekundi u klaster računar visokih performansi koji onda proizvodi izuzetno detaljne karte dolazećih radio-signala. Ti grafikoni se potom pretražuju zbog signala koji izgledaju kao moguće tehnosignature (znaci tehnologije u kosmosu).

Čile kao centar astronomskih istraživanja

U pustinji Atakama, u Čileu, postoji više teleskopa u čijem upravljanju učestvuje Evropska južna opservatorija (European Southern Observatory - ESO), čiji je osnivač Evropska organizacija za astronomska istraživanja u južnoj hemisferi (European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere). Najveća dostignuća ESO predstavljaju otkriće molekula ugljen-monoksida u galaksiji udaljenoj skoro 11 milijardi svetlosnih godina (što je omogućilo prvo precizno merenje temperature na tako udaljenom mestu od Zemlje), prva analiza spektra atmosfere egzoplanete (Gliese 1214 b), potvrda pretpostavke da se širenje univerzuma ubrzava (Nobelova nagrada za fiziku 2011), otkriće Zemlji potencijalno najbliže nastanjive ekstrasolarne planete (Proxima Centauri b), određivanje putanja 14 hiljada zvezda i druga.
ESO na planini La Sila, u Čileu, ima svoj „Teleskop nove tehnologije“ (New Technology Telescope - NTT). Opservatorija „La Sila“ je podignuta 1989. i nalazi se na nadmorskoj visini od 2.400 m. Zahvaljujući tamošnjem teleskopu, u astronomska posmatranja uvedena je tehnika aktivne optike, odnosno računarske korekcije slike. ESO je na visoravni Sero Paranal 1998. postavila i „Veoma veliki teleskop“ (Very Large Telescope - VLT), koji ima četiri ogledala prečnika 8,2 m i četiri ogledala prečnika 1,8 m. Ona mogu da se koriste pojedinačno ili zajedno za snimanje elektromagnetnih talasa određenih talasnih dužina, ali i da služe kao džinovski interferometar. Nazivi pojedinačnih teleskopa na jeziku Mapuče Indijanaca su Antu (Sunce), Kueien (Mesec), Melipal (krst) i Iepun (veče).
ESO, japanski Nacionalni institut za prirodne nauke i američka Nacionalna naučna fondacija u Čileu, upravljaju „ALMA ineterferometrom“, poznatim i kao „Atakama veliki milimetarski niz“ (Atacama Large Millimeter Array - ALMA). On se sastoji od  66 radio-teleskopa, od kojih 54 imaju prečnik 12 m, a ostali 7m. Astronomski interferometar funkcionše tako što svaka antena učestvuje u kreiranju jedne slike. Opseg vidljivosti varira u zavisnosti od kombinacije, što je neophodno za „ciljanje“ željenih galaktičkih oblasti. Jedno od revolucionarnih otkrića koje je načinila ALMA, bio je opažanje prisustva najudaljenijeg kiseonika u kosmosu.

Pomoću „Magelana“ 

Evropska južna opservatorija u Atakami sada gradi „Ekstremno veliki teleskop (Extremely Large Telescope - ELT). Biće to optički i infracrveni teleskop prečnika 39,3 m, koji bi trebalo da bude završen 2027. Pred ovako velikim teleskopom su i ambiciozni zadaci, kao što su otkrivanje planeta sličnih Zemlji i potraga za životom van Sunčevog sistema. Zahvaljujući velikoj površini ogledala od 978 m2, ELT će moći da sakupi sto miliona puta više svetlosti od ljudskog oka. Teleskop će biti zatvoren u visoku rotirajuću kupolu od 8o m, težine oko šest hiljada tona. Čvrsti temelji potrebni za ovaj teleskop postavljeni su početkom 2022.
Istovremeno, u Opservatoriji „Las Kampanas“, konzorcijum od 14 naučnih institucija sa svih kontinenata izuzev Evrope, gradi „Džinovski Magelanov teleskop“ (Giant Magellan Telescope - GMT), čije će ogledalo imati prečnik od 24,5 m. Teleskop bi trebalo da bude završen do 2030.  i moći će da proizvede slike koje su deset puta jasnije od „Hablovih“.

