Laupäev, 27. august 2022

Tööd alustas hetkel suurim vedela peegliga teleskoop

Indias on valminud maailma esimene täielikult astronoomilisteks vaatlusteks mõeldud vedela peapeegliga teleskoop, mis peaks teadustööd alustama millalgi oktoobris. Kuigi sarnaseid teleskoope on ehitatud ka varem, on need enamasti mõeldud tehnoloogiat demonstreerima ja testima. Kõigepealt siis natukene nende taustast.

Vedela peegliga teleskoobi idee käis esimesena välja juba kuulus füüsik ja matemaatik Isaac Newton (1643-1727), kes avastas, et madalas anumas ühtlase nurkkiirusega pöörleva vedeliku pind omandab tsentrifugaaljõu, gravitatsiooni ja pindpinevuse koostoimel väga täpselt paraboolse kuju. Kui vedelikuna kasutada valgust peegeldavat vedelikku, nagu näiteks elavhõbe, moodustub sellisel moel nõguspeegel, mille abil saaks valgust koguda ja koondada - nagu see toimub näiteks tahke peegliga teleskoopides. Kuna Newtoni ajal ei olnud veel elektrimootoreid ja laagreid, mis oleks lubanud elavhõbedat piisavalt ühtlasel kiirusel keerutada, jäi selline leiutis ligi kaheks sajandiks eksisteerima vaid paberile.

Pöörlev vedelik omandab väga täpselt paraboolse kuju.

Alles 1872. aastal ehitas astronoom Henry Skey esimese taolise prototüübi, kus ta pani suures kausis ühtlase kiirusega pöörlema mõned liitrid elavhõbedat ning kinnitas praktikas, et taoline peegel suudab valgust väga edukalt koondada. Mõned aastakümned hiljem suudeti sarnase ehitusega teleskoobiga jäädvustada tähtedest juba esimesed proovifotod.
Alates 1992. aastast on ehitatud mitu vedela peegliga teleskoopi. Näiteks aastatel 1995-2002 tegutses Ameerika Ühendriikides 3-meetrise läbimõõduga NASA-LMT, mis kasutas peegli moodustamiseks umbes 15 liitrit elavhõbedat. Teleskoopi kasutati peamiselt orbitaalprügi avastamiseks ja jälgimiseks, kuid sellega tehti ka mõned astronoomilised mõõdistamised keskmise punanihkega galaktikate peal. Peale teleskoobi sõna otseses mõttes seisma jätmist, kasutati osasid selle komponente ehitamaks Kanadasse Vancouveri lähedale maailma seni suurim vedela peegliga teleskoop LZT ehk Suur Seniiditeleskoop. 6-meetrise läbimõõduga oli see oma tegutsemise ajal (2003-2016) üks maailma suurimaid teleskoope, kuid ilmastiku suhtes kehva asukoha tõttu ei kasutatud seda kunagi reaalseteks vaatlusteks. Tegemist oli testiga, millega kinnitati üks taoliste teleskoopide oluliseim eelis - odavus. Nimelt leiti, et vedela peapeegli ehitamine maksab ligi sada korda vähem kui sama suure tahke peegli valamine, lihvimine ja poleerimine. Kuna peegel on suurte teleskoopide kaugelt kõige kallim komponent, tähendas see kokkuvõttes kusagil 95% säästu. Pole paha. Teisteks eelisteks on selliste peeglite ülim täpsus ja peegli pöörlemiskiiruse abil suhteliselt lihtsasti muudetav fookuskaugus ehk sisuliselt suurendus.

3-meetrine NASA-LMT teleskoop, mis töötas 1995.-2002. aastatel peamiselt kosmoseprügi avastamise ja jälgimisega.

Maailma suurim vedel 6-meetrine Suur Seniiditeleskoop (LZT).

Muidugi on neil ka mitu päris tähtsat puudust. Neist suurim on fakt, et selline peegel saab vaadata ainult otse üles* ning teleskoobi vaatesuuna taevasfääril määrab ära selle asukoht (laiuskraad) planeedil ja selle pöörlemine. Praktikas tähendab see seda, et (ühed ja samad) kauged objektid liiguvad teleskoobi vaateväljast jadana läbi ning korraga pikemalt on neid jälgida võimatu. Kui silma peaks jääma mingi huvitav ootamatu objekt või nähtus, tuleb selle uuesti nägemiseks oodata järgmist ööd. Vedelikuna elavhõbedat kasutavates teleskoopides on probleemiks ka mürgised aurud. Üheks võimaluseks oleks selle asemel kasutada näiteks vähemtoksilist metalli nimega gallium, kuid see on oluliselt kulukam ning ka selle sulamistemperatuur on kõrgem. Viimastel aastatel on välja käidud idee kasutada elavhõbeda asemel glükoolis lahustatud hõbeda ja raua nanoosakesi. Viimane teeb vedeliku muuhulgas magneetiliseks, mis annab võimaluse selle kuju elektromagnetite abil kiirelt ja täpselt muuta.
Eelneva jutu põhjal võib tekkida küsimus, et milleks selliseid teleskoope üldse vaja on. Jah, peegleid saab teha odavalt ja suuri, aga suutmatus neid suunata teeb need enamikeks vaatlusteks kasutuks. Tegelikult on vedelate peeglite arendustöö seotud plaaniga viia need (kauges) tulevikus kosmosesse. Nimelt on suuri monoliitseid peegleid väga kulukas või lausa võimatu Maalt väljaspoole toimetada. Võtame kasvõi näiteks James Webbi kosmoseteleskoobi, mille 6,5 meetrise läbimõõduga peegel oli nii suur, et selle pidi kokku panema 18 kuusnurksest segmendist ning seda hiljem ülitäpselt joondama ja edaspidi ka joonduses hoidma. Veel suurema peegliga kosmoseteleskoopide juures tuleks tõenäoliselt kasutada teistsugust lähenemist.

Kunstniku nägemus Kuul asuvast 100-meetrisest vedela peegliga teleskoobist.

Üks mõte oleks orbiidile saata pöörlev silinder, mis siseküljel on võimalik kesktõmbekiirenduse abil gravitatsiooni simuleerida ning sinna valada keerleva vedela peegli. Muutes sellise teleskoobi pöörlemistelge või kasutades silindri keskel liigutavat tasapinnalist peeglit, saaks seda ka mingil määral suunata. Teisel juhul saaks vedela peegli valada ühtlaselt kiirendava kosmoselaeva sisse suunaga liikumise poole. Veelgi suurejoonelisemad plaanid näevad ette aga Kuule hiiglasliku teleskoobi ehitamist, mille läbimõõt võiks läheneda sajale meetrile. Raske ja seega kallilt transporditava elavhõbeda asemel võiks seal kasutada niinimetatud ioonseid vedelikku ehk sulasoola, mille pinnale oleks saaks pihustada üliõhukene peegeldav hõbeda kiht. Kuu oluliselt aeglasem pöörlemine tähendaks, et sellise teleskoobi vaateväljas püsivad objektid palju kauem kui Maal ning Kuu 1/6 gravitatsioon lubab peeglil paraboolse kuju omandamiseks pöörelda väga aeglaselt. Lisaks lubaks atmosfääri puudumine ja jahedad temperatuurid sellisel teleskoobil näha väga selget pilti kaugemalt kui ükski teine teleskoop.

Liiter elavhõbedat kaalub 13,5 kilogrammi. Kosmosesse viimiseks on seda liiga palju. Lisaks tahkub see -38,8 kraadi juures.

Tuleme aga nüüd lõpetuseks kaugest tulevikust, kosmosest ja megaprojektidest tagasi Maa peale ja räägime natukene lähemalt sellest Indiasse ehitatud teleskoobist, mida sissejuhatuses mainitud sai. Tegemist on siis viimased kümme aastat koostöös India, Belgia, Poola ja Kanada teadlastega disainitud ja ehitatud 4-meetrise läbimõõduga teleskoobiga, mis kannab nime International Liquid Mirror Telescope ehk Rahvusvaheline Vedela Peegli Teleskoop ehk ILMT. Nii nagu traditsiooniliste teleskoopide puhul on ka ILMT paigutatud võimalikult kõrgele (India Himaalajas, 2450m), et vähendada atmosfääri poolt tekitatud häiritusi.
Teleskoobi peegel kasutab umbes 50 liitrit (700 kg) elavhõbedat, mis on õhklaagritel pöörleva kevlariga kaetud aluse peale 3 millimeetrise kihina laiali venitatud (vaata videot alt). Kusjuures ühe tiiru teeb alus vaid iga 8 sekundi tagant ehk siis see pöörleb välimise ääre juures umbes sama kiiresti kui inimene kõnnib. Peegli kohale on riputatud 4K CCD kaamera, mis näeb korraga taevas kusagil 23x23 nurgaminutilist ala. Võrdluseks on täiskuu läbimõõt ümmargusel 30 nurgaminutit.

Rahvusvahelise Vedela Peegli Teleskoobi ehk ILMT-i kodu Devasthali observatooriumis India Himaalajas ( 2450 meetri kõrgusel merepinnast). Teleskoop asub parempoolses hoones, millel lükatakse vaatlusteks katus kõrvale.

ILMT peapeegel. Fotol on see mürgiste aurude tõttu kaetud kilega.

ILMT uurimisaladeks saab olema muutlike tähtede heleduse mõõdistamine, supernoovade, kiirete raadiopursete ja gammapursete registreerimine ning graviatsiooniliste mikroläätsede leidmine. Ühesõnaga kõik see, mis hetkel astronoomias parasjagu kuum on.
*Kuna vedelale peeglile mõjub kaks erinevat pöörlemist - aluse pöörlemine ja Maa pöörlemine - ei osuta sellised peeglid kunagi täpselt üles (va poolustel), vaid on seniidist kuni paar nurgasekundit nihkes. Kui palju täpselt oleneb peegli suurusest (pöörlemiskiirusest) ja asukohast planeedil.



Kommentaare ei ole:

Postita kommentaar