Primární zrcadlo nového teleskopu

Primární zrcadlo dalekohledu Nancy Grace Roman Space Telescope (dříve WFIRST), které bude sbírat světlo z blízkých i vzdálených kosmických objektů bylo dokončeno. S tímto zrcadlem bude moci nový dalekohled zachytit úžasné pohledy do kosmického prostoru, přičemž jeho zorné pole bude 100× větší než v případě Hubbleova teleskopu. „Jde o významný milník,“ říká Scott Smith, manažer tohoto teleskopu z Goddardova střediska v marylandském Greenbeltu a dodává: „Úspěch závisí na týmu, ve kterém každý člen vykonává svou práci. To platí zejména v našem současném náročném prostředí. Každý má svou roli pro sběr prvních snímků a odpovědí na inspirativní otázky.

Teleskop zkráceně nazvaný Roman má nahlédnout skrz prach až do dalekých končin vesmíru, které jsou vzdálené nejen délkou, ale i časem. Bude totiž studovat vesmír v infračervené části spektra, které je lidským okem neviditelné. Detaily, která tato pozorování přinesou, jsou přímo závislé na velikosti zrcadla – větší plocha zachytí více světla a mohou tak být zaznamenány i slabší detaily.

Primární zrcadlo teleskopu Roman má průměr 2,4 metru.

Primární zrcadlo teleskopu Roman má průměr 2,4 metru.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Primární zrcadlo teleskopu Roman má průměr 2,4 metru. Je sice stejně velké jako zrcadlo na Hubbleově teleskopu, ale váží oproti němu pouze jednu čtvrtinu! Díky pokrokům v technologiích bude primární zrcadlo teleskopu Roman vážit pouze 186 kilogramů. Toto zrcadlo bude díky přesné spolupráci s dalšími optickými prvky posílat světlo do dvou vědeckých přístrojů – WFI a koronografu. První jmenovaný přístroj (celým názvem Wide Field Instrument) je v podstatě kamera s rozlišením 300 megapixelů, která zvládne zachytit stejně ostré a detailní snímky jako Hubbleův teleskop, jen na téměř 100× větším zorném poli. Díky tomuto přístroji budou vědci schopni zmapovat strukturu a rozložení temné hmoty, studovat planetární systémy kolem jiných hvězd a prozkoumat, jak se vesmír vyvinul do současného stavu.

Návrh útrob koronografu

Návrh útrob koronografu
Zdroj: https://wfirst.gsfc.nasa.gov

Koronograf zase prověří technologie, které blokují záři hvězd a umožní tak astronomům přímo nasnímat planety, které kolem nich krouží. Pokud si technologie v koronografu povedou podle očekávání, mohli bychom díky nim spatřit i planety, které jsou téměř miliardkrát méně jasné než jejich mateřské hvězdy. Vědci by tak dostali možnost detailně studovat obří planety u cizích hvězd.

Teleskop Roman má být umístěn zhruba 1,5 milionu kilometrů od Země na opačné straně než je Slunce. Válcovitý tvar těla pomůže blokovat nežádoucí světlo od Slunce, Země či Měsíce a pozice teleskopu zase zajistí dobré chlazení senzorů, které je pro zachycení slabých infračervených paprsků nezbytné. Primární zrcadlo zažije od výroby přes zkoušky na Zemi až po provoz v kosmickém prostoru široké spektrum teplot. Proto je vyrobeno ze speciálního skla s ultranízkou tepelnou roztažností. Většina materiálů se při změnách teploty rozpíná a smršťuje, ale kdyby primární zrcadlo měnilo tvar, docházelo by k pokřivení snímků z teleskopu. Samotné primární zrcadlo teleskopu Roman i jeho podpůrná konstrukce jsou navrženy tak, aby se minimalizovalo prohýbání, čímž bude zachována kvalita pozorování.