Teleskopski nizovi na dva kontinenta

Jedan međunarodni vladin konzorcijum gradi opservatoriju sa radio-teleskopom nove generacije, pod nazivom „Niz kvadratnih kilometara“ (Square Kilometer Array - SKA) u Australiji i Južnoafričkoj Republici. Opservatoriju će činiti niz pojedinačno malih, ali zato brojnih radio-teleskopa. U oblasti Murčinson, na zapadu Australije, nalaziće se 512 teleskopskih stanica, a u oblasti Karu u JAR, biće ih dve stotine. Naučnici procenjuju da će rezultat ovog projekta biti teleskopski nizovi koji su stotinu puta osetljiviji od teleskopa sa današnjih vrhunskih lokacija, dok će vreme snimanja neba biti oko milion puta brže. Ciljani datum završetka je 2028. godina, a radni vek teleskopa biće oko pet decenija.
Na ostrvu Mauna Keja, gradi se „Teleskop od trideset metara“ (Thirty Meter Telescope -TMT).  To je optički i infracrveni teleskop prečnika 30 m. Ovaj projekat, koji je plod saradnje naučno-istraživačkih i obrazovnih institucija Japana, SAD, Kanade, Kine i Indije, nalazi se na nadmorskoj visini od 4.012 m. Koristiće se za analizu crnih rupa u srcu Mlečnog puta i drugih galaksija.
U blizini ekvatora, na vrhu uspavanog havajskog vulkana Mauna Keja, nalazi se i  Opservatorija „Kek“, koja je počela sa radom 1993. Dva optička i infracrvena teleskopa, sastavljena od po 36 ogledala, spojena su u veliku ploču, prečnika 10 m. Teleskopi koji su skriveni u izolovanim kupolama, rade na temperaturama malo ispod tačke zamrzavanja, da toplota ne bi ometala dobijanje slika u infracrvenom delu spektra. „Kek“ je i najproduktivniji zemaljski teleskop. Njegova dva teleskopa vide dalje od svemirskog teleskopa „Habl“, pa je četvrtina posmatranja koje su obavili američki astronomi, učinjena je upravo iz „Keka“. U neke od neverovatnih slika zabeleženih zahvaljujući ovakvoj kombinaciji instrumenata, spada i rođenje zvezda, budući da se tada u okolini pojavljuju i vidljivi sjaj, i zagrejani gas.

 Laboratorija za proučavanje života zvezda

Među velikim zemaljskim teleskopima je i „Hobi Eberli.“ To je optički teleskop sa prečnikom od 10 m koji se nalazi u Teksasu. Počeo je da radi 1996. Njegovo glavno ogledalo je fiksirano pod uglom od 55 stepeni, ali ga to ga ne ograničava, jer ima rotirajući mehanizam koji mu omogućava da osmatra sedamdeset odsto vidljivog neba. Ogledalo je sastavljeno od devedeset i jednog heksagonalnog dela, koji sakupljaju vidljivu svetlost. „Hobi Eberli“ je uhvatio emitovanu svetlost iz kvazara koji se nalazi veoma daleko, onda kada je Zemlja bila tek na jednoj osmini svoje sadašnje starosti.
Njegov poboljšani naslednik je „Južnoafrički veliki teleskop“ (Southern African Large Telescope - SALT), koji je smešten u Karuu, polupustnjskoj oblasti Južnoafričke Republike. To je najveći teleskop na južnoj hemisferi, koji je počeo da radi 2005. Izgradilo ga je pet država, a uzor je bio teleskop „Hobi Eberli“. Iako je i SALT-ovo ogledalo napravljeno od 91 heksagonalnog panela, konstruisan je tako da ima poboljšano vidno polje i da obezbeđuje bolji kvalitet slike. Osim toga, njegova ogledala su, zbog dodatnih slojeva metala, osetljivija na kratke talasne dužine. Jednu od njegovih prvih svetlosnih slika, predstavlja zbijeno zvezdano jato od nekoliko miliona zvezda u sazvežđu Tukana (47 Tucanae), koje je od Zemlje udaljeno oko 15 hiljada svetlosnih godina. Zvezde u ovom jatu su među najstarijima u Mlečnom putu, pa su i savršena laboratorija za proučavanje života, rođenja i smrti zvezda.           Veliki teleskop na Kanarskim ostrvima (Gran Telescopio CANARIAS -  GTC) je španski optičko-infracrveni teleskop, prečnika 10,4 m. Prva posmatranja sa njega počela su 2009. Sagrađen je na lokaciji Opservatorije „Roke de los Mućaćos“ na ostrvu La Palma, na krajnjem severozapadu Kanarskih ostrva. Ova opservatorija, kao i Opservatorija „Teide“ na najvećem kanarskom ostrvu Tenerife, čine Evropsku severnu opservatoriju (ENO). Zbog visokog kvaliteta noćnog neba i postojanja zakona o zaštiti od svetlosnog zagađenja, Opservatorija „Roke de los Mućaćos“, pruža odlične uslove za posmatranje. Otuda je njen teleskop omogućio otkrivanje najgušće naseljenog jata galaksija.

