uniVersI/O



Maailman suurin teleskooppi

Tähtitieteilijöiden mielestä suuri on kaunista. Mitä isompi teleskooppi, mitä tarkemmin ja kauemmas sillä näkee, sen parempi. Mutta mikä onkaan maailman suurin teleskooppi, kaikkien tähtitieteilijöiden märkä uni? Asiaa voi tarkastella monella tapaa. Ensinnäkin jo pelkästään aallonpituuden valinta vaikuttaa teleskoopin kokoon. Ja miksi kaiken oikeastaan täytyy olla suurinta? Onko suurin vain taikasana, jolla avuliaan rahoittajan kukkaronnyörit avataan? Tervetuloa superlatiivien, extralatiivien, ultralatiivien ja hyperlatiivien maailmaan…

Ensin perusteisiin: miksi tarvitsemme suuren teleskoopin? Ensiksikin, tähtitieteelliset kohteet ovat tähtitieteellisen kaukana meistä. Esimerkiksi kaukana sijaitseva tähti säteilee fotoneja pallomaisesti joka suuntaan tietyn määrän pinta-alayksikköä kohden. Tähdestä voidaan kuvitella lähtevän valonnopeudella pallopinta täynnä fotoneja, mutta etäisyyden kasvaessa naapurifotonit alkavat erota toisistaan. Valovuosia kulkeneena olematon ero lähtötilanteessa on kasvanut huomattavasti. Jossain vaiheessa murto-osa tästä pinnasta, sanokaamme vaikkapa kymmenen fotonia, osuu teleskooppimme peiliin, josta ne fokusoituvat (yleensä muutamien apupeilien ja linssien kautta) mittalaitteeseen. Näin peilimme ”yhdisti” kymmenen fotonia yhdeksi havainnoksi, joka oletettavasti sai mittalaitteemme hälyttämään onnistunutta havaintoa. Jos peilimme olisi suurempi, pystyisi se heijastamaan suuremman pinta-alan saapuvasta säteilystä, jolloin kohteemme näyttäisi kirkkaammalta (esim. 20 fotonia kymmenen sijaan). Vastaavasti pystyisimme havaitsemaan kauempana sijaitsevia kohteita. Suuremman pinta-alan ansiosta näemme yhä heikompia ja kaukaisempia kohteita.

Toinen tärkeä seikka on resoluutio. Päinvastoin kuin halumme lisätä näyttöpäätteidemme resoluutiota välttääksemme yksittäisen pikseleiden näkymiseltä, tähtitieteilijät haluavat erottaa kaksi vierekkäistä pistettä toisistaan mahdollisimman hyvin. Puhutaan ns. kulmaerotuskyvystä, joka paranee mitä isompi peili on tarjolla. Selkeästi isompi teleskooppi takaa paremman kuvan maailmankaikkeuteen, mutta mikä on state-of-art peilinpullistelussa?

Neuvostoliiton aikainen postimerkki juhlistaen RATAN-600 teleskooppia.

Vastaus ei ole kovin yksiselitteinen, sillä peili voi olla yhtenäinen (LARGE Binocular Telescope, 8.4 m halkaisijaltaan oleva yhtenäinen peili) tai se voi koostua palasista (GRAN Telescopio Canarias, 36 pienemmästä peilistä koostuva halkaisijaltaan 10.4 m peili). Tämän lisäksi useampaa teleskooppia voidaan käyttää samanaikaisesti yhdistettynä (VERY LARGE Telescope, neljä teleskooppia, joissa kussakin halkaisijaltaan 8.2 m yhtenäinen peili), jolloin saavutetaan vielä suurempi herkkyys ja tarkkuus. Kun siirrytään aallonpituusalueella pidempiin aaltoihin tarvitaan suurempia teleskooppeja. Radioalueen teleskoopeilla ei enää ole peiliä vaan lautasantenni. Enää ei tarvitse olla niin tarkka heijastavasta pinnasta, sillä aallonpituus on fotonin ainut tapa nähdä maailmaa, ja radioalueella aallonpituudet ovat senttimetrejä tai pidempiä. Sitä pienemmistä muhkuroista tai rei’istä ei tarvitse murehtia. Radioteleskooppejakin voi olla yhtenäisiä (Arecibo, halkaisijaltaan 305 metriä oleva lautasantenni sijoitettuna laakson pohjalle) tai ne voivat koostua useammasta osasta (RATAN-600, joka koostuu 895:stä 2 kertaa 7.4 m heijastavasta paneelista ja keskusvastaanottimesta vastaten halkaisijaltaan 576 m olevaa lautasantennia).

