Das größte Teleskop der Welt kann Sterne endlich ohne Beugungsstrahlen sehen.

Ursprünglicher Autor: Ethan Siegel
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Das riesige 25-Meter-Riesen-Magellan-Teleskop (HMT) eröffnet nicht nur eine neue Ära der terrestrischen Astronomie, sondern erhält auch die ersten, modernsten Bilder des Universums, auf denen die Sterne genau so aussehen werden wie sie sind, ohne Beugungsstrahlen

Wenn wir die größten Bilder des Universums betrachten, aktivieren wir Gedächtnis und Vorstellungskraft. Wir können die Planeten des Sonnensystems mit erstaunlichen Details betrachten, Galaxien befinden sich Millionen oder sogar Milliarden Lichtjahre entfernt, Nebel, in denen neue Sterne geboren werden, und Sterne, die den unheimlichen, fatalistischen Eindruck unserer kosmischen Vergangenheit und Zukunft unseres Sonnensystems haben. Die häufigsten Objekte auf diesen Fotografien sind jedoch die Sterne, die überall und in alle Richtungen verfügbar sind, wo auch immer wir hinschauen, sowohl in unserer Milchstraße als auch darüber hinaus. Und auf allen Bildern, von Bodenteleskopen bis zu Hubble, sind die Strahlen der Sterne fast immer sichtbar: Dies ist ein Artefakt des Bildes, das dem Design von Teleskopen eigen ist. Wir bereiten uns auf die nächste Generation von Teleskopen vor, darunter 25 MeterDas riesige Magellan-Teleskop (HMT): Diese Beugungsstrahlen werden allein nicht vorhanden sein .


Die von Hubble geschossene Hickson Compact Group 31 ist eine wunderschöne „Konstellation“ von Galaxien, aber einige Sterne aus unserer eigenen Galaxie, die sich durch Beugungsstrahlen unterscheiden, treten in den Vordergrund. Diese Strahlen werden nicht nur bei der Verwendung von HMT auftreten.

Das Teleskop kann auf verschiedene Arten hergestellt werden. im Prinzip ist es nur notwendig, das Licht des Universums auf derselben Ebene zu sammeln und zu fokussieren. Frühe Teleskope wurden nach der Art der Refraktoren gebautWenn einfallendes Licht durch ein großes Objektiv fällt und auf einen einzigen Punkt fokussiert wird, von dem aus es zum Auge, zu einer fotografischen Platte oder (moderner) zu einer digitalen Matrix geleitet werden kann. Die Fähigkeiten von Refraktoren sind jedoch grundsätzlich durch die physikalische Größe der Linse der gewünschten Qualität begrenzt. Solche Teleskope überschreiten nicht einen Meter Durchmesser. Da die Bildqualität sowohl in der Auflösung als auch in der Helligkeit vom Durchmesser der Blende bestimmt wird, sind die Refraktoren vor mehr als 100 Jahren aus der Mode gekommen.


Reflektor-Teleskope haben die Refraktoren seit langem ersetzt, und die Größe, die zur Herstellung eines Spiegels zur Verfügung steht, übertrifft bei weitem die Größe, die für ein Objektiv ähnlicher Qualität zur Verfügung

steht .- kann viel mächtiger sein. Ein Spiegel mit einer gut reflektierenden Oberfläche geeigneter Form kann einfallendes Licht auf einen einzigen Punkt fokussieren, und die Größe des Spiegels, der gegossen und poliert werden kann, übersteigt die Größe der maximalen Linse deutlich. Die größten Reflektoren des Einzelspiegel-Teleskops können einen Durchmesser von bis zu 8 Metern erreichen, und die Segmentierung von Spiegeln kann sogar noch größere Abmessungen erreichen. Derzeit ist das Big Canary-Teleskop mit einem Durchmesser von 10,4 m das größte der Welt , aber in der nächsten Dekade wird dieser Rekord von zwei (und möglicherweise drei) Teleskopen übertroffen: einem 25-Meter-Höhenmotor und einem 39-Meter- europäischen extrem großen Teleskop , ELT.


Die vergleichende Größe der Spiegel verschiedener vorhandener und projizierter Teleskope. Wenn GMT auf den Markt kommt, wird es das größte der Welt sein, das erste optische Teleskop mit einem Durchmesser von 25 m in der Geschichte, aber dann wird es das ELT verdunkeln. Alle diese Teleskope haben jedoch Spiegel, und alle sind Reflektoren.