Primární zrcadlo teleskopu Roman

Primární zrcadlo teleskopu Roman
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Vývoj zrcadla pro teleskop Roman je dnes v mnohem pokročilejší fázi než by se v této fázi vývoje projektu očekávalo. Je to způsobeno tím, že NASA zrcadlo získala od úřadu NRO. Tým však musel upravit tvar zrcadla a jeho povrch, aby odpovídalo vědeckým úkolům teleskopu Roman. Nově upravený povrch primárního zrcadla je pokryt vrstvou stříbra o tloušťce pouze 400 nanometrů – je tedy zhruba 200× tenčí než lidský vlas. Stříbrný povlak byl vybrán speciálně na míru potřebám teleskopu, který bude pracovat v infračervené části spektra. Tento povlak totiž perfektně odráží záření z blízké infračervené oblasti. Oproti tomu primární zrcadlo Hubbleova teleskopu je pokryto vrstvičkou hliníku a fluoridu hořečnatého, aby byla optimalizována odrazivost viditelného a ultrafialového světla. Z podobných důvodů má Dalekohled Jamese Webba zrcadla pokrytá vrstvičkou zlata, které je vhodné pro infračervené záření s větší vlnovou délkou.

Umělecká představa teleskopu Nancy Grace Roman Space Telescope (dříve WFIRST)

Umělecká představa teleskopu Nancy Grace Roman Space Telescope (dříve WFIRST)
Zdroj: https://assets.cdn.spaceflightnow.com

Ale zpět k zrcadlu pro Nancy Grace Roman Space Telescope. To je nyní vyleštěno tak dobře, že průměrný hrbolek na jeho povrchu je pouze 1,2 nanometru vysoký. Jinými slovy – zrcadlo je 2× hladší, než co stanovují požadavky mise. Pokud bychom zrcadlo zvětšili na velikost Země, pak by tyto hrbolky byly pouze 6,35 milimetru vysoké. „Zrcadlo bylo precizně dokončeno, aby měl Roman Space Telescope dobré optické rozlišení,“ říká Bonnie Patterson, programová manažerka firmy L3Harris Technologies v Rochesteru, stát New York a dodává: „Jelikož je mnohem hladší, než bylo vyžadováno, poskytne ještě větší vědecké přínosy, než se očekávalo.

Zrcadlo nyní bude vystaveno dalším testům, které zajistí firmy L3Harris. Už teď má za sebou první zkoušky, které ověřovaly jeho chování jak za nízkých, tak i vysokých teplot. Nová várka testů proběhne se zrcadlem připojeným k jeho podpůrné konstrukci. „Primární zrcadlo teleskopu Roman je dokončeno, ale naše práce zatím nekončí,“ říká Smith a dodává: „Těšíme se, až uvidíme tuto misi startovat a nemůžeme se dočkat tajemství, která odhalí.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pm2_1.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pm10.jpg
https://wfirst.gsfc.nasa.gov/images/coronagraph%20elements.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/side_image/public/thumbnails/image/pm3.jpg
https://assets.cdn.spaceflightnow.com/…/WFIRST-Bright-Right-sm-678×381.png

Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

15 komentářů ke článku “Primární zrcadlo nového teleskopu”

  1. PetrV napsal:

    Herschel i Planck teleskop skoncili vyčerpáním chladicí kapaliny po relativne krátkém čase.
    Neuvažuje se o jejím doplňování v L2 u WFIRST?
    Panely mely oba teleskopy malé a jsou ve stínu Země v L2. To stačí nebo je tam jiný zdroj el. Energie, např. jaderný?

    • gones napsal:

      L2, ve vztahu Slunce – Země, je velmi rozsáhlá oblast (takový bramboroid o rozměrech ve ve stovkách tisíců km). Všechny družice v L2 mají normální solární panely, na které dopadá asi 1100 W/m2. Družice v těchto oblastech (Lagranžovy body) obvykle krouží po elipse kolmé k ose Slunce-Země a stínu Země se záměrně vyhýbají. Stín Země v L2 je poměrně úzký kužel, takže to není problém. Obvyklé znázornění Lagrangových bodů bohužel svádí k tomu, že si čtenář tvoří mylnou představu, je to dáno nedodržením měřítka v obrázku.

  2. Vaclav napsal:

    Stříbro nevidím jako dobrý prvek pro pokovení. Pokud nebude v klimatizovaném prostoru dostane se k němu síra, která je běžně v ovzduší a bude černat. Startovat má zhruba za pět let což je dostatečná doba pro expozici síry. Druhá poznámka se týká porovnávání s Hubblem, uvítal bych porovnání s Webem, který má pracovat ve stejné oblasti spektra na rozdíl od Hubbla ,který pracuje jinde. Třetí poznámka se týká druhého darovaného korpusu – je již v plánu též jeho nějaké využití ? A konečně čtvrtá – bez koronografu se snad planety fotit nedají.

    • PetrV napsal:

      JWST je složitý,stál obrovské úsilí,ale není jistota,že bude dobře fungovat. Podle mne tam bude šum z nechraneneho primarniho zrcadla od kosmickeho prachu. Herschel,planck, roman mají zrcadlo ukryté v tubusu.
      Mohu se mýlit, ale mám o funkčnosti JWST silné pochybnosti.

      • gones napsal:

        Tubus není žádná ochrana proti zachycení prachu. Už jen kvůli tomu, že je na jednom konci zcela otevřený. Jemný prach obvykle není na snímcích vidět, jednak kvůli své velikosti (malosti), nemusí při dané vlnové délce rušit a také kvůli softwarovému zpracování snímků. JSWT má stejnou šanci fungovat jako ostatní teleskopy. Je prostě jen velký a primární zrcadlo je skládané, ale není tam nic navíc oproti ostatním. Pro firmy, co zajišťují výrobu, to je výzva ohledně udržení kvality, což se hluboce kontroluje. Ještě víc po úvodním fiasku s Hubblem.

      • gones napsal:

        Ještě dodám, že otevřený design JSWT primárního zrcadla je záměrný. Důvodem je nutnost silného ochlazení zrcadla na úroveň 50 Kelvinú (-223°C), s cílem snížení parazitního infračerveného (tepelného) záření. Účelem je snížit parazitní šum na snímačích a mít možnost odlišit i nejslabší sledovaný obraz od šumového pozadí. Ale mezi družicemi se to silně liší. Např. Hubble pracuje při +15°C, Euclid bude pracovat při -150°C a jiné teleskopy pracují při -170°C na primárním zrcadle. Prostě, co je potřeba.

        Další překážka může být námraza, tzn. molekuly plynů přichycené na optických částech. K tomu slouží dekontaminace optické cesty, která probíhá zhruba jednou za rok nebo dle potřeby.

    • Vojta napsal:

      Co na to říct? V klimatizovaném prostoru samozřejmě bude stejně jako všechen letový hardware. On ten hliník na Hubblu taky není zrovna odolný vůči atmosférickým podmínkám. Přesto se používá i na pozemních teleskopech. Jen se jejich hlavní zrcadlo musí jednou za čas vymontovat a odrazná plocha obnovit. Tady se můžete podívat, jak se to dělá:
      https://www.youtube.com/watch?v=fcPSUWsTDYk

      S Webbem je to porovnání ještě víc disproporční než s Hubblem. Roman bude pracovat od viditelné do blízké infračervené oblasti (vlnová délka do 2 mikronů), Webb může jít od viditelné až do střední infračervené (28,5 mikronu). Zorné pole je také úplně jinde: Roman 0,28 čtverečního stupně, Webb asi stokrát menší (záleží na použitém přístroji: https://jwst-docs.stsci.edu/jwst-observatory-hardware/jwst-field-of-view). Roman má jen dva věděcké přístroje, Webb jich má pět.

      Roman tedy rozhodně není žádný levný nástupce Webba, je to přístroj s úplně jiným využitím. Pravděpodobně budou i spolupracovat – Roman vyhledá kandidáty na zajímavé objekty a Webb je pak prozkoumá důkladněji.

    • gones napsal:

      Stříbro je to nejlepší, co známe. Dokonalá odrazivost v tomto rozsahu vlnových délek, je to důležité. To zrcadlo se nikdy nedostane mimo řízenou atmosféru. Tohle nejsou vidličky po babičce, i ty potřebují nějakou chvíli ke zčernání.

  3. Vaclav napsal:

    Jde o to, zda by zrcadlo, které má NASA skladem, vybavené dnešní technologií nenahradilo, či dokonce nepřekonalo JWST. JWST měl letět 2007, má 14 let zpoždění a ročně požírá o hodně více než je půl miliardy a jeho technologie nezadržitelně zastarává a již zastarala.

    • gones napsal:

      Nezastarala. Výrobní procesy a řízení kvality nezastarává tak rychle, jako elektronika. Rozhodně to není tak, že konstrukce a povrchy, řídicí počítač apod., použité na JSWT, mohou být dnes nahrazeny něčím zázračně skvělým. JSWT je stále „cutting edge“ technologie. To si nemyslím, to vím z praxe. Maximálně se nahradí datové uložiště a možná komunikační kanál, ale i s tím se počítá několik let dopředu. Na druhou stranu, nové neznamená automaticky lepší. Ještě je potřeba spolehlivost, její ověření trvá roky. Vzhledem k tomu, že space projekty jedou hlavně na spolehlivost a ověřenost technologíí, i 14 let opožděný JSWT je stále to nejnovější spolehlivé, co máme. Snad se mi to povedlo vysvětlit.

      • Vaclav napsal:

        Space projekty, alespoň v NASA, jsou vždy na špici vývoje daleko před civilním využitím. Pro daný úkol se vždy vyvíjí zcela novátorské pokročilejší zařízení. Právě mnoho odkladů je způsobeno tím, že se vývoj opozdí oproti prognóze. Prověřené věci se montují snad jen v Rusku s nepatrným efektem pro pokrok.

        • gones napsal:

          Je tohle ten samý Václav z času 9:59? =)

          • Bigbaz napsal:

            Ano, vzhledem k nutnosti registrace a nemožnosti mít stejnou přezdívku pro více lídí, tak ano je to ten samý Vaclav.
            Asi si zapomenul prenout ucet….

        • SFENCE napsal:

          Par let nazpet jsem byl v kontaktu s osobou z firmy jez vyrabi mimo jine elektroniku pro ESA.
          A garantuji Vam ze FPGA rady Virtex 5, o kterych tehda mluvil, ze se pouzivaji pro vesmirne aplikace, uz tehdy byli technologicky cca 10 let za tim, co bylo mozne pouzit zde, na zemskem povrchu (Virtexy rady 7).

          A mozna mi ani neuverite, kdyz Vam reknu, ze dodneska jsou Virtexi 5 z roku 2006 to nejlepsi co Xilinx v space-grade kvalite nabizi, prestoze uz dnes je mozne zde na zemi pouzivat novou radu FPGA Ultrascale…

          O tom, ze se dodneska pouzivaji prevazne „predpotopni“ soucastky s dratovymi vyvody, ani nemluve… pritom, kolik hmotnosti by se dalo usetrit povrchovou montazi….

          • gones napsal:

            Důležitá otázka zní, zda povrchově montované elektro součástky zvládnou zůstat na místě při přetížení např. 20-40g ve všech třech osách. Druhá otázka zní, zda je výrobce ochoten se za to zaručit vlastními penězi.
            Osobně si nemyslím, že přechodem na SMD (nebo podobné) se ušetří víc, než pár kilogramů. Víc hmoty by se ušetřilo, kdyby se ve space povolilo svařování jako běžný montážní postup.

            Ono se může zdát, že v ESA/NASA jsou zpátečníci a nepřejí novým technologiím, ale problém je právě v té spolehlivosti každého prvku. Pokud chcete použít něco nového (zatím neletěného), musíte se svou vlastní kůží zaručit, že to bude fungovat. Takže aby si dizajnéři a výrobci mohli být jisti, musí provést velmi nákladné testy, kvalifikaci a certifikaci. Mnohem jednodušší je použít ověřenou (čti starší technologii).

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.