Jossain vaiheessa peilien tai lautasantennin koolle tai osien määrälle tulee raja vastaan, jonka jälkeen yksittäisen teleskoopin tarkkuutta ei voida enää kasvattaa. Esimerkiksi ESO:n OVERWHELMINGLY LARGE Telescope, johon suunniteltiin halkaisijaltaan 100 m osista koostuvaa peiliä, kutistui European EXTREMELY LARGE Telescope:ksi (suunniteltu peilin halkaisija 42 m), koska edellä mainittu oli liian suuri ja monimutkainen. Eri teleskooppeja voidaan kuitenkin käyttää samanaikaisesti havaitsemaan samaa kohdetta ja yhdistää havainnot siten, että ne vastaavat erotuskyvyltään teleskooppia, jonka halkaisija on erillisten teleskooppien välinen matka. Tätä tekniikkaa kutsutaan interferometriaksi. Vaikka erotuskyky näin paranee, niin fotonien keräyskyky on vain yhdistettyjen teleskooppien pinta-alan verran, ja näin ollen interferometreillä ei nähdä niin heikkoja kohteita kuin teleskoopilla, joka olisi yhtä tarkka ja yhtenäinen. Optisen ja infrapunainterferometrien teleskoopit sijaitsevat varsin lähellä toisiaan, sillä ilmakehä vaikuttaa havaintoihin paljon muuttaen kohteesta saapuvien fotonien ratoja (yleensä optisen alueen teleskoopeilla käytetään adaptiivista optiikkaa korjaamaan ilmakehästä aiheutuvat virheet). Sitä vastoin radioaaltojen aallonpituus on optista paljon suurempi mikä helpottaa interferometritekniikkaa huomattavasti, eikä eri ilmakehäolosuhteista tarvitse välittää. Näin ollen radioteleskoopit voivat sijaita kaukana toisistaan. Jos interferometria otetaan huomioon, mikä onkaan maailman suurin teleskooppi?

Havainnekuva E-ELT:stä. Credit: ESO

Havainnekuva E-ELT teleskoopista. Credit: ESO

Ainakin viime vuoden marraskuussa kahden päivän ajan tarkalleen määrättyjä 243 kvasaaria mittasi teleskooppi, joka oli efektiivisesti suurin piirtein koko Maan halkaisijan (12 735 m) kokoinen. Kyseessä oli 35 radioteleskoopin, seitsemällä eri mantereella (Eurooppa, Aasia, Australia, Pohjois-Amerikka, Etelä-Amerikka, Antarktika ja Tyynimeri), yhteisponnistus parantaa kosmisten etäisyyksien mittaamiseen käytettyä referenssiä.  Teleskoopit havaitsivat yhtäaikaisesti 243 kvasaaria 24 tunnin ajan. Kvasaarit ovat galakseja, joiden keskustan supermassiivinen musta-aukko lähettää erittäin voimakasta radiosäteilyä. Voimakkaan säteilyn ansiosta ne voidaan havaita erittäin kaukaa. Niin kaukaa, että käytännössä ne eivät liiku taustataivaalla ollenkaan tehden niistä erittäin sopivan kohteen etäisyyden määrityksen avuksi.

Heijastavat teleskoopit, eli peiliteleskoopit ja lautasantennit, ovat nykypäivänä vallanneet teleskooppimarkkinat jättäen linssiteleskoopit historian kuriositeeteiksi. Maailman suurin toimiva linssiteleskooppi (linssin halkaisija 1.02 m) sijaitsee Yerkes Observatoriossa, ja se valmistettiin jo vuonna 1897. Universumin suurin teleskooppi on kuitenkin linssiteleskooppi, nimittäin gravitaatiolinssi. Suhteellisuusteorian mukaan massa kaareuttaa avaruutta ja siten myös fotonien kulkemaa reittiä (kts. mustien aukkojen sietämätön keveys). Jos massiivinen kohde osuu kaukaisen kohteen ja Maan väliin, voimistaa se kohteesta tulevaa säteilyä fokusoimalla fotoneja kohti meitä hieman samaan tapaan kuin linssiteleskoopissa. Suurimmat gravitaatiolinssit ovat kokonaisia galaksijoukkoja, jolloin linssin halkaisijan koosta puhutaan megaparsekeissa (suuruusluokkaa 10²² m). Tosin kurkistaaksemme tähän teleskooppiin sitä täytyy tarkastella toisella teleskoopilla.

Havainnekuva gravitaatiolinssistä. Credit: Royal Astronomical Society

Advertisements

Trackbacks & Pingbacks

  1. Tiedeviikko 29/10 « uniVersI/O pingbacked : 7 years ago

Kommentit



Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggers like this: