Nowe Oko Na Kosmos.pdf

WYPRAWY

Nowe oko na kosmos

Na najwyýszej grze basenu Oceanu Spokojnego po 10 latach

ýmudnych prac stan¸ teleskop, ktry jakoæci zdj«

by moýe pobije obserwatoria kosmiczne

Gary Stix, cz¸onek zespo¸u redakcyjnego Scientific American

Zdj«cia Andy Ryan

ku czerwonawego ýuýlu wzno-

szcym si« nad urwistym, kr«tym

szlakiem widzowie æledzili posuwajcy

si« w ý¸wim tempie konwj. Wspinanie

si« na odcinku d¸ugoæci zaledwie 100 km,

od portu morskiego poprzez pofa¸dowa-

ne tereny uprawne i smolistoczarne pola

lawy poza enklaw« astronomw na wy-

sokoæci ponad 2800 m i dalej w gr« po

wskiej drodze wykutej w zatrwaýajco

stromych i niestabilnych zboczach od

dawna drzemicego wulkanu, zaj«¸o te-

mu orszakowi trzy dni. Szybki piechur

mg¸by wyprzedzi t« gwardi« honorow

pojazdw z nap«dem na cztery ko¸a, s¸u-

ýcych za eskort« olbrzymiej platformy.

Dwa 450-konne cigniki, po¸czone lin

gruboæci 10 cm, dwiga¸y oæmioktn sta-

low skrzyni« zawierajc 22-tonowy ka-

wa¸ szk¸a, zbyt delikatny, by utrzyma¸ si«

pod swym w¸asnym ci«ýarem. Mimo

warstw nowoczesnej wyæci¸ki amorty-

zujcej wstrzsy upadek znajdujcego si«

w ærodku zwierciad¸a z wysokoæci zaled-

wie p¸ metra mg¸by spowodowa jego

zniszczenie. Gdyby zosta¸o uszkodzone,

budowa tego gigantycznego teleskopu Ð

ca¸e dziesi«ciolecie projektowania i pro-

dukcji Ð opni¸aby si« o wiele lat i po-

ch¸on«¸a kolejne miliony dolarw.

Podczas pokonywania serpentyn sta-

lowa skrzynia wystawa¸a tak daleko po-

za obrys cignikw, ýe ich delikatnemu

¸adunkowi grozi¸o zarycie si« w nasyp

z popio¸u wulkanicznego po jednej stro-

nie lub stoczenie w d¸ stromego stoku

po drugiej. W odpowiednim miejscu

technika moýe jednak czyni istne cu-

da. Tu, wærd popio¸w wyrzuconych

z trzewi Mauna Kea, skd wyranie wi-

da ocean, zda¸y si« ujawni i wsp¸-

dzia¸a pierwotne ýywio¸y powietrza,

ziemi, ognia i wody. Gdy konwj zbliýa¸

si« do wierzcho¸ka, uwaýanego przez

wyznawcw pradawnej religii na wy-

spie Hawaii za æwi«t siedzib« bogini

æniegu, przybra¸ kszta¸t ogromnego

krzyýa. Rzd cignikw Ford Explorers

i Toyota 4Runners tworzy¸ jego trzon,

a absurdalnie sterczce stalowe opako-

wanie Ð ramiona. Nad nimi zaæ, poærd

ksi«ýycowego krajobrazu na wysokoæci

4200 m, srebrzysta kopu¸a obserwato-

rium Gemini North oczekiwa¸a w pal-

cym czerwcowym s¸oÄcu na przyj«cie

owego szklanego cuda, tak by ukoÄczo-

64 å WIAT N AUKI Czerwiec 1999

Z punktu obserwacyjnego na pagr-

üOWCA GWIAZD, zwierciad¸o o ærednicy

8.1 m, zamkni«te w obudowie ochronnej,

posuwa si« w stron« miejsca przeznaczenia

Ð srebrzystej otwartej kopu¸y (poniýej) ob-

serwatorium Gemini North na szczycie

Mauna Kea.

ny zosta¸ ten pomnik ku czci æwieckiej

religii.

Czy pradawnych bogw rozgniewa

taki æwi«tokradczy najazd? Kto wie. Jeæli

wespniesz si« na pomost na szczycie tej

lænicej obrotowej p¸kuli i rozpostrzesz

ramiona, moýesz og¸osi si« krlem

æwiata. W tej chwili czubek twej g¸owy

b«dzie stanowi¸ najwyýszy punkt w ca-

¸ym basenie Oceanu Spokojnego.

Ten podj«ty z najwi«kszymi ærodka-

mi ostroýnoæci transport kruchego

zwierciad¸a na szczyt gry oznacza¸ ko-

niec jednego z najbardziej ryzykownych

etapw projektu Gemini, lecz zarazem

pocztek szeæciomiesi«cznego okresu

wyt«ýonej pracy. Z harmonogramu wy-

nika¸o, ýe inýynierowie powinni po¸-

czy ze sob i przetestowa wszystkie

g¸wne uk¸ady teleskopu w cigu p¸

roku, tak by obserwatorium mog¸o

ãuzyska pierwsze æwiat¸oÓ Ð czyli

otrzyma pierwsze zdj«cia kosmosu Ð

przed æwi«tami Boýego Narodzenia.

îw napi«ty plan prac wynika¸ zarw-

no ze skpego budýetu, jak i z ostrego

wsp¸zawodnictwa. W cigu 10 miesi«-

cy od maja 1998 roku Gemini i inne ol-

brzymie instrumenty, takie jak Very

Large Telescope (Bardzo Duýy Tele-

skop) Po¸udniowego Obserwatorium

Europejskiego (ESO) w p¸nocnym Chi-

le oraz japoÄskie Krajowe Obserwato-

rium Astronomiczne powinny wychwy-

ci swoje pierwsze æwiat¸o gwiazd.

Teleskop japoÄski, nazwany Subaru (po

japoÄsku Plejady) wy¸ania si« z innego

usianego ska¸ami ýuýlowego stoýka po-

¸oýonego jedynie kilkaset metrw dalej

[patrz: WIADOMOåCI I OPINIE , ãJaponia

do¸cza do ekstraklasy zbieraczy æwia-

t¸aÓ, strona 23].

Gemini North nie b«dzie najwi«kszym

kolektorem æwiat¸a ostatniej generacji.

Nie ma teý pe¸nego wyposaýenia w op-

tyczne i podczerwone kamery i spektro-

grafy, jakimi moýe si« poszczyci wielu je-

å WIAT N AUKI Czerwiec 1999 65

Montaý

teleskopu

Gemini rozpocz¸ montaý

g¸wnych elementw teleskopu. Pod

koniec czerwca cigniki o wielkiej

mocy wcign«¸y zwierciad¸o z portu

w Kawaihae Bay (1) drogami grski-

mi (2) do kopu¸y Gemini (3) na szczyt

Mauna Kea. 11 grudnia zwierciad¸o

opuæci¸o komor« do napylaÄ (4) .

Dwig unis¸ wwczas lustro i umie-

æci¸ je w obudowie (5) .

Zainstalowanych w obudowie

zwierciad¸a 120 sterowanych kom-

puterowo si¸ownikw wywiera nacisk

na 20-centymetrow tafl« szklan lu-

stra i utrzymuje jej kszta¸t. Te korek-

ty kompensuj drobne deformacje

wywo¸ywane zmianami kierunku i si-

¸y wiatru, temperatury czy pozycji te-

leskopu. Regulacje pozbawiaj po-

wierzchni« zwierciad¸a nieprawid¸o-

woæci kszta¸tu, jakie stanowi¸y pro-

blem dla Teleskopu HubbleÕa. Przy

odpowiednio nastawionych si¸ow-

nikach ca¸a powierzchnia lustra sta-

je si« jednorodna z dok¸adnoæci

100Ð200 nm.

Po umieszczeniu zwierciad¸a

w obudowie inýynier optomechanik

Eric Hansen zabra¸ si« do instalowa-

nia w niej czujnikw (6) . Kilka dni

pniej zwierciad¸o wælizn«¸o si« na

swoje miejsce w szkielecie telesko-

pu na pneumatycznym podnoæniku

dzia¸ajcym jak poduszkowiec (7) .

