Przy Gigantycznym Teleskopie Magellana niektóre zdjęcia z Webba będą wyglądać marnie. Powstaje on na Ziemi

Teleskop kosmiczny Webb jest jedyny w swoim rodzaju, a teleskopów naziemnych są dziesiątki, setki, tysiące, miliony, zależnie od tego jakie parametry teleskopu uznamy za przydatne dla badań naukowych. Trzeba tutaj oczywiście pamiętać o jednym ważnym fakcie. Ważne jest nie tylko istnienie teleskopu, ale też to w jakim zakresie promieniowania elektromagnetycznego obserwuje. Dlatego w tytule napisałem niektóre, a nie wszystkie.

Webb jest jeden, a teleskopów astronomom potrzeba znacznie więcej

Jeden teleskop kosmiczny Webb nie spełni oczekiwań rzeszy astronomów, mimo iż dla niektórych potrzeb jest jedynym możliwym wyborem. Dlatego też, choć o Webbie jest dziś głośno, także inne działające teleskopy kosmiczne, i to nie tylko Hubble, mają wciąż dużo roboty. Poza tym Webb to teleskop przeznaczony do obserwacji w podczerwieni (jej bliskim i średnim zakresie), a to nie wyczerpuje zakresu promieniowania elektromagnetycznego, który niesie interesujące nas informacje.

Ciekawostka: dotychczasowe obserwacje Webba dotyczące najodleglejszych galaktyk, gwiazd są możliwe z pomocą natury. A dokładnie zjawisk soczewkowania, dzięki którym bardzo odległe i słabo świecące obiekty stają się jaśniejsze w polu widzenia tego teleskopu. Gdyby nie soczewkowanie to Webb musiałby mieć średnicę zwierciadła liczoną w dziesiątkach, a nawet setkach metrów, by dostrzec niektóre z tych najodleglejszych obiektów

Nawet jeśli Webb byłby w stanie poradzić sobie z potrzebami wszystkich obserwatorów na Ziemi (nie poradzi, bo nie obserwuje w całym widmie promieniowania elektromagnetycznego), a teleskopy naziemne można byłoby traktować wyłącznie jako instrumenty szkoleniowe, to wciąż jednej granicy Webb nie przekroczy. To największy teleskop kosmiczny w historii o najlepszej rozdzielczości obserwacji. Największy kosmiczny, ale nie największy jaki ludzkość może zbudować.

Szóste z ośmiu zwierciadeł głównych w Gigantycznym Teleskopie Magellana po odlaniu na Uniwersytecie Arizony. Jest ono większe rozmiarem niż zwierciadło główne teleskopu Webb

Ba nie tylko może, ale nawet już buduje, bo powoli zbliżamy się do ery superteleskopów naziemnych, czyli teleskopów ze zwierciadłami, których efektywna średnica liczona jest nie w metrach, ale w dziesiątkach metrów. Tak dużych teleskopów w kosmosie dziś nie bylibyśmy w stanie umieścić.

Duży rozmiar teleskopu równa się duża rozdzielczość obserwacji, ale liczy się też pasmo obserwacji

Takich ogromniastych, używając kolokwialnego określenia, teleskopów na Ziemi planowanych jest kilka. Trzy z nich są w fazie mniej lub bardziej zaawansowanej realizacji. To Gigantyczny Teleskop Magellana (GMT) na terenie obserwatorium Las Campanas w Chile, Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT) na terenie obserwatorium ESO w Chile, Trzydziestometrowy Teleskop (TMT) na Hawajach. Ukończenie ich budowy planowane jest na drugą połowę obecnej dekady. To wszystko oczywiście terminy szacunkowe, gdyż te ogromne przedsięwzięcia borykają się z problemami nie mniejszymi niż Webb.

Jeśli szydziliście kiedyś z przygotowań Webba do obserwacji w kosmosie i przytaczaliście je jako przykład bardzo powolnego realizowania projektów, które pochłaniają ogromne zasoby finansowe (w praktyce są to małe kwoty w porównaniu z tym co marnuje ludzkość), to pomyślcie, że prace na tymi superteleskopami trwają już co najmniej tak długo jak nad Webbem, a wszystko wskazuje, że szybko się nie skończą. I pochłoną kwoty pieniędzy liczone również w miliardach dolarów.

Przed budową takich teleskopów naukowcy nie mogli się jednak uchronić. Teoretycznie w przyszłości astronomowie mogą przenieść się ze swoimi obserwacjami (nie tylko radiowymi) na Księżyc, ale eksploracja tego globu wcale nie postępuje w tak szybkim tempie jak byśmy sobie tego życzyli.

Ogromne teleskopy na ziemi mają sens. GMT o średnicy zwierciadła 24,5 metra, TMT o średnicy 30 metrów i ELT o średnicy niemal 40 metrów. Ponieważ zaoferują one powierzchnię zbierającą światło wielokrotnie większą niż Webb, to nawet uwzględniając zakłócenia atmosferyczne, obrazy z tych teleskopów będą dużo precyzyjniejsze.

Porównanie symulowanych obserwacji wykonywanych teleskopem naziemnym bez możliwości korekty zakłóceń atmosferycznych, z teleskopu Webb i potencjalnego obrazu z naziemnego Gigantycznego Teleskopu Magellana, który wykorzystuje optykę adaptatywną

Trzeba oczywiście pamiętać, że w niektórych zakresach promieniowania elektromagnetycznego, w jakich obserwuje Webb, obserwacje z Ziemi są niemożliwe lub bardzo utrudnione, a Webb jest bezkonkurencyjny. Dopiero tam gdzie atmosfera nie stanowi większej przeszkody uzyskanie tak dużej rozdzielczości będzie możliwe.

O ile teleskop naziemny może być lepszy od Webba? Wszystko zależy od tego jak będzie duży

Weźmy na przykład GMT. To najmniejszy z budowanych obecnie gigantycznych teleskopów. O oryginalnej konstrukcji zwierciadła, która składa się z siedmiu mniejszych okrągłych zwierciadeł o średnicy 8.4 metra. To inne rozwiązanie niż segmentowy teleskop ELT, który przypomina dużo większą wersję teleskopów Keck na Hawajach.

Wizualizacja Gigantycznego Teleskopu Magellana wewnątrz budynku obserwatorium. Kiedyś powiedzielibyśmy kopuły, ale z takim kształtem ta budowla ma niewiele wspólnego

Tak więc ten GMT, który powstaje na szczycie góry Las Campanas, od której nazwę bierze pobliskie obserwatorium (to tam znajduje się polski teleskop wykorzystywany przez projekt OGLE), zaoferuje zdolność rozdzielczą odpowiadającą 24,5 metrowemu teleskopowi, a efektywną powierzchnię zbierającą światło odpowiadającą 22 metrowemu teleskopowi.

To około 368 metrów kwadratowych powierzchni, która kieruje światło do instrumentów badawczych. Dla porównania 6,5 metrowy teleskop Webb dysponuje powierzchnią zbierającą światło, która wynosi jedynie 25 metrów kwadratowych. To prawie 15 razy mniej niż w przypadku teleskopu GMT.

Gigantyczny Teleskop Magellana uzyska zdolność rozdzielczą około 4 razy większą niż Webb i 10 razy większą niż teleskop Hubble. Trzeba jednak pamiętać, że obserwacje w dalszych zakresach podczerwieni ze względu na lokalizację na Ziemi, będą dla GMT ogromnym wyzwaniem

Ponieważ zdolność rozdzielcza teleskopu jest odwrotnie proporcjonalna do średnicy zwierciadła, to wniosek jest następujący. Zdolność rozdzielcza teleskopu GMT będzie około 4 razy większa niż teleskopu Webb. Jeśli zachwyciły was pierwsze zdjęcia z teleskopu Webb w porównaniu z Hubblem czy Spitzerem, to pomyślcie, że podobny zachwyt będzie towarzyszył pierwszemu światłu z teleskopu GMT. A jeszcze większe teleskopy mogą tę poprzeczkę tylko podnieść.

Dlaczego to tak długo trwa skoro teleskop GMT nie będzie umieszczony w kosmosie?

Budowa teleskopów klasy super, o kilkudziesięciometrowych zwierciadłach to nie tylko wyzwanie finansowe, ale także konstrukcyjne. GMT musi stawić czoła potencjalnie silnym podmuchom wiatru, które zdarzają się na terenie obserwatorium Las Campanas, wstrząsom sejsmicznym, które nie są rzadkością w Chile, a także stopniowi skomplikowania urządzenia, w porównaniu z Webbem niewspółmiernie większym.

Przekrój przez budynek teleskopu

Pierwsze zwierciadło zostało odlane już w 2005 roku, ale dopiero siedem lat później ukończono jego szlifowanie. W tym samym roku 2012 odlano drugie zwierciadło. Dziś w 2022 roku wciąż nie ukończono jeszcze odlewania wszystkich siedmiu zwierciadeł potrzebnych do zbudowania głównego zwierciadła tego teleskopu. A po odlaniu zwierciadła musi jeszcze upłynąć wiele lat, zanim zostanie ono prawidłowo wyszlifowane. GMT rozpocznie obserwacje już przy czterech zwierciadłach zainstalowanych, dlatego spodziewaną rozdzielczość uzyska dopiero kilka lat później po pierwszym świetle.

Zanim pojedyncze zwierciadło teleskopu GMT zostanie uformowane w wirującym piecu w formie umieszczane są kawałki szkła, które je utworzy. Fot: Damien Jemison/GMTO

Poza teleskopem i mieszczącym go budynkiem, a także aparaturą obserwacyjną, trzeba będzie przygotować centrum komputerowe, które obsłuży pracę tego teleskopu. To wszystko na wysokości porównywalnej z wysokością szczytu Rysy w Tatrach.

Z teleskopów klasy 30 metrów, GMT ma zapewnić największą efektywność. Oznacza to, że na drodze światła do instrumentów naukowych znajdzie się minimalna liczba dodatkowych zwierciadeł wtórnych

Dlatego na razie cieszmy się Webbem, bo zanim GMT, TMT i ELT (niekoniecznie w tej kolejności) rozpoczną swoje obserwacje to sporo jeszcze zmieni się w astronomii. W podobnym czasie na orbitę ma zostać wyniesiony teleskop Nancy Grace Roman, który, za sprawą 300 Mpix kamery i 100 razy większemu polu widzenia niż Hubble, posłuży do masowego przeglądu nieba w wysokiej rozdzielczości.

Źródło: inf. własna, GMTO, foto: Giant Magellan Telescope - GMTO Corporation