Kraj „Aresiba“

Međutim, čak i veoma značajnim teleskopima i opservatorijama dođe kraj. Tako je na samom kraju 2020. prestao da radi radio-teleskop „Aresibo“ u Portoriku, poznat gledaocima filmova „Kontakt “ (prema knjizi Karla Sagana) i „Zlatno oko“ iz sage o Džejmsu Bondu. Bio je to najveći radio-teleskop na svetu, sve dok 2016. nisu počela posmatranja sa kineskog radio-telekopa FAST. Ovaj instrument, sagrađen početkom šezdesetih godina prošlog veka, imao je sferični reflektor prečnika 305 m od perforiranih aluminijumskih panela, iznad koga su se, na visini od 168 m, nalazile antene koje su mogle da se pomeraju u svim pravcima. Opservatorija „Aresibo“ je imala i pomoćni radio-teleskop od 12 m, kao i laserski predajnik velike snage za proučavanje Zemljine atmosfere.
Kabl koji je držao centralnu platformu teleskopa prvi put je pukao avgusta 2020. Kada je u u novembru pukao i drugi kabl, upravljač Opservatorije, američka Nacionalna naučna fondacija (NSF) objavila je da teleskop može da se obruši, da kablovi ne mogu bezbedno da se poprave i najavila je prestanak rada. Kablovi su pukli samo nekoliko dana kasnije, a centralna platforma se srušila u tanjir. Teleskop koji je radio 57 godina žrtva je klimatskih promena u vidu uragana i oluja, koji su tokom prve decenije ovog veka pogodili ovo područje, kao i nedostatka budžetskih sredstava potrebnih da se blagovremeno spreče strukturna oštećenja. NSF je u oktobru 2022. saopštila da će, umesto da obnovi teleskop, na njegovom mestu osnovati edukativni centar. Naučnici koji su radili u Opservatoriji „Aresibo“ ocenili su da edukativni centar u koji će dolaziti studenti nema mnogo smisla ako u njemu nema naučnika koji rade.
Istraživači iz ove opservatorije su 1992. otkrili prve vansolarne planete oko pulsara B1257+12. Takođe su načinili i detaljne radarske mape površine Venere i Merkura. Otkrili su i da Merkur rotira na svakih 59 dana (umesto na 88 dana), zbog čega Suncu ne pokazuje uvek isto lice. Američki astronomi Rasel Hals i Džozef Tejlor su, radeći na Aresibu, otkrili prvi binarni pulsar i pokazali da on gubi energiju kroz gravitaciono zračenje brzinom koju je predvidela Ajnštajnova Teorija opšte relativnosti. Za svoje otkriće su dobili Nobelovu nagradu za fiziku.
Ipak, ako postoji volja, naći će se i novca za održavanje i popravku. Jedna takođe legendarna opservatorija, imala je tu sreću. Reč je radio-teleskopima koji čine „Vrlo veliki niz“ (Very Large Array - VLA). Ova opservatorija, koja je sagrađena 1980. godine u američkoj državi Nju Meksiko, ima mrežu od 28 radio-teleskopa, od kojih su 27 u pogonu, dok jedan služi kao rezerva i podrška. Potpuno je modernizovana 2011. Povećani su osetljivost instrumenta, njihov frekvencijski raspon i rezolucija. Svaki teleskop ima tanjirastu antenu prečnika 25 m. Teleskopi su poređani na šine u obliku slova Y, a svaki krak je dug 21 km. Sistem radi kao jedna antena promenljivog prečnika i ima svu potrebnu opremu da služi kao interferometar. Između ostalog, VLA je omogućio ključna opažanja crnih rupa i protoplanetarnih diskova oko mladih zvezda, i poslužio je za otkrivanje magnetnih niti u središtu Mlečnog puta. Od 2012. nazivu je pridodato ime velikog astronoma Karla Janskog (Karl G. Jansky Very Large Array).

Dubravka Marić

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"