Konstrukcja teleskopu (8) utrzymu-

je tak sam temperatur« jak powie-

trze na zewntrz, po cz«æci dzi«ki

10-metrowym otworom w bocznych

æcianach kopu¸y (9) , ktrymi ulatuj

ciep¸e i zimne wiry mogce pogor-

szy jakoæ obrazw.

66 å WIAT N AUKI Czerwiec 1999

W ostatnich miesicach zesp¸

go rywali. Lecz budowniczowie Gemini

zdecydowani s wygra wsp¸zawodnic-

two w uzyskiwaniu obrazw z podczer-

wonego koÄca widma elektromagnetycz-

nego. PodczerwieÄ jest stosunkowo s¸abo

zbadanym rejonem, w ktrym astrono-

mowie poszukuj obszarw powstawa-

nia gwiazd, zamkni«tych w ob¸okach py-

¸u poch¸aniajcego æwiat¸o widzialne.

W tym obszarze widma poszukuje si«

takýe æladw najstarszych galaktyk, kt-

rych promieniowanie przesuni«te jest

w stron« tych d¸ugoæci fal w trakcie ich

oddalania si« od nas z niewyobraýalnymi

pr«dkoæciami.

To, co wyrýnia Gemini North, da¸o

si« zauwaýy w obserwatorium juý w po-

¸owie grudnia, jeæli ktoæ chcia¸ pogrze-

szczeg¸y z podr«cznika projektowania

nowoczesnych teleskopw. Opowiada¸,

w jaki sposb wywietrzniki otwierajce

si« i zamykajce jak olbrzymie aluminio-

we usta pomagaj usuwa zniekszta¸ca-

jce obraz prdy turbulentnego powie-

trza wewntrz kopu¸y, wiry powstajce

w wyniku rýnic temperatur pomi«dzy

teleskopem, kopu¸ a otaczajcym po-

wietrzem. ãMoýemy sprowadzi rýni-

c« temperatur pomi«dzy otoczeniem a

tymi 300 t stali do poziomu jednego stop-

niaÓ Ð mwi¸.

Ta dba¸oæ o szczeg¸y powinna

umoýliwi Gemini dostrzeganie w bli-

skiej podczerwieni szczeg¸w o roz-

miarach ktowych siedmiu setnych

sekundy ¸uku. Obraz b«dzie zatem

Na tydzieÄ przed Boýym Narodze-

niem sta¸o si« dla Mountaina jasne, ýe

Gemini wykona pierwsze zdj«cia firma-

mentu najwczeæniej w po¸owie stycz-

nia. By¸oby to jedynie drobnym naru-

szeniem harmonogramu u¸oýonego

ponad cztery lata wczeæniej. Lecz praw-

d« powiedziawszy, ani Mountain, ani

szef projektu Jim Oschmann nie wie-

dzieli dok¸adnie, ile jeszcze pozostanie

pracy do momentu, gdy nakaý, by

otwarto szczeliny kopu¸y i skierowano

oko tego 342-tonowego potwora na jakiæ

gwiezdny punkcik.

W przepastnej kopule narasta¸a atmos-

fera oczekiwania. Inýynierowie i techni-

cy w brzowych kombinezonach zwie-

szali si« jak ma¸py z konstrukcji tele-

Samo zwierciad¸o jest majstersztykiem: ýaden kamieÄ szlachetny

nie by¸ nigdy szlifowany z zachowaniem wi«kszej symetrii.

