Hlavní zrcadlo hledače temných složek vesmíru

Vizualizace teleskopu Euclid

Evropský teleskop Euclid má startovat na přelomu let 2021 a 2022 a jeho úkolem je pozorovat miliardy slabě zářících galaxií a prozkoumat podstatu temné energie a temné hmoty. Teleskop proto využije špičkové přístroje s mimořádně kvalitní optikou. První optický prvek celé sestavy, primární zrcadlo (M1) teleskopu již dorazil do areálu firmy Airbus Defence & Space ve francouzském Toulouse. Euclid bude založen na principu Korschova teleskopu s průměrem 1,2 metru. Tento typ teleskopu se skládá ze tří zakřivených zrcadel (kam patří i primární M1) a tří rovných zrcadel, které budou společně usměrňovat světlo ke dvojici přístrojů. Pomůže jim i dichroický filtr, který rozdělí světlo na viditelnou a infračervenou oblast.

Princip fungování Korschova teleskopu.

Princip fungování Korschova teleskopu.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Využití Korschova teleskopu umožňuje kvalitní snímkování velkých zorných polí, takže tato širokoúhlá kamera bude mít i velmi ostré záběry. Pokud bychom si měli zorné pole Euclidu nějak představit, pak můžeme říct, že teleskop by byl schopen sledovat 200 metrů širokou oblast na vzdálenost 18 kilometrů a dokázal by na tomto poli rozlišit objekty s velikostí dvou centimetrů.

Všechna zrcadla budu vytvořena ze stejného materiálu, kterým je karbid křemíku. Stejný materiál se použije i pro strukturu teleskopu za účelem minimalizování rozpínání konstrukce vlivem teplotních změn, které by jinak ovlivnily kvalitu snímků. „Díky tomu bude celý teleskop „dýchat“ plynuleji a pomaleji z hlediska teplotních změn, což zlepší stabilitu pozorovacího výkonu,“ popisuje Luis Miguel Gaspar Venancio, vedoucí inženýrského týmu teleskopu Euclid.

Primární zrcadlo teleskopu Euclid.

Primární zrcadlo teleskopu Euclid.
Zdroj: http://sci.esa.int

Povrchy všech použitých zrcadel jsou opracovány na úroveň, která je nesrovnatelná s jakoukoliv evropskou misí, která pozoruje vesmír ve viditelné části spektra. Ultrahladké optické povrchy jsou v tomto případě nezbytné, protože extrémní citlivost senzorů vzhledem k velkým nároků na přesnost měření vyžaduje dokonalé optické prvky, aby nedocházelo ke zhoršení snímkovací kvality. „Věda, kterou bude Euclid dělat, vyžaduje extrémně přesný a stabilní teleskop,“ říká René Laureijs, vědec zapojený do projektu Euclid a dodává: „Chceme měřit drobná zakřivení tvarů galaxií, která jsou způsobená přítomností záhadné temné hmoty. Ta ohýbá světelné paprsky z těchto vzdálených světů. Měřením miliard galaxií můžeme zmapovat rozložení temné hmoty v celém vesmíru.

Technické specifikace optické kvality jsou v případě zrcadla M1 mimořádně přísné, však se také jedná o největší optický prvek celého teleskopu. Stříbrem pokovené konkávní parabolické zrcadlo o průměru 1,2 metru vyrobila francouzská společnost Safran Reosc a nyní již bylo přepraveno do sídla firmy Airbus. O tom, jak neuvěřitelně přesná musela výroba zrcadla být, si můžeme udělat lepší představu na základ následujícího přirovnání.

Pokud bychom zrcadlo o průměru 120 centimetrů zvětšili na průměr 973 kilometrů, což je vzdálenost mezi nejsevernějším a nejjižnějším cípem Francie, tak by se povrch zrcadla odchyloval od ideálního tvaru maximálně o 1,47 cm! Nejenže musí být jeho parabolický tvar mimořádně přesný, ale i povrch musí být vyleštěný na nejvyšší úroveň. Pokud bychom zůstali u našeho minulého příkladu zrcadla zvětšeného na velikost Francie, tak na každé ploše o průměru 4 kilometrů by nebyl žádný „kopec“ vyšší, než je tloušťka lidského vlasu!

Další částí optické sestavy teleskopu Euclid, která již byla vyrobena a otestována, je dichroická deska vyrobená z velmi kvalitního taveného křemenného skla. Jejím úkolem je spektrálně rozdělit přicházející světlo a paprsky ve spektru viditelného světla poslat k přístroji VIS (Visual Imager) a paprsky v blízké infračervené oblasti poslat do přístroje NISP (Near-infrared Spectrometer and Photometer). Aby mohla deska plnit své úkoly, musí být oba její aktivní povrchy pokryté více než 180 tenkými vrstvami dielektrických materiálů. V tomto případě bylo nezbytné dodržet vysokou uniformitu těchto vrstev na celé 117 milimetrů silné desce.

Kvalifikační model dichroického filtru teleskopu Euclid.

