Vlajková loď Evropské jižní observatoře (ESO) v chilské poušti Atacama – čtyři 8,2m obří teleskopy fungující jako optický interferometr VLTI.

Obsah hesla

[Rejstřík]

1.Jména z jazyka Mapuche
2.Interferometrie VLTI: Virtuální teleskop o průměru 200 metrů
3.Zkrocení zemské atmosféry: Adaptivní optika a laserové hvězdy
4.Průlomové objevy na Paranalu
5.Zdroje a reference

Observatoř Paranal a Very Large Telescope (VLT)

Observatoř Paranal je vlajkovou lodí pozemní optické a infračervené astronomie Evropské jižní observatoře (ESO – European Southern Observatory). Nachází se na plochém vrcholu hory Cerro Paranal v nadmořské výšce 2 635 metrů uprostřed chilské pouště Atacama – nejsuššího místa na naší planetě.

Srdcem observatoře je Very Large Telescope (VLT) – nejproduktivnější a technologicky nejvyspělejší pozemní astronomický komplex na světě.

Komplex sestává ze čtyř obřích hlavních teleskopů (Unit Telescopes – UT) o průměru primárních zrcadel 8,2 metru a čtyř menších pomocných pohyblivých teleskopů (Auxiliary Telescopes – AT) o průměru 1,8 metru.

1. Jména z jazyka Mapuche #

Čtyři obří hlavní dalekohledy VLT nesou poetická jména nebeských těles z domorodého indiánského jazyka Mapuche:

Antu (UT1) – Slunce
Kueyen (UT2) – Měsíc
Melipal (UT3) – Jižní kříž
Yepun (UT4) – Večernice (Venuše)

Každý z těchto gigantických přístrojů je chráněn samostatnou kompaktní kopulí a může pracovat buď zcela samostatně jako špičkový dalekohled s vlastní sadou vědeckých přístrojů, nebo mohou být opticky propojeny do jednoho celku.

2. Interferometrie VLTI: Virtuální teleskop o průměru 200 metrů #

Největším inženýrským triumfem observatoře Paranal je interferometr VLT (VLTI – Very Large Telescope Interferometer):

Pomocí podzemních vakuových tunelů se zrcadlovými zpožďovacími linkami dokáží astronomové sloučit světelné paprsky ze všech čtyř velkých 8,2m dalekohledů (nebo ze čtyř pomocných dalekohledů AT) do jednoho společného ohniska.
Tímto spojením vzniká virtuální obří dalekohled s rozlišovací schopností odpovídající jedinému teleskopu o průměru až 200 metrů!
Úhlové rozlišení interferometru je tak gigantické (řádově zlomky tisíciny úhlové vteřiny), že by z povrchu Země dokázal rozeznat dva reflektory automobilu stojícího na Měsíci.

3. Zkrocení zemské atmosféry: Adaptivní optika a laserové hvězdy #

Proč stavět obří dalekohledy na Zemi, když máme zemskou atmosféru, která způsobuje chvění vzduchu a rozmazává obraz hvězd?

VLT tento problém zcela vyřešil pomocí pokročilé adaptivní optiky (AO) a umělých laserových vodicích hvězd (Laser Guide Stars):

Čtveřice silných 22wattových oranžových laserů vystřeluje z teleskopu Yepun do noční oblohy paprsky naladěné na vlnovou délku sodíku (589 nm).
Ve výšce 90 km nad zemí lasery rozsvítí atomy sodíku v mezosféře a vytvoří čtyři umělé zářící „hvězdy“.
Senzory vlnoplochy měří chvění atmosféry více než 1 000krát za sekundu.
Tato data jsou posílána do deformovatelného sekundárního zrcadla o průměru 1,1 metru, které má na své zadní straně 1 170 magnetických aktuátorů. Tyto mikromotorky tisíckrát za vteřinu bleskově deformují tvar zrcadla přesně opačným způsobem, než jak vzduch obraz kazí.
Výsledek: Atmosférické rozmazání je dokonale vymazáno a VLT dosahuje na vybraných vlnových délkách ostřejšího obrazu než Hubbleův vesmírný dalekohled!

4. Průlomové objevy na Paranalu #

Nobelova cena za černou díru (2020): Přístroje NACO a GRAVITY na VLT sledovaly po dobu 26 let oběhy hvězd (zejména stálice S2) v těsné blízkosti středu naší Galaxie a přinesly nezvratný důkaz o existenci supermasivní černé díry Sagittarius A*, za což Reinhard Genzel obdržel Nobelovu cenu za fyziku.
První přímý snímek exoplanety (2004): VLT poprvé v historii přímo vyfotografoval cizí planetu obíhající kolem hnědého trpaslíka (systém 2M1207b).
Optický protějšek gravitačních vln (2017): VLT detekoval kilonovu GW170817 (srážku dvou neutronových hvězd) a prokázal, že při těchto explozích vzniká většina těžkých prvků ve vesmíru včetně zlata a platiny.

5. Zdroje a reference #

ESO (2020). Very Large Telescope: Science and Technology Overview. ESO Public Information.
Genzel, R., et al. (2010). The Galactic Center massive black hole and nuclear star cluster. Reviews of Modern Physics.
Gravity Collaboration (2018). Detection of the gravitational redshift in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole. Astronomy & Astrophysics.

Odborný astrofyzikální text včetně stavových rovnic, efemerid a spektrální klasifikace.

Profi režim

VLT (Very Large Telescope) – Optomechanika aktivní optiky, interferometrie VLTI a přístroj GRAVITY

1. Optické parametry a aktivní optika (Active Optics) #

Každý ze čtyř hlavních teleskopů UT1–UT4 je konfigurován jako systém Ritchey-Chrétien s alt-azimutální montáží:

Apertura primárního zrcadla M1: $D = 8.20,\text{m}$ (efektivní sběrná plocha $53.0,\text{m}^2$ ).
Materiál zrcadla: Sklokeramika Zerodur (Schott AG) s koeficientem tepelné roztažnosti $\alpha \approx 0 \pm 0.15 \times 10^{-7},\text{K}^{-1}$ .
Tloušťka monolitického disku: Pouhých $177,\text{mm}$ (hmotnost 23 tun). Zrcadlo je pružné a udržuje svůj teoretický tvar pomocí aktivního podpůrného systému skládajícího se ze 150 hydraulických a elektromechanických aktuátorů, které v reálném čase kompenzují gravitační deformace při změnách zenitového úhlu.
Sekundární zrcadlo M2: Beryliový disk o průměru $1.12,\text{m}$ na špičce pavouka. Na UT4 bylo nahrazeno deformovatelným zrcadlem DSM (Deformable Secondary Mirror) s 1 170 magnetickými cívkami voice-coil pro přímou korekci vlnoplochy adaptivní optikou.
Ohniska:
- Kassegrainovo ohnisko: f/13.41, měřítko zobrazení $1.87,\text{arcsec/mm}$ .
- Dvě Nasmythova ohniska (A a B) na elevované plošině: f/15.0, měřítko $1.67,\text{arcsec/mm}$ .
- Coudé ohnisko pro interferometrické vyvedení světla do podzemního tunelu.

2. Interferometrie VLTI a zpožďovací linky (Delay Lines) #

Pro koherentní interferenci fotonů z různých apertur musí být optické dráhy paprsků vyrovnány s přesností lepší než zlomek vlnové délky (desítky nanometrů):

Báze interferometru: Maximální vzdálenost mezi teleskopy činí $B_{\text{max}} = 130,\text{m}$ (UTs) a až $B_{\text{max}} = 202,\text{m}$ (ATs).
Zpožďovací linky (Optical Delay Lines): V podzemním tunelu o délce 130 m se pohybují na magnetických kolejnicích vozíky se zrcadly typu kočičí oko (cat's eye retroreflectors) vyrovnávající geometrický dráhový rozdíl (Optical Path Difference, OPD) způsobený zemskou rotací:

\text{OPD}(t) = \vec{B} \cdot \hat{s}(t) = B \cos \theta(t)

s laserovým metrologickým polohováním v subnanometrovém režimu.

Úhlové rozlišení VLTI: V pásmu K ( $2.2,\mu\text{m}$ ):

\theta_{\text{res}} \approx \frac{\lambda}{2 B} \approx \frac{2.2 \times 10^{-6}\,\text{m}}{2 \times 200\,\text{m}} \approx 5.5 \times 10^{-9}\,\text{rad} \approx 1.1\,\text{mas} \quad (0.0011\,\text{arcsec})

3. Špičková přístrojová výbava #

GRAVITY (VLTI K-band beam combiner): Čtyřkanálový interferometrický přístroj s kryogenní optikou měřící astrometrii s přesností $10 - 20,\mu\text{as}$ (mikroúhlových vteřin). Umožnil detekci relativistického gravitačního rudého posuvu a Schwarzschildovy precese peribothronu u hvězdy S2 obíhající Sagittarius A*.
MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer): Integrální pole spektrograf (IFU) s 24 spektrografickými moduly, který generuje 3D datovou kostku s 90 000 spektry současně v zorném poli $1' \times 1'$ .
SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch): Koronograf s extrémní adaptivní optikou (XAO) dosahující kontrastu $10^{-6}$ ve vzdálenosti $0.2''$ od mateřské hvězdy pro přímé zobrazování mladých plynných exoplanet a cirkumstelárních disků.
ESPRESSO: Ultra-stabilní echelle spektrograf v suterénu spojený optickými vlákny se všemi čtyřmi UT současně. Schopen měřit radiální rychlosti s přesností $10,\text{cm/s}$ pro detekci terestrických exoplanet v obyvatelných zónách.

4. Akademické reference #

Gravity Collaboration (2018). Astronomy & Astrophysics, 615, L15.
Genzel, R., et al. (2010). Reviews of Modern Physics, 82(4), 3121-3195.
Arsenault, R., et al. (2008). The Adaptive Optics Facility for the VLT. The Messenger, 133, 8-13.

Název observatoře	Observatoř Paranal / Very Large Telescope (VLT)
Organizace	Evropská jižní observatoř (ESO)
Lokalita	Cerro Paranal, poušť Atacama, Chile (2 635 m n. m.)
Hlavní teleskopy	4× zrcadlové teleskopy o průměru 8,2 m (UT1 až UT4)
Pomocné teleskopy	4× pohyblivé teleskopy AT o průměru 1,8 m
Interferometr V L T I	Ekvivalent virtuálního dalekohledu o průměru 200 m
Laserová adaptivní optika	4 oranžové lasery pro korekci chvění atmosféry
Nobelova cena za fyziku	2020 (potvrzení supermasivní černé díry Sgr A*)

Apertura hlavních zrcadel	4× 8,20 m (tloušťka 177 mm, sklokeramika Zerodur)
Aktivní optika M1	150 hydraulických a elektromechanických aktuátorů
Deformovatelné zrcadlo D S M M2	1 170 magnetických aktuátorů (korekce 1 000×/s)
Maximální báze V L T I	130 m (UT) / 202 m (AT)
Astrometrická přesnost G R A V I T Y	10 až 20 mikroúhlových vteřin (μas)
Přesnost spektrografu E S P R E S S O	10 cm/s v radiální rychlosti
Spektrální rozsah	0,3 až 25 μm (UV přes optické po střední IR)
Počet jasných nocí ročně	Více než 330 bezmračných nocí

Observatoř Paranal a Very Large Telescope (VLT)

Observatoř Paranal a Very Large Telescope (VLT)

Obsah hesla

Observatoř Paranal a Very Large Telescope (VLT)

1. Jména z jazyka Mapuche #

2. Interferometrie VLTI: Virtuální teleskop o průměru 200 metrů #

3. Zkrocení zemské atmosféry: Adaptivní optika a laserové hvězdy #

4. Průlomové objevy na Paranalu #

5. Zdroje a reference #

VLT (Very Large Telescope) – Optomechanika aktivní optiky, interferometrie VLTI a přístroj GRAVITY

1. Optické parametry a aktivní optika (Active Optics) #

2. Interferometrie VLTI a zpožďovací linky (Delay Lines) #

3. Špičková přístrojová výbava #

4. Akademické reference #

Literatura a vědecké reference

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík

Observatoř Paranal a Very Large Telescope (VLT)

Obsah hesla

Observatoř Paranal a Very Large Telescope (VLT)

1. Jména z jazyka Mapuche #

2. Interferometrie VLTI: Virtuální teleskop o průměru 200 metrů #

3. Zkrocení zemské atmosféry: Adaptivní optika a laserové hvězdy #

4. Průlomové objevy na Paranalu #

5. Zdroje a reference #

VLT (Very Large Telescope) – Optomechanika aktivní optiky, interferometrie VLTI a přístroj GRAVITY

1. Optické parametry a aktivní optika (Active Optics) #

2. Interferometrie VLTI a zpožďovací linky (Delay Lines) #

3. Špičková přístrojová výbava #

4. Akademické reference #

Literatura a vědecké reference

Související hesla v AstroWiki

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík