interaktívne zoznámenie s kozmom

Veľké teleskopy 20. storočia

Príchod éry nových ďalekohľadov

Vývoj astronómie po druhej svetovej vojne bol veľmi prudký. Vyvstala potreba nových veľkých ďalekohľadov a lepšie než súkromné astronómom poslúžili národné ďalekohľady. Tak sa táto éra niesla v znamení série nových, 4 metrových zrkadlových teleskopov.

3,8 metrový Mayall reflektor (zrkadlový ďalekohľad) prišiel na scénu prvý, ale onedlho sa k nemu pripojili ďalšie. Angloaustrálsky 3,9 metrový ďalekohľad bol prvý veľký, počítačom riadený prístroj. Pomohol vzbudiť záujem verejnosti o astronómiu vďaka farebným obrázkom nebeských objektov, ktoré urobil David Malin. Ďalekohľad s priemerom zrkadla 3,6 metra Európskeho južného observatória bol prvým väčším teleskopom postaveným európskou krajinou od čias pred prvou svetovou vojnou. Bol to odvážny podnik šiestich národov a pevne zjednotil európsku vedeckú komunitu.

3,6 metrový Kanadsko-Francúzsko-Havajský ďalekohľad je vo výške 4 200 metrov nad morom, kde sú pozorovacie podmienky také dobré, že atmosférický seeing (= nepokoj atmosféry, prejavuje sa žmurkaním hviezd) 0,6 oblúkovej sekundy sa považuje za normálny. Môžeme ho nazvať prvým vesmírnym teleskopom na zemskom povrchu! Španielsky 3,5 metrový Calar Alto je výnimočný inak: je to posledný veľký teleskop na ekvatoriálnej montáži - posledný z tých starých klasických prístrojov. V čoraz úpornejšej snahe o zachytenie stále väčšieho množstva svetla prax znova poukázala na potrebu zmien.

Keď Sovietsky zväz dal do prevádzky 6 metrový BTA, všetci astronómovia špekulovali o jeho možných optických nedostatkoch. Tento prístroj však započal novú éru používania prakticky omnoho jednoduchších azimutálnych montáží a s Nasmythovou aparatúrou, ktorá umožňuje zamerať objekt v ľubovoľnej uhlovej výške. Západ sa dočkal svojho vlastného azimutálneho ďalekohľadu až o celé desaťročie neskôr - 4,2 metrový ďalekohľad Williama Herschela na La Palme na Kanárskych ostrovoch. Znamenalo to prechod z rovníkových na azimutálne montáže a bol prvou lastovičkou novej generácie monštruóznych teleskopov. Pre daný priemer zrkadla tento typ montáže umožňoval ľahšiu a lacnejšiu konštrukciu a kompaktnejšie kupoly ako kedykoľvek predtým.

Zo všetkých ďalekohľadov to boli tri, ktoré dláždili cestu k pozoruhodným pokrokom v 90. rokoch. 2,6 metrový Nordic Optical Telescope je prvý prístroj, ktorého kupolová klimatizácia a tvar hlavného zrkadla sú neustále prispôsobované na získanie čo najostrejších snímkov.

3,5 metrový New Technology Telescope patriaci ESO posúva hranicu snímania a aktívneho upravovania zrkadla v reálnom čase do novej roviny. Na kupole má dômyselné záklopky na zlepšenie prúdenia vzduchu, čiže zníženie lokálneho seeingu.

3,5 metrový WIYN bol prvý testovaný pre podobnú technológiu, aká bola aplikovaná na jedno z prvých veľkých zrkadiel odlievaných v rotačnej peci. Dve veľké udalosti, vypustenie 2,4 metrového Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu a dokončenie 9,8 metrového ďalekohľadu Keck I, pomohli Spojeným štátom znovu získať niekdajší prím v oblasti stavby ďalekohľadov. Keck je ďalekohľad, ktorý sotva vyzerá ako jeden. Jeho obrovské zrkadlo je zložené z šesťuholníkových plástov, ukazuje spôsob akým sa budú uberať budúce konštrukcie veľkých zrkadiel.

Hoci sme na úsvite dvadsiateho prvého storočia, tradičné celistvé zrkadlá sa stále nemajú k odchodu - len sú čoraz tenšie. 8,4 metrové dvojičky Gemini sú dobrý príklad. Každý z nich je vo vzdušnej kupole ako na vyhliadkovej terase, takýmto spôsobom je zabezpečená teplotná rovnováha s okolitým ovzduším. Kupola má konštrukciu 4,5-krát širšiu ako ďalekohľad ktorý obsahuje; na Palomare je tento pomer viac ako 8 a na Yerkese až 29!

Štyri 8,2 metrové reflektory (zrkadlové ďalekohľady) VLT sú vzájomne prepojené podzemnými tunelmi, aby sa v neďalekej budúcnosti ich hlavné zrkadlá skombinovali do výkonu jediného zrkadla s priemerom 16 metrov.

Toto je prehliadka toho, ako ďaleko až zašiel svet ďalekohľadov len za posledných sto rokov. V obrázkovom prehľade nájdete zoznam najväčších reflektorov, ktoré sú v súčasnosti v prevádzke alebo budú v blízkej budúcnosti uvedené do prevádzky. Pozrieť sa môžete aj na prehľad najväčších Schmidtovýh fotografických komôr, ako aj na 12 najväčších refraktorov (šošovkových ďalekohľadov) všetkých čias.

Ďalekohľady sa v dvadsiatom storočí zmenili viac ako v troch predchádzajúcich storočiach dokopy (dalo by sa povedať, že viac ako kedykoľvek predtým, ale objav ďalekohľadu skutočne siaha len tie tri storočia do minulosti). Stále sa zlepšovali v zachycovaní čo najväčšieho množstva svetla, toto robili ďalekohľady vždy a vždy to aj robiť budú. Ale za tých posledných 100 rokov sa zmenili v troch iných smeroch: ich montáže, optické zostavy a detektory, ktoré používajú.

Montáže sa stávajú územčistejšie

Kto by si v roku 1900 pomyslel, že na konci storočia bude ekvatoriálna montáž pre použitie najlepších svetových ďalekohľadov úplne zastaralá? A presne to sa stalo. Paralaktickú montáž už používajú len niektoré refraktory (väčšina zo zoznamu refraktorov používa nemeckú montáž). Táto elegantná konštrukcia nás zanesie späť k mníchovskému obchodu Josefa Fraunhofera v roku 1824, kedy dokončil svoj slávny 0,24 metrový refraktor Dorpat pre Wilhelma Struveho. Podobná a aj rovnako stará montáž je anglická osová, ale jediný príklad v zozname najväčších reflektorov je 2,7 metrový Harlan J. Smith na McDonald Observatory v Texase. Obe tieto "nesymetrické" formy potrebujú protizávažie kvôli stabilite ďalekohľadu. Z tohto dôvodu sa nikdy nepoužívajú na väčšie prístroje.

Medzi "symetrické" paralaktické montáže patria vidlicové montáže. Dve z nich majú tiež korene v 19. storočí. 3,1 metrový reflektor Shane na Lick Observatory má najväčšiu vidlicovú montáž aká bola kedy vyrobená - bolo to odvážne podujatie, jeho hmotnosť 150 ton, je na hranici možností vidlicovej montáže. 40 rokov predtým, keď sa staval 2,5 metrový reflektor Hooker na Mount Wilsone, jeho inžinieri zvolili anglickú rámovú montáž, ktorej nosnosť bola 90 ton. Táto konštrukcia je stabilnejšia ako vidlicová rovnakej veľkosti, jej nevýhoda však je, že ďalekohľad nedohliadne na pól. Maximálna deklinácia, ktorú môže Hooker dosiahnuť, je 64 stupňov.

Prvá nová paralaktická podpera 20. storočia je tá, ktorú má 5,1 metrový reflektor Hale. Podobne ako prístroj na Mount Wilsone, otáča sa v ráme nesenom dvoma piliermi, ale horná časť polárnej osi má tvar veľkej podkovy, aby bola pozorovaniam dostupná oblasť severného pólu. Tento typ montáže sa nazýva podkovovitá montáž.

Vo výbere typu montáže hrá úlohu priestor potrebný na snímač za primárnym zrkadlom.

Napriek mechanickej elegancii je však paralaktická montáž definitívne na ústupe. Každý ďalekohľad väčší ako Hale, či už v súčasnosti v prevádzke alebo len na rysovacom papieri, má montáž, ktorá sa porovnaní s paralaktickou zdá takmer primitívna. Väčšina z nich používa azimutálnu montáž. Táto potrebuje nie jeden, ale tri rôzne pohony, aby mohol ďalekohľad sledovať objekt na jeho ceste po oblohe: jeden na výšku, ďalší na azimut a tretí na rotáciu snímača v ohniskovej rovine.

Každý z týchto pohonov má inú rýchlosť, ale v súčasnosti sa dá každý z nich pohodlne ovládať počítačmi a riadiacou elektronikou. Metódy sledovania, ktoré sa v súčasnosti používajú, sú až neuveriteľne prepracované.

Dva z dnešných skutočne veľkých teleskopov, Hobby-Eberly a plánovaný Southern African Large Telescope, sa otáčajú iba okolo azimutálnej osi, ale robia to výhradne pri prechode z jedného nebeského smeru k druhému. Detektory sú vedené pozdĺž zakrivenej dráhy, vysoko nad guľovým zrkadlom, kde môžu sledovať odraz telesa pohybujúceho sa po oblohe.

Ešte viac zjednodušené sú ďalekohľady s tekutými zrkadlami. - obrovské rotujúce misy s tekutou ortuťou, ktorá sa formuje do veľmi precízneho parabolického zrkadla na zafixovaných montážach. Tieto prístroje mieria priamo hore. Na zozname sú len dva, 6 metrový Large Zenith Telescope a 3 metrový Liquid Mirror Telescope, ale táto koncepcia sa zdá byť veľmi sľubná z ekonomického hľadiska.

Premena optiky

Kedysi si optickí inžinieri mysleli, že objektív ďalekohľadu by mal robiť všetku prácu v súvislosti s vytváraním obrazu, takže okrem nasadenia okuláru alebo fotografickej platne do ohniska už nebolo treba robiť nič. Ale táto filozofia sa v 20. storočí zmenila.

Prvý z tradičných návrhov, ktoré mali skoro vypadnúť zo seriózneho vedeckého používania, je achromatický refraktor s dvoma veľkými šošovkami z kremenného skla. Len jeden z dnešných najväčších refraktorov bol postavený v 20. storočí - Thaw na Allegheny Observatory. Jeho pôvodný objektív z roku 1914 bol nahradený v roku 1985 novým s korekciou pre červené svetlo, ktorá umožňuje lepšie využitie pri vysoko presvetlenej oblohe. Dlho sa používal na študovanie neďalekých hviezd, premeriavanie ich vzdialeností a vyhľadávanie akýchkoľvek znakov nepravidelného pohybu spôsobeného obiehajúcimi planétami. Toto je typ práce, na ktorú sú veľké refraktory lepšie ako väčšina iných pozemských ďalekohľadov.

"Myslím, že sme urobili všetko čo sa dalo, kým začali lietať satelity", hovorí riaditeľ Allegheny George Gatewood na margo veľmi úspešnej misie Hipparcos v skorých 90. rokoch. Keď na jar 2000 vypršali federálne dotácie, bol Gatewood prinútený oznámiť koniec 87 ročného astrometrického programu ďalekohľadu Thaw.

Do polovice storočia konštruktéri najväčších reflektorov dávali prednosť primárnemu zrkadlu s presne paraboloidným tvarom. S ním mohli získať ostrý obraz priamo v primárnom ohnisku, alebo pomocou sekundárneho konvexného zrkadla v Cassegrainovom ohnisku. Keď v roku 1910 spolupracovali na Mount Wilson Observatory George W. Ritchey a Henri Chrétien, jasne videli výhody nového variantu primárneho zrkadla s hyperboloidným tvarom. Ritchey neskôr presviedčal astronóma Georga Ellery Hale, aby prijal jeho návrh pre 5,1 metrový ďalekohľad na Palomare, ale Hale tvrdošijne odmietal.

Prečo sa teda optický systém Ritchey-Chrétien (RC) v súčasnosti uchytil a používa ho veľa ďalekohľadov po roku 1970 od Kitt Peak cez Hubblov vesmírny teleskop k VLT? Pôvodný článok, ktorého autorom je Ira S. Bowen, bývalý riaditeľ pozorovateľní na Mount Wilsone a Palomare, prízvukoval, že adekvátna ohnisková dĺžka hrá kľúčovú úlohu v dosiahnutí najslabších možných objektov fotograficky pri danej účinnej ploche. RC navyše dáva ostrejší obraz na širšom poli než klasický Cassegrain. Bowen uvažoval aj o ďalších faktoroch, ako príchod fotonásobičov a rôznych obrazových zosilovačov. Jeho argumenty boli veľmi silné. Nedávno, v roku 1996, napísal Raymond N. Wilson, konštruktér 3,5 metrového New Technology Telescope: "Aplanatická forma RC Cassagrainoveho ďalekohľadu je a vždy aj ostane konečným dizajnom dvojzrkadlových teleskopov."

Ale ďalekohľady budúcnosti nemusia mať druhé zrkadlo. V návrhu veľmi veľkých reflektorov je treba rátať s veľmi širokým poľami pre fotografiu, ako aj s poľami s priemerom len niekoľko oblúkových minút. Stále viac ďalekohľadov je vybavených adaptívnou optikou blízko ohniskovej roviny, aby eliminovali efekty atmosférického seeingu v rámci týchto úzkych snímok. Najostrejšie snímky dneška vôbec sú tie získané mimo atmosféry pomocou HST, kde je možné vidieť detaily o veľkosti len 0,1 oblúkovej sekundy, nech sa pozrie na akýkoľvek objekt. Čo sa týka rozlíšenia, astronóm z Arizonskej univerzity Roge Angel predpovedá, že sa situácia zmení s príchodom Large Binocular Telescope. Po uvedení do prevádzky v roku okolo 2004, mal by ukázať vesmír 10krát ostrejšie ako HST.

Detektory zajtrajška

Gérard de Vaucouleurs označil rok 1887 ako rok, kedy fotografická technika začala prevyšovať medze ľudských možností takmer vo všetkých oblastiach. Astronómovia na prelome storočí sľubne hľadeli na fotoaparáty na mapovanie hviezd a prieskumnú prácu, ale najväčšie ďalekohľady tej doby boli sotva optimalizované pre fotografickú prácu.

Napríklad v roku 1899 Julius Scheiner, keď robil na Potsdamskom observatóriu, potreboval sedem a pol hodinovú expozíciu, aby získal spektrogram galaxie M31 v Andromede. Škvrna, ktorú zaznamenal, bola veľmi podobná Slnku, čo ho napokon viedlo k presvedčeniu, že M31 musí byť obrovská skupina hviezd a nie plynný oblak. O dve desaťročia neskôr priame fotografie s 2,5 metrovým reflektorom Hooker nakoniec ukázali jednotlivé hviezdy v M31. Astronómovia tie hviezdy nemohli vidieť vizuálne v okulári toho istého ďalekohľadu.

Fakticky používanie detektorov iných ako ľudské oko určovalo dizajn veľkých ďalekohľadov v priebehu 20. storočia. Napríklad všetky z dnešných fotografických ďalekohľadov majú dizajn korigujúci komu, vyvinutý Bernhardom Schmidtom na Hamburskom observatóriu v roku 1930. Jeho 0,36 metrový prototyp mal svetelnosť f/1,7, čo bolo v tých dňoch neslýchané. Svetlo vchádza do tohto špecializovaného prístroja cez nezvyčajnú sústavu korekčných šošoviek a postupuje k primárnemu guľovému zrkadlu, z ktorého je zaostrené na zakrivenú fotografickú platňu uprostred týchto elementov. Zrkadlo je vyrobené značne väčšie ako korekčné šošovky kvôli neobyčajne širokému fotografickému uhlu. Pretože korektúra určuje vstupné parametre, je táto hodnota uvedená v zozname najväčších Schmidtov.

Od neskorých 40. rokov tohto storočia, keď spoločnosť Eastman Kodak predstavila spektroskopické emulzie, astronómovia mohli konečne fotiť objekty v blízkej infračervenej oblasti. Ale de Vaucouleurs zistil, že typická emulzia povojnovej éry, modrocitlivá 103a-O, bola len 3,2krát citlivejšia (pri 90 minútových expozíciách) ako najlepšie fotografické platne dostupné pol storočia predtým. Odvtedy boli pokroky vo fotografii tiež skromné, argumentujúc, že čo bolo naozaj treba, boli oveľa väčšie ďalekohľady.

Začiatkom 30. rokov, fotoelektrické bunky boli použité astronomicky na vlnových dĺžkach mimo dosah fotografie. Takéto zariadenia boli navyše v citlivosti na fotóny z diaľky aspoň 50krát účinnejšie ako fotografické emulzie. A narozdiel od fotografie, fotoelektrické efekty sú priamo úmerné od intenzity dopadajúceho svetla. Obe tieto výhody mali obrovský dopad na astronómiu počnúc s RCA 1P21 fotonásobičom 40. rokov, veľkou CCD revolúciou končiac.

Yalský astronóm Bradley E. Schaefer odhaduje, že ďalekohľady vybavené CCD technikou dokážu zaznamenať objekt, aký by získal prístroj s 10 krát väčším priemerom pri konvenčnej fotografii. Tento skvelý pokrok dosiaľ nezmiernil honbu za čoraz väčšími ďalekohľadmi. Zbežný pohľad na zoznam dokonca ukazuje, že mal práve opačný efekt.

Na sklonku 20. storočia nemajú astronómovia stále žiadnu jasnú predstavu, ako by mal vyzerať ďalekohľad budúcnosti. Bude zbierať svetlo šošovkami ako ten Galileov jednoduchý refraktor z roku 1609, alebo zrkadlom ako reflektor Isaaca Newtona z roku 1671?

Najsľubnejší ďalekohľad svojho času bol metrový refraktor na Yerkese. Ale z čisto praktických dôvodov bol toto posledný z veľkých refraktorov. Ďalšie zväčšovanie teleskopu, ktorý je 19krát dlhší ako jeho priemer bola nočná mora inžinierov. Čisté sklo pre dostatočne veľké šošovky neexistovalo. Éra veľkých reflektorov sa mala čoskoro začať.

Neuveriteľné úspechy 1,5 metrového reflektoru na Mount Wilsone (dokončený v r. 1908) rýchlo viedli k ešte väčšiemu prístroju na tom istom mieste. Slávny 2,5 metrový reflektor Hooker sa stále zaraďuje k 50 najväčším optickým ďalekohľadom dnešného sveta. Všetky z nich sú reflektory a všetkých 50 je uvedených v zozname.

Reflektory na Mount Wilsone sa ukázali byť kľúčom, ktorý nám odomkne bránu do vesmíru. Pomocou nich v 20. rokoch Edwin Hubble poprvýkrát zmeral vzdialenosti ďalekých galaxií vzhľadom na neďaleké hviezdy.

5,1 metrový reflektor Hale sa stal prvým veľkým prístrojom umiestneným na úplne izolovanom vrchu, odkiaľ má dobrý výhľad. Toto monštrum hlboko skúma kúsky oblohy široké len zlomky stupňa, ale jeho partner 1,2 metrový Oschin Schmidt bol prvý zrkadlový prístroj ktorý mal rozsah 6,6 stupňa na jednoduchej fotografii. 1 870 platní dodaných v 50. rokoch pre Národnú geografickú spoločnosť - tzv. Palomarská prehliadka oblohy - sa stala neoceniteľnou pomôckou pre observatóriá po celom svete.

Pozri tiež...

• Najväčšie optické ďalekohľady sveta

 

Posledná zmena:
© 2000 Štefánikova nadácia na podporu astronómie na Slovensku (napíšte nám)