Kvalifikační model dichroického filtru teleskopu Euclid.
Zdroj: http://sci.esa.int/

Ačkoliv se jedná o rozměrově nejmenší prvek celé optické sestavy, je dichroická deska dost možná tím nejdůležitějším členem. Jakákoliv deformace či ohyb dichroických povrchů způsobená uložením odrazných vrstev a tepelnými změnami musí být vhodně vykompenzována. Toho je dosaženo přizpůsobením tloušťky těchto vrstev na každé straně tak, aby deformace na každé straně byly v opačném směru. „To znamená, že když je jedna strana desky posunutá jedním směrem vlivem tepelně-mechanických vlivů, tak opačná strana je posunutá opačným směrem, což vyváží deformaci první strany,“ popisuje Venancio.

Letuschopný model dichroické desky již byl začleněn do finální sestavy a došlo i k jeho zkouškám, které v říjnu loňského roku provedla firma Airbus Defence & Space. Na zkouškách se podílel i výrobce vrstev, firma Optics Balzers Jena GmbH. Její testy byly zaměřené na odraznost a propustnost těchto vrstev. Sledovalo se, kolik vstupujícího světla je odraženo a kolik naopak projde – vše se samozřejmě měřilo na různých vlnových délkách. Zkoušky ale ještě nejsou u konce. Sledovat se bude i povrchová deformace při nízkých teplotách, což zase zajistí firma AMOS, která leštila dichroické povrchy. Další letuschopný exemplář dorazí do firmy Airbus koncem listopadu letošního roku.

Letuschopný exemplář dichroického filtru pro teleskop Euclid.

Letuschopný exemplář dichroického filtru pro teleskop Euclid.
Zdroj: http://sci.esa.int

Výroba dalších pěti zrcadel již probíhá a jejich dodávka by měla proběhnout na přelomu letošního a příštího roku. Během celého výrobního procesu je tvar každého zrcadla průběžně monitorován a u dvou rovných zrcadel se sleduje i odraznost. Zkoušky sestaveného teleskopu jsou plánovány na rok 2019, jakmile budou všechny optické prvky nainstalovány na kostru sondy.

Tým, který stojí za vývojem teleskopu, zatím dokončil kritické přezkoumání návrhu CDR (Critical Design Review) všech prvků a subsystémů sondy. Jde o významné formální milníky, které mají za úkol ověřit, že návrh je podpořen adekvátními analýzami a testy, schválit výrobní proces a sestavování letového hardwaru. CDR celého teleskopu proběhlo na začátku letošního roku a CDR kompletní mise včetně všech prvků (vědeckých přístrojů a pozemního segmentu) právě probíhá a má skončit na přelomu listopadu a prosince.

„Doručení letového exempláře primárního zrcadla je velmi důležitým milníkem ve vývoji celého projektu,“ říká Giuseppe Racca, projektový manažer mise Euclid a dodává: „V zájmu vyhnutí se odkladům byly letové exempláře mnoha dílů (třeba primárního zrcadla) již vyrobeny a nyní se těšíme na CDR celé mise, což bude závěrečné potvrzení, že návrh mise Euclid je po všech stránkách v pořádku a může dosáhnout požadovaných vědeckých cílů.“

Zdroje informací:
http://sci.esa.int/
http://sci.esa.int/
http://sci.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://sci.esa.int/science-e-media/img/bf/Euclid_spacecraft_illustration_1.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b3/Korsch.png
http://sci.esa.int/science-e-media/img/09/ESA_Euclid_Primary_Mirror.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/0a/ESA_Euclid_Dichroic_QM.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/0b/ESA_Euclid_Dichroic_Mounted.jpg

Hlavní zrcadlo hledače temných složek vesmíru, 5.0 out of 5 based on 19 ratings
Pin It
(Visited 2 381 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (19 votes cast)
(Visited 2 381 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


10 komentářů ke článku “Hlavní zrcadlo hledače temných složek vesmíru”

  1. Fantasta napsal:

    Děkuji moc za hezký překlad článku. Chápu, že v zájmu popularizace jsou přirovnání typu ” počet fabií na hřišti” nutná, ale prosím přidejte sem tam i nějaké číslo z SI soustavy – třeba, že zrcadlo M1 bylo broušeno na přesnost 0,4 mikrometru. Jinak supr a nemějte mi za zlé moje stesky .

    • Adam Trhoň napsal:

      S touto prosbou bych se taky přidal. Taky mi už řekne víc údaj “zorné pole 0.53 čtverečních stupňů”, případně “rozlišení 0.1 úhlové vteřiny”. Zase je mi jasné, že tohle je popularizační web, a “počet fabií na hřišti” je pro širší veřejnost důležitější.

      Jinak informace jsem dohledal na https://www.euclid-ec.org/?page_id=2540 a tam je uvedené, že dalekohled startuje 2021…? Nebo tím myslí počátek vědecké fáze?

      • Dušan Majer napsal:

        Tohle je obecný „problém“, který se netýká jen tohoto článku. Každý článek má nějakou cílovou skupinu čtenářů. My se snažíme oslovit pokud možno všechny a není možné, aby jeden článek byl zaměřený na všechny. Vždy proto vybíráme, na koho bude tento konkrétní článek mířit. Vy, kdo jste pokročilejší, prosím, respektujte použití přirovnání a podobných metod. Právě v nich tkví jedna z podstat popularizace. Nesmí se toho samozřejmě zneužívat, musí se s tím šetřit jako s kořením. Ale Vy, pokročilí, si dokážete převést dané údaje na jednotky SI, ale pamatujte, že opačně to běžní čtenáři neumí. Nezapomínejme, že chceme být webem pro všechny a někdy jsou podobná přirovnání nezbytná. Pro pokročilé máme zase jiné články – třeba návrat k Poslovi bohů nebo Pohled pod kůži, kde nenajdete žádná přirovnání, jen údaje v jednotkách SI. Musíme tedy tu rovnováhu někde vyvažovat. 😉

        Co se termínu startu týče, tam jde opravdu o chybu, má tam být 2021/2022.

        • Adam Trhoň napsal:

          Přirovnání respektujeme a rozhodně bych ho nenahrazoval, jen doplnil. Ono je dobré i pro nás: když někomu vykládám o sondě Gaia, taky nemluvím o mikrovteřinách, ale spíš že by z metru viděla růst vlasy v reálném čase.

          Na druhou stranu, není na světě člověk ten, aby se zavděčil lidem všem, a pak by si třeba někdo stěžoval, že je tam moc technických údajů… Takže (samozřejmě 🙂 ) nechat tak, jak to uznáte za vhodné.

          A ať jen nefrflu: Mě ani tak nefascinuje kvalita toho článku, jako to, že už šest let píšete každý den nový článek (či víc). To je mazec. Tak ať Vás to baví ještě dlouho 🙂

        • Jirka Hadač napsal:

          Mě naopak přirovnání nevadí. Jen sem dumal, jestli by se nedalo vyhovět oběma skupinám – já nevím fábie, a do závorky normální míry SI.
          Mimochodem, já jsem fanda přirovnání, pokud se to teda nepřehání. Já bych se klidně přimlouval i za více přirovnání v přímých přenosech startů, mě to zase totiž na oplátku chybí. 🙂 někdy jsem už zahlcen velkými čísly, a výkon jako krb či nosnost jako ty malá zvířátka, mě se to prostě líbí.

  2. ventYl napsal:

    Zaujala ma ta opticka konfiguracia teleskopu, pretoze je nezvycajne zlozita. Aj taky ospevovany stroj ako Hubblov teleskop ma “obycajny” teleskop typu Cassegrain a ake obrazky robi.

    Toto vyzera byt velmi seriozna optika. Bude to zhruba nieco ako Cassegrain-Maksutov, ale urobeny poriadne. Cassegrain-Maksutova by takto velkeho asi spravit neslo, pretoze vstupna sosovka by vazila viac ako cely zvysok sondy.

    Inac si dovolim opravit jeden detail. Neviem sice kolko bude zrkadiel v skutocnej sonde, ale Korschova opticka sustava si vystaci s troma zrkadlami – vsetkymi zakrivenymi. M1 je parabolicke, M2 je hyperbolicke – to je klasicka konfiguracia teleskopu typu Cassegrain. Potom je pridane tretie parabolicke zrkadlo (hore na obrazku M3), ktore sluzi ako eliminator astigmatizmu – to je efekt ktory vznika v optickych sustavach a je sposobeny tym, ze kazda vlnova dlzka ma inu ohniskovu vzdialenost kvoli inym uhlom odrazu a ohybu. Ak sa snimaju plnofarbne sceny, nie vsetky farby su na optickej sustave s neriesenym astigmatizmom rovnako zaostrene. A to moze byt pri vysokej rozlisovacej schopnosti snimaca problem. Zrkadlo M1 nie je viacdielne (ako by mohol obrazok naznacovat), ale okruhle s dierou v strede. Podobne aj sikme rovinne zrkadlo. Diery su tam na to, ze cez ne prechadza luc odrazeneho svetla “dozadu” za zrkadlo. To je potrebne k tomu, aby bolo mozne umiestnit snimaciu aparaturu mimo drahy luca.

    To rovne zrkadlo vlozene pod 45 stupnovym uhlom je vlozene cisto z praktickych dovodov. V opacnom pripade by sa projekcna rovina (Bildebene hore na obrazku) nachadzala cca niekde v urovni zrkadla M1 a snimacia aparatura by tienila obraz. Je to podobne ako ked je v obycajnom Newtonianskom teleskope vpredu pred parabolou vlozeny kus zrkadla, ktore smeruje luc svetla na bok telesa, kde je “hladacik”. V opacnom pripade by bolo treba strkat hlavu pred teleskop.

    Podobny design optickej sustavy ma aj pripravovany JWST. Unho bude ale este dalsi problem s tym, ze samotna opticka sustava musi byt chladena na velmi nizku teplotu, kedze vlastne teplo teleskopu by sa prejavovalo zvysenym tepelnym sumom na snimkoch.

Zanechte komentář