Bei beiden Teleskopen handelt es sich um Multisegment-Reflektoren, die uns Bilder des Universums geben sollen, die zuvor noch nie da gewesen sind. ELT wird im Durchmesser und in der Anzahl der Segmente sowie in den Kosten größer sein und muss einige Jahre nach GMT abgeschlossen werden. HMT wird im Durchmesser und in der Anzahl der Segmente kleiner sein (obwohl die Segmente selbst größer sein werden), billiger und wird schneller abgeschlossen. Die Bauabschnitte sind wie folgt:

  • Mit dem Graben der Grube wurde im Februar 2018 begonnen.
  • Concrete Bay - 2019,
  • Bau eines vollständig wetterfesten Gebäudes - 2021,
  • Teleskoplieferung - 2022,
  • Installation von Hauptspiegeln - Anfang 2023,
  • das erste Licht ist das Ende von 2023,
  • erste wissenschaftliche forschung - 2024,
  • Die geplante Fertigstellung des Baus ist 2025.

Sehr bald Aber selbst mit einem solch ehrgeizigen Zeitplan wird GMT einen großen optischen Vorteil haben, und zwar nicht nur gegenüber ELT, sondern generell bei allen Reflektoren: Die von ihnen geschossenen Sterne haben keine Beugungsstrahlen.


Es wird angenommen , dass der Stern, auffächert Blase Nebel bis zu 40 Mal mehr Masse als die Sonne sein kann. Beachten Sie, wie Beugungsstrahlen die Beobachtung weniger heller Strukturen in der Nähe stören.

Die vertrauten Strahlen, die Sie in Bildern von Observatorien wie dem Hubble-Teleskop beobachten, sind nicht auf den Hauptspiegel zurückzuführen, sondern auf die Notwendigkeit aufeinander folgender Reflexionen, die das Licht auf das endgültige Ziel fokussieren. Dazu ist es notwendig, den Sekundärspiegel auf irgendeine Weise zu positionieren und zu fixieren, um den Lichtstrom neu zu fokussieren. Es gibt keine Möglichkeit, das Vorhandensein von Stützstrukturen zu vermeiden, die den Sekundärspiegel halten, und sie befinden sich auf dem Weg des Lichts. Anzahl und Position der Stützen bestimmen die Anzahl der Strahlen - vier von Hubble, sechs von James Webb - und sie sind auf allen Fotos zu sehen.


Vergleich der Beugungsstrahlen für verschiedene Positionen von Gestellen im Reflektor. Der innere Kreis ist der sekundäre Spiegel, der äußere ist der Hauptspiegel; Nachfolgend sind die endgültigen Ray-Konfigurationen aufgeführt.

Alle bodengestützten Reflektoren haben solche Beugungsstrahlen; Sie werden am ELT sein. Die Lücken zwischen den 798. Sechseckspiegeln erhöhen die Stärke der Strahlen, obwohl ihre Fläche nicht mehr als 1% der Gesamtfläche des Spiegels beträgt. Jedes Mal, wenn wir ein dunkles Objekt fotografieren, das sich erfolglos in der Nähe eines hellen Objekts befindet, beispielsweise eines Sterns, verlassen wir diese Beugungsstrahlen. Selbst bei der Verwendung der Schiebefotografie, bei der zwei nahezu identische Fotos mit einer geringfügigen Verschiebung aufgenommen werden und eines von dem anderen abgezogen wird, ist es nicht möglich, diese Strahlen vollständig zu beseitigen. Ein ELT mit einem Primärspiegel mit einem Durchmesser von 39 m wird das größte Auge der Welt sein, wenn es zu Beginn des nächsten Jahrzehnts seine Arbeit aufnimmt. Dies ist ein detailliertes vorläufiges Schema mit der Anatomie des gesamten Observatoriums [anklickbar]




Das GMT, das sieben riesige acht Meter große Spiegel mit einem zentralen Spiegel und sechs symmetrisch angeordneten Spiegeln aufweist, ist auf geniale Weise darauf ausgelegt, diese Beugungsstrahlen zu eliminieren. Sechs Außenspiegel sind so angeordnet, dass sich schmale Schlitze vom Rand des Lichtsammelbereichs bis zum Zentralspiegel erstrecken. Der Sekundärspiegel wird von dünnen "Spider-Legs" -Racks getragen, die sich jedoch genau über diesen Schlitzen befinden. Da die Zahnstangen das von den Außenspiegeln verwendete Licht nicht blockieren, entstehen im Bild keine Strahlen.


Die 25-Meter-GMT befindet sich derzeit im Bau und wird das größte Bodenobservatorium der Erde. Die Halterungen für den Sekundärspiegel sind so konzipiert, dass sie genau zwischen die Spiegel passen.

Bei diesem einzigartigen Schema, bei dem Risse zwischen den Spiegeln auftreten und die Zahnstangen den zentralen Spiegel kreuzen, werden stattdessen neue Artefakte beobachtet: eine Reihe von Kreisen, die um die Ringobjekte ( Airy-Scheiben ) erscheinen, die jeden Stern umgeben. Diese Kreise erscheinen als leere Felder im Bild und werden aufgrund des Teleskoplayouts überall angezeigt. Sie haben jedoch eine sehr geringe Intensität und erscheinen für kurze Zeit; Diese Kreise füllen das Bild, wenn sich der Himmel und das Teleskop während der Nacht drehen, wodurch sich während einer langen Belichtung Licht ansammelt. Nach 15 Minuten, der Mindestzeit, um ein anständiges Foto zu erhalten, verschwinden diese Kreise vollständig.


Der Kern des Omega Centaurius- Kugelsternhaufens- eines der am dichtesten besiedelten Gebiete mit alten Sternen. GMT kann mehr Sterne als je zuvor und ohne Beugungsstrahlen unterscheiden.

Als Ergebnis erhalten wir das erste Weltklasse-Teleskop, das Sterne so sehen kann, wie sie sind - ohne Beugungsstrahlen! In seinem Schema wird es kleine Kompromisse geben, von denen der größte in einem geringen Verlust an Leuchtkraft besteht. Der physikalische Durchmesser des HMT beträgt 25,4 m, der Lichtsammelbereich hat jedoch einen "nur" Durchmesser von 22,5 m. Ein geringer Auflösungsverlust und eine geringe Blendenleistung kompensieren jedoch die Fähigkeiten dieses Teleskops, die es von allen anderen unterscheiden.


Einige der entferntesten Galaxien im beobachtbaren Universum, gesehen durch das Hubble Ultra Deep Field-Projekt. GMT wird in der Lage sein, all diese Galaxien mit einer zehnmal besseren Auflösung als Hubble zu fotografieren.

Seine Auflösung beträgt je nach Wellenlänge zwischen 6 und 10 Winkel-Millisekunden. Dies ist 10 Mal besser als bei Hubble und 100 Mal empfindlicher als diese. Er wird in der Lage sein, entfernte Galaxien in einem Abstand von zehn Milliarden Lichtjahren zu sehen, und wir werden in der Lage sein, ihre Rotationskurven zu bestimmen, Anzeichen für eine Verschmelzung zu suchen, die von ihnen ausgehende Materie zu messen, die Bereiche der Sternentstehung und Ionisationsanzeichen zu untersuchen. Wir können direkt terrestrische Exoplaneten sehen, einschließlich Proxima Centauri bbis zu 30 Lichtjahre von uns entfernt. Planeten des Jupiter-Typs werden in Entfernungen von bis zu 300 Lichtjahren sichtbar sein. Wir messen auch die Parameter des intergalaktischen Mediums und den Prozentsatz chemischer Elemente, wo immer wir hinschauen. Wir können auch die frühesten supermassiven Schwarzen Löcher erkennen.


Je weiter von uns entfernt das Quasar oder das supermassive Schwarze Loch ist, desto stärker ist das Teleskop (und die Kamera), um es zu erkennen. Der Vorteil von HMT ist die Fähigkeit, die Spektroskopie solcher ultralistischer Objekte nach ihrer Detektion durchzuführen.

Wir können auch direkte spektroskopische Messungen einzelner Sterne in dicht besiedelten Clustern und Umgebungen durchführen, die Details der Struktur benachbarter Galaxien studieren und die Systeme von zwei, drei und mehreren Sternen im Detail beobachten. Dies schließt sogar die Sterne im Zentrum der Galaxie ein, die sich 25.000 Lichtjahre entfernt befinden. Und das natürlich ohne Beugungsstrahlen.


Das Bild zeigt eine Verbesserung der Auflösung des Bildes des galaktischen Zentrums mit einer Winkelgröße von 5 Bogensekunden - von Kecks Teleskopen mit adaptiver Optik bis hin zu zukünftigen Teleskopen wie LMP. Und nur bei GMT-Sternen gibt es keine Beugungsstrahlen.

Verglichen mit dem, was wir heute in den besten Observatorien der Welt sehen können, wird die nächste Generation bodengestützter Teleskope eine ganze Galaxie neuer Grenzen eröffnen und die Geheimnisse des unsichtbaren Universums abtun. Neben Planeten, Sternen, Gas, Plasma, Schwarzen Löchern, Galaxien und Nebeln werden wir Objekte und Phänomene betrachten, die wir zuvor nicht gesehen haben. Und bis wir sie betrachten, werden wir nicht genau wissen, welche Wunder das Universum für uns vorbereitet hat. Dank des genialen und innovativen Projekts von HMT öffnen sich plötzlich die Objekte, die wir aufgrund der Beugungsstrahlen heller Sterne in der Nähe vermissen. Wir müssen ein ganz neues Universum beobachten, und dieses einzigartige Teleskop wird uns zeigen, was bisher niemand sehen kann.

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