Extrémně velký dalekohled

Extrémně velký dalekohled
Umělecká představa Extrémně velkého dalekohledu
Organizace	Evropská jižní observatoř
Observatoř	Evropská jižní observatoř
Oblast	Cerro Armazones
Stát	Chile
Souřadnice	24°35′21,48″ j. š., 70°11′29,76″ z. d.
Nadmořská výška	3 046 m n. m.
Průměr	39,3 m
Webová stránka	https://elt.eso.org/
Commons	Extremely Large Telescope
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Extrémně velký dalekohled (anglicky Extremely Large Telescope – ELT, dříve Evropský extrémně velký dalekohled^{[1][pozn. 1]}) je připravovaný největší dalekohled na světě. Na hoře Cerro Armazones v severní Chile jej staví Evropská jižní observatoř (ESO). Jeho základní kámen byl položen v květnu 2017; s uvedením do provozu se počítá po roce 2028.^[2]

Dalekohled má mít průměr hlavního zrcadla 39,3 m (dosud největší jednotlivý dalekohled na světě Gran Telescopio Canarias má zrcadlo velké 10,4 m). Bude složeno z 798 šestiúhelníkovitých segmentů o průměru 1,4 m. Systém bude vybaven aktivní optikou, která bude korigovat obraz při náklonu zrcadla nebo při změně teploty, a adaptivní optikou, která bude reagovat na chvění zemské atmosféry. Kupole, v které bude dalekohled umístěn, bude mít průměr 86 m a výšku 74 m.

Přístroj bude určen k pozorování v oblastech od viditelného světla po střední infračervené vlnové délky. Vzhledem k tomu, že půjde o výrazně větší dalekohled než dosavadní, očekávají se od něj objevy ve většině odvětví astronomie, především v hledání exoplanet a protoplanetárních systémů, v zkoumání povahy a rozložení temné hmoty a temné energie nebo objevy týkající se formování a evoluce největších struktur vesmíru.

Systém bude určen k pozorování v oblastech od viditelného světla po střední infračervené vlnové délky.^[3] Plánovaná životnost zařízení je nejméně 30 let.^[4]

Dalekohled bude ovládán z řídící místnosti z vedlejší observatoře Paranal, kde bude působit také vědecký personál.^[5] Obě observatoře budou propojeny optickými kabely. Na observatoři Cerro Amazones bude především technický personál dalekohledu, zařízení pro pokovování zrcadel, místní dílny, ostraha apod.

Dalekohled bude využívat novou optickou koncepci s celkem pěti zrcadly.^[3] Tento počet zrcadel (současné velké dalekohledy mají obvykle tři zrcadla) byl zvolen především kvůli zkrácení celkové délky dalekohledu.

• Primární zrcadlo bude složeno z 798 šestiúhelníkovitých segmentů o průměru 1,4 m a tloušťce 5 cm, které dohromady představují odraznou plochu o celkové velikosti 978 m². Vnější průměr soustavy bude 39,3 m, uvnitř bude prostor bez zrcadel o průměru 10,4 m. Systém bude vybaven aktivní optikou, která bude korigovat tvar zrcadla při náklonu nebo při změně teploty.
  Zrcadla budou vyrobena ze Zeroduru, sklokeramického materiálu s velmi nízkou tepelnou roztažností, který zaručuje zachování tvaru zrcadla i při větších změnách teploty.^[6] Povrch zrcadla bude vybroušen s přesností 15 nm a pokoven vrstvou stříbra nebo hliníku.
  Kromě 798 segmentů zrcadla, které budou umístěny v dalekohledu, bude vyrobeno ještě 133 záložních, které budou použity především k náhradě těch segmentů hlavního zrcadla, u kterých se zhorší odrazivost. U vyměněných prvků se odstraní kovová vrstva a opět se nanese nová. Počítá se s tím, že toto pokovování bude probíhat v servisním středisku na úpatí hory Cerro Armazones, na které bude dalekohled umístěn.

• Sekundární zrcadlo bude monolitické o průměru 4,2 m.^[7] S tímto průměrem půjde o největší sekundární zrcadlo v dalekohledu a také o největší konvexní zrcadlo, jaké kdy bylo vyrobeno.^[8] Je vyrobeno také ze Zeroduru.

• Třetí zrcadlo, umístěné ve volném prostoru uprostřed primárního zrcadla, bude mít průměr 3,8 m.

• Čtvrté zrcadlo bude umístěno také v optické ose dalekohledu, bude rovinné a bude vybaveno systémem adaptivní optiky, která má odstraňovat zhoršení kvality a rozmazání obrazu hvězd způsobené chvěním vzduchu. Jeho účelem bude odrážet obraz mimo hlavní osu dalekohledu na páté zrcadlo.

• Páté zrcadlo přivede obraz mimo vlastní dalekohled k měřícím přístrojům, které budou umístěny po stranách hlavního zrcadla v tzv. Nasmythově ohnisku.

Pro systém adaptivní optiky bude mít dalekohled k dispozici šest laserů, které budou ve výšce asi 90 km vytvářet umělé sodíkové hvězdy, podle jejichž obrazu bude korigován tvar čtvrtého zrcadla.^[9] Půjde o lasery produkující žluté světlo o vlnové délce 589 nm. Pro funkci dalekohledu jsou nutné čtyři z nich, další dva jsou potřebné pro některé vědecké přístroje.

Hlavní nosná konstrukce dalekohledu by měla vážit asi 2 800 tun.^[10] Kupole dalekohledu bude mít průměr 86 m a výšku 74 m.^[11] Bude polokulovitá s dvěma zakřivenými, bočně otevíranými dveřmi. Je navržena tak, aby byl dalekohled schopen pozorovat objekty od výšky 20° nad horizontem až k zenitu. Celá stavba zabírá plochu odpovídající fotbalovému hřišti.^[12]

Při návrhu konstrukce přístroje byla věnována pozornost i ochraně přístroje proti zemětřesení.^[13] Místo stavby leží – podobně jako většina území Chile – nedaleko místa styku dvou tektonických desek: Jihoamerické desky a desky Nazca. Proto jsou zde zemětřesení častá.

V ohniscích dalekohledu bude k dispozici několik přístrojů k zaznamenávání obrazu nebo k měření vlastních vědeckých dat.

• MICADO – Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations: kamera pro blízkou infračervenou oblast (vlnové délky 0,8–2,4 µm). Bude jedním z prvních přístrojů, které budou připraveny při uvedení dalekohledu do provozu.^[14] Tuto dvoupatrovou kameru připravuje mezinárodní sdružení sedmi institucí pod vedením německého Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik.^[15] Bude umístěna v kryostatu (izolované nádobě chlazené na extrémně nízkou teplotu). Měla by se využít hlavně zobrazování zobrazování detailní struktury galaxií s vysokým rudým posuvem, studiu jednotlivých hvězd v blízkých galaxiích nebo pro zkoumání prostředí s extrémně velkými gravitačními sílami, například blízko supermasivní černé díry uprostřed naší Galaxie.
• HARMONI – High Angular Resolution Monolithic Optical and Near-infrared Integral field spectrograph: víceúčelový spektrograf pro viditelné a blízké infračervené záření (0,47–2,45 µm).^[16] Tento přístroj by měl být zvlášť vhodný pro pozorování galaxií v raném vesmíru nebo pro detailní snímky exoplanet.
• METIS – Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph: kamera a spektrograf pro střední infračervenou oblast (3–20 μm).^[17] Bude použit k zkoumání exoplanet, protoplanetárních disků, těles ve sluneční soustavě, aktivních jader galaxií a infračervených galaxií s extrémním rudým posunem.
• MAORY – Multi-conjugate Adaptive Optics RelaY for the ELT: modul adaptivní optiky pracující v oblasti vlnových délek 0,8–2,4 μm určený v prvních letech pozorování především pro spolupráci s kamerou MICADO.^[18] K vytvoření referenčních hvězd bude využívat šesti sodíkových laserů.

Další přístroje – např. spektrograf s vysokým rozlišením HIRES nebo víceobjektový spektrograf MOSAIC – se v roce 2017 nacházely v prvních etapách přípravy (Phase A).

ELT soustředí 100milionkrát více světla než lidské oko, 8milionkrát více než Galileův dalekohled a 26krát více než jeden dalekohled VLT na observatoři Paranal. Získá také více světla než všechny existující 8 až 10 metrové dalekohledy na světě dohromady.^[19]

Vzhledem k velikosti dalekohledu se od něj očekávají objevy ve většině odvětví astronomie. Primární by mělo být^[20]

• hledání exoplanet a protoplanetárních systémů (měl by být schopen pozorovat exoplanety velikosti Země)^[21]
• zkoumání povahy a rozložení temné hmoty a temné energie
• studium formování a evoluce největších struktur vesmíru
• zkoumání silné gravitace, základních konstant (např. kosmologické konstanty), struktury časoprostoru apod.

Podle představ z roku 2015 by – i vzhledem k blízké geografické vzdálenosti – měla být výzkumná činnost dalekohledu ELT koordinována s dalekohledy ESO na Observatoři Paranal, především s VLT/VLTI a VISTA.^[22]

Dalekohled vyvíjí od roku 2005 Evropská jižní observatoř.^[20] Stalo se tak na základě rozhodnutí rady této organizace, aby „zachovala vůdčí roli evropské astronomie v období mimořádně velkých dalekohledů“.^[23] Pro přístroj bylo hledáno několik míst:^[24][25]

• V Chile na horách Cerro Ventarrones (2837 m n. m.) a Cerro Armazones (3064 m n. m.) – obě několik desítek kilometrů od již existující Observatoře Paranal.
• na observatoři Roque de los Muchachos (2346 m n. m.) na Kanárských ostrovech ve Španělsku, kde už je umístěn mj. dalekohled Gran Telescopio Canarias o průměru 10,4 m,
• na hoře Cerro Macon (4653 m n. m.) v provincii Salta v severozápadní Argentině,
• na Djbel Aklim (2350 m n. m.) v pohoří Antiatlas v Maroku.

Uvažováno bylo i několik další míst, např. v Antarktidě na vrcholu „Dome C“ (3223 m n. m.).

Na jednotlivých místech byly sledovány meteorologické podmínky: zejména síla a směr větru, relativní vlhkost vzduchu a množství aerosolů v ovzduší. Dále byla zkoumána turbulence atmosféry, jas oblohy, seismická pevnost podloží nebo např. to, v jaké míře se zde vyskytují kondenzační stopy po tryskových letadlech. Týmy, které zkoumaly vhodná místa, si vzájemně sdílely informace se skupinou, která hledala umístění pro Třicetimetrový dalekohled.

• V roce 2005 byla vypracována první studie na dalekohled o průměru zrcadla 100 m – Overwhelmingly Large Telescope (OWL). Po mezinárodním posouzení se tento koncept ukázal jako technicky nereálný. V další studii bylo proto zrcadlo zmenšeno na 42 m.^[26]
  • Projekt OWL nebyl zcela opuštěn a objevily se úvahy o výstavbě dalekohledu ESO o průměru 60–100 m po roce 2050.^[27]

• V listopadu 2006 byl tento návrh podroben detailním diskusím na konferenci v Marseille za účasti více než 250 evropských astronomů.^[23]

• V roce 2010 byl vybrán vrchol hory Cerro Armazones v severní Chile v nadmořské výšce 3060 m. Pro lokalitu rozhodly především velmi dobré pozorovací podmínky a také blízkost jiné už existující Observatoře Paranal, od které je vzdálena 20 km východně. Chilská vláda pro observatoř darovala 189 km² půdy.^[24]

• V roce 2011 ESO rozhodla o tom, že se odebere jedna vnější řada šestiúhelníkovitých segmentů hlavního zrcadla a tím se zmenší hlavní zrcadlo na 39,3 m.^[21] To snížilo náklady na projekt z 1,275 miliard euro na 1,055 miliard.^[28] Dosáhlo se toho nejen snížením počtu segmentů, ale i zmenšením velikosti sekundárního zrcadla z 5,9 na 4,2 m, což umožnilo použít lehčí a levnější konstrukci, která jej bude držet.
• V roce 2011 také podepsala Česká republika dohodu o svém finančním podílu na výstavbě.^[29] V té době se počítalo s uvedením dalekohledu do provozu roku 2020.^[30] Plány z roku 2016 posunuly tento termín na rok 2024 až 2025, přerušení výstavby způsobené epidemií covidu-19 pak na rok 2027.^[21]

• V roce 2014 schválila rada ESO vlastní výstavbu dalekohledu. K tomuto datu měla zajištěno 90 % potřebných zdrojů.^[31] Současně bylo rozhodnuto, že některé části projektu se přesunou do další části, tzv. fáze 2.^[32] Jde především o:^[33]
  • 210 z celkových 798 segmentů zrcadla (půjde o pět nejvnitřnějších řad),
  • 133 segmentů, které budou připravovány jako náhradní,
  • dva z šesti laserů pro modul adaptivní optiky.

• V roce 2015 byly dokončeny hrubé zemní práce na plošině pro dalekohled na vrcholu hory Cerro Armazones.

• V únoru 2016 podepsala ESO smlouvu se sdružením „ACe Consorcium“ na výstavbu kopule a nosné konstrukce dalekohledu.^[34] S částkou 400 milionů euro jde o největší kontrakt v dějinách pozemní astronomie.

• V květnu 2017 byl slavnostně položen základní kámen dalekohledu.^[12] Byl také podepsán kontrakt na výrobu hlavního zrcadla^[35] a v Německu bylo odlito sekundární zrcadlo dalekohledu.^[8] a začala stavba základů pro budovu dalekohledu.

• V lednu 2018 byly odlity první segmenty primárního zrcadla.^[6] V prosinci bylo oznámeno posunutí termínu pro uvedení do zkušebního provozu (tzv. první světlo) z roku 2024 na 2025.^[36]

• V polovině roku 2020 byla z důvodů pandemie covidu-19 přerušena výstavba základů budovy dalekohledu.^[37]
• V červnu 2021 obnovilo italské konsorcium ACe práce na kupoli a dalších hlavních strukturách dalekohledu.^[37] Zároveň se posunul termín pro uvedení do zkušebního provozu na září 2027.

• V červnu 2023 ohlásilo ESO, že stavba dalekohledu je ve své polovině.^[38] Zrcadla M2 a M3 byla tou dobou odlita a leštila se a deformovatelné zrcadlo M4 bylo integrováno do nosné konstrukce. Šest laserů, které jsou základní součástí adaptivní optiky dalekohledu, bylo vyrobeno a předáno ESO ke zkouškám. Se zahájením pozorování se počítá v roce 2028.

• V říjnu 2023 byla do základů budovy vložena časová schránka s dokumenty pro budoucí generace. Obsahovala např. skleněnou plaketu od bývalé prezidentky Chile Michelle Bachelet Jeriaové, protokolární pero chilské vlády, kresby chilských dětí (krajiny severní Chile, astronomické objekty a dalekohledy ESO) nebo koláže fotografií zaměstnanců ESO.^[39]

• V lednu 2024 dorazilo na Observatoř Paranal prvních 18 segmentů hlavního zrcadla.^[40] V červnu téhož roku byl pak v německé firmě Schott vyroben poslední z 949 segmentů.^[41]

Porovnání dalekohledu ELT s vysílačem na Ještědu

• Velký Magellanův dalekohled
• Třicetimetrový dalekohled

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Extrémně velký dalekohled na Wikimedia Commons
• ELT na stránkách Evropské jižní observatoře (česky) (anglicky)
• KUBALA, Petr. Stavba největšího dalekohledu všech dob začíná [online]. E15 VTM, 2012 [cit. 2016-03-27]. Dostupné online.