ba wærd fragmentw tej uk¸adanki dla

Tytanw, ktrej cz«æ leýa¸a jeszcze po-

rozrzucana na stalowej pod¸odze. Pod-

czas gdy po kopule o ærednicy 36 m roz-

chodzi¸o si« echo uderzeÄ metalu o

metal, Matt Mountain, rozmowny An-

glik kierujcy tym programem, spogl-

da¸ z wyran dum na wierzcho¸ek te-

leskopu wznoszcy si« 20 m wyýej. Tam

w¸aænie metrowe lustro wtrne b«dzie

skupia æwiat¸o zbierane przez g¸wne

zwierciad¸o o ærednicy 8.1 m, tworzc sil-

n stabiln wizk«. Nad nim, w miejscu,

gdzie w wi«kszoæci teleskopw znajdu-

je si« gruba kratownica za¸adowana spe-

cjalistycznymi przyrzdami, mi«dzy

zwierciad¸em g¸wnym a niebiosami, po-

zosta¸y jedynie dwie cienkie, krzyýujce

si« stalowe ¸opatki, coæ na kszta¸t krzy-

wonogiego pajka. ãTen pajk emituje

promieniowanie wprost do wizki tele-

skopuÓ Ð mwi Mountain. W promienio-

waniu, ktre powoduje, ýe ch¸odna stal

jarzy si« w detektorze podczerwieni jak

rozpalona podstawka pod polana w

kominku, moýe uton s¸aby sygna¸ mi«-

dzygwiazdowy. ãIm cieÄszego zrobisz

pajka, tym mniej b«dzie tej emisjiÓ Ð

zauwaýa.

Mountain, ktry przysi«ga¸, ýe jego

nazwisko (po angielsku Gra) nie by¸o

warunkiem wst«pnym zatrudnienia go

na stanowisku dyrektora, wymieni¸ jed-

nym tchem list« ulepszeÄ redukujcych

poziom promieniowania podczerwone-

go, takich jak pokrycie lustra warstw

srebra. Srebro i inne ærodki powinny

zmniejszy poziom t¸a promieniowania

podczerwonego emitowanego przez sam

teleskop do 3Ð4%, poniýej jednej pitej

nat«ýenia typowego dla naziemnych ob-

serwatoriw. Mountain recytowa¸ dalej

ostrzejszy niý te, ktre jest w stanie uzy-

ska Kosmiczny Teleskop HubbleÕa ze

swym stosunkowo niewielkim 2.5-me-

trowym teleskopem. Jedna sekunda

¸uku to 1 / 3600 stopnia. Przy takiej

zdolnoæci rozdzielczej Gemini astro-

nom teoretycznie potrafi¸by odczyta

logo NASA umieszczone w odleg¸oæci

350 km na Mi«dzynarodowej Stacji

Kosmicznej Ð gdyby æwieci¸o ono w

podczerwieni.

Mountain, z wykszta¸cenia astronom,

poæwi«ci¸ wi«kszoæ swojej kariery na-

ukowej budowie i udoskonalaniu in-

strumentw pracujcych w podczerwie-

ni. Zanim zaj¸ si« Gemini, zmontowa¸

spektrometr podczerwieni na ssiednim

brytyjskim Teleskopie Podczerwonym

na Mauna Kea, a potem kierowa¸ wcze-

snymi etapami ulepszania optyki tego

teleskopu.

W nocy poprzedzajcej w«drwk« na

szczyt Mountain by¸ na nogach jeszcze

po p¸nocy, gdyý opiekowa¸ si« swoim

jednorocznym, chorym na b¸onic« syn-

kiem. Nocne przyzwyczajenia astrono-

ma dobrze przygotowa¸y Mountaina do

ojcostwa Ð i ten styl ýycia okaýe si« bar-

dzo potrzebny w cigu kilku nast«p-

nych tygodni, gdy pierwsze æwiat¸o

oznajmi swego rodzaju nowe narodzi-

ny. Wysoki i kr«py 42-latek z bujn czu-

pryn ciemnych lokw nie zosta¸ z pew-

noæci zatrudniony z powodu swego

nazwiska. To jego wyrozumia¸oæ oraz

bezkonfliktowy styl kierowania prac

i ludmi sprawia, ýe z powodzeniem

poæredniczy mi«dzy rýnymi grupami

zaangaýowanymi w ten projekt, do kt-

rych naleý zarwno wybitni nauko-

wcy, jak i urz«dnicy rzdowi z siedmiu

krajw.

skopu, poprawiajc pofa¸dowane w har-

monijk« metalowe pokrycie zwierciad¸a.

Mimo nieznoænego zimna panujcego

w nie ogrzewanej kopule technicy insta-

lowali æwiat¸owody i okablowanie elek-

tryczne. ãPrzyda¸aby mi si« dodatkowa

para p¸ucÓ Ð oznajmi¸ cz¸onek zespo¸u

elektrykw, Andrew Gushiken, komen-

tujc obniýon zawartoæ tlenu w powie-

trzu, mniejsz o 40% od tej, ktr rozko-

szowali si« szcz«æliwcy nurkujcy i

surfujcy na falach oceanu kilka kilome-

trw poniýej. Robotnicy dokonywali koÄ-

cowych regulacji zarwno wewntrz, jak

i na zewntrz obudowy zwierciad¸a Ð

olbrzymiej, pomalowanej na niebiesko

cylindrycznej konstrukcji utrzymujcej

lustro i wyginajcej je pod nadzorem

komputera do odpowiedniego kszta¸tu.

Napis nabazgrany na tablicy przywo¸y-

wa¸ do porzdku kaýdego, komu przy-

sz¸oby do g¸owy zrobi sobie przerw«

w pracy: ãûadnych obserwacji na pozio-

mie obserwacyjnymÓ.

ãMoýemy si« spni miesic z otrzy-

maniem pierwszego æwiat¸a, ale nie wi«-

cej Ð oæwiadczy¸ Mountain, wymachujc

r«kami. Ð Od tego zaleýy wiarogodnoæ

tego programu i przysz¸ych przedsi«-

wzi«.Ó Jeæliby prace si« przeciga¸y, mo-

g¸oby to wstrzyma realizacj« planw

przeniesienia zespo¸u montaýowego do

p¸nocnego Chile, gdzie Ð jak to suge-

ruje nazwa Gemini Ð identyczny bli-

niak otworzy swoje oko na Wszech-

æwiat, zanim jego p¸nocny brat skoÄczy

dwa lata. Majc do dyspozycji Gemini

North i Gemini South, astronom b«dzie

w stanie opracowa program obserwa-

cyjny obejmujcy ca¸e niebo: od obsza-

rw powstawania gwiazd w Ob¸oku

Magellana po galaktyki G¸«bokiego Po-

å WIAT N AUKI Czerwiec 1999 67

DELIKATNE REFLEKSY åWIETLNE pada¸y na czterech inýynierw oraz technikw Gemini przenoszcych lustro z myjni do komory

prýniowej w pobliskiej kopule Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) (z lewej) . W komorze na tarczy zwierciad¸a osiad¸a cienka

la HubbleÕa. Jedynie ten nowej genera-

cji teleskop stwarza takie moýliwoæci.

Czas nagli Mountaina i jego zesp¸

rwnieý dlatego, ýe Gemini jest przed-

si«wzi«ciem publicznym. Nie tylko po-

zwala uzyska szersz panoram« nie-

ba, lecz takýe zapewnia czas na obser-

wacje wi«kszej liczbie astronomw niý

jakikolwiek inny duýy amerykaÄski te-

leskop. Gemini stan si« narodowymi

8-metrowymi obserwatoriami na po-

trzeby Stanw Zjednoczonych, Wielkiej

Brytanii, Kanady, Australii, Argentyny,

Brazylii i Chile. W odrýnieniu od tele-

skopw budowanych za pienidze pry-

watne Gemini b«d do dyspozycji kaý-

dego astronoma z tych krajw, ktry

zdo¸a przekona komisj« kwalifikacyj-

n do swojego projektu.

Rzd USA zobowiza¸ si« do pokrycia

po¸owy kosztw programu Gemini; aby

jednak unikn wydatkw przekraczaj-

cych jego udzia¸, zakreæli¸ jednoczeænie

limit w wysokoæci 88 mln dolarw. Op-

nienia w realizacji Gemini North mog¸y-

by podnieæ koszty i utrudni ubieganie

si« o fundusze na wyposaýenie teleskopu

w pe¸ny zestaw przyrzdw.

W cigu ca¸ej swojej historii projekt

ten zmaga¸ si« z trudnoæciami finanso-

wymi. Redukcja przewidywanego wy-

posaýenia, na co zwrci¸ uwag« Moun-

tain, dowodzi zarwno rygorystycznej

polityki finansowej, jak i pomys¸owego

projektowania. SpartaÄska grna cz«æ

teleskopu ogranicza wprawdzie zak¸-

cenia w podczerwieni, ale za cen« ka-

mery szerokoktnej, ktrej instalacji ýy-

czy¸o sobie wielu astronomw, do ba-

dania szerszych po¸aci nieba. Poæwi«-

cajc to i inne udogodnienia, zesp¸ Ge-

mini utrzyma¸ jednak koszty teleskopu

w granicach obecnego budýetu 184 mln

dolarw. Wydatki zwi«kszone o 8 mln

posz¸y na sfinansowanie lepszych czuj-

nikw i sk¸adnikw potrzebnych do po-

krycia srebrem zwierciad¸a w Chile.

Japonia natomiast wyda¸a na jeden

swj teleskop 350 mln dolarw, nie

szcz«dzc ærodkw, aby zaj poczesne

miejsce w najnowszych osigni«ciach

astronomii. ãZa tak kwot« mogliby-

æmy zbudowa trzy albo cztery Gemi-

niÓ Ð komentuje Oschmann.

Wyczulenie Mountaina na harmono-

gram i koszty mia¸o rwnieý zwizek

z kontrowersj, ktra towarzyszy¸a pro-

jektowi Gemini w jego pocztkowym

okresie. W kilka miesi«cy po tym, jak

w 1992 roku zatrudniono go na stano-

wisku kierownika naukowego (na dy-

rektora awansowa¸ w roku 1994), pro-

jekt Gemini zosta¸ nagle wstrzymany,

gdy University of Arizona zakwestio-

nowa¸ przyznanie kontraktu na odlew

zwierciad¸a firmie Corning, ktra ofe-

rowa¸a nisk cen«. W uniwersyteckim

Laboratorium Zwierciade¸, kierowanym

przez s¸awnego J. Rogera Angela, ãuwa-

ýano, ýe to im naleýy si« ten kontraktÓ Ð

mwi Mountain.

Grupa Angela kontrargumentowa¸a,

ýe ta olbrzymia soczewka kontaktowa Ð

szeroka na 8 m, lecz gruba jedynie na

20 cm Ð b«dzie zniekszta¸ca dochodzce

æwiat¸o gwiazd, wyginajc si« pod wp¸y-

wem drobnych prdw powietrza we-

wntrz kopu¸y. Tak zaprojektowane lu-

stro nie b«dzie wed¸ug ludzi z uniwer-

sytetu podtrzymywane rwnie dobrze

jak ich zwierciad¸o, sk¸adajce si« z cien-

kiego lica podpieranego przez sztywn

ram« ze szk¸a borokrzemianowego w

kszta¸cie plastra miodu. W trakcie ostrej

dyskusji, ktra potem nastpi¸a, nieza-

leýna komisja powo¸ana przez National

Science Foundation (NSF Ð Narodowy

Fundusz Nauki) zaleci¸a przekazanie

kontraktu do University of Arizona.

W cigu nast«pnych 11 miesi«cy ze-

sp¸ Gemini musia¸ t¸umaczy si« z naj-

drobniejszych szczeg¸w projektu. ãBy

da wyobraýenie o poziomie intelektu-

alnym tej dyskusji Ð wspomina Moun-

tain Ð przytocz« takie zdarzenie: kon-

kurenci z uniwersytetu pojawili si« na

zebraniu z kawa¸kiem szyby okiennej

o ærednicy 1 m, wyci«tej w kszta¸cie ko-

¸a i potrzsajc ni, mwili: ÇOto jak

wiotkie b«dzie zwierciad¸o Gemini.ÈÓ

ãTo by¸o moje pierwsze doæwiadcze-

nie z amerykaÄsk spo¸ecznoæci astro-

nomiczn Ð dodaje. Ð Zada¸em sobie

wwczas pytanie: po kiego licha podj-

¸em si« tej pracy?Ó Ta zagmatwana sytu-

acja omal nie spowodowa¸a ãuæmierce-

niaÓ projektu. Lecz odr«bna komisja

powo¸ana przez NSF i Association of

Universities for Research in Astronomy

(Stowarzyszenie Uniwersytetw do Ba-

daÄ w Astronomii) Ð utrzyma¸a w mo-

cy pocztkow decyzj« zespo¸u Gemi-

ni i zezwoli¸a na kontynuacj« programu

wed¸ug oryginalnego planu.

Mountain wspi¸ si« na szczyt Mauna

Kea, pokonujc drog« z biur projektu Ge-

mini mieszczcych si« w mieæcie porto-

wym Hilo, by obserwowa jedno z wie-

lu wydarzeÄ niczym kamieÄ milowy

znaczcych drog« do pierwszego æwiat¸a.

68 å WIAT N AUKI Czerwiec 1999

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: