Die Zukunft der Teleskope sucht größer und heller als je zuvor

Astronomie hat einen langen Weg in den 405 Jahren seit Galileis historische erste Erhebung über den Nachthimmel Florenz im Jahre 1609 kommen. Die nächste Generation der terrestrischen Teleskope sind so eingestellt, Peer tiefer in den Kosmos und weiter zurück in die Zeit als je zuvor. Setzten wir uns mit Dr. Patrick McCarthy, Direktor der Giant Magellan Telescope Organisation, um herauszufinden, wie weit das Feld fortgeschritten und wo es geleitet werden könnte.

McCarthy: Optik, wie wir sie kennen begann, teilweise weil die Leute von Venedig, die auf der Technologie der traditionellen römischen Bauten machen Glas – alle alten Gläser waren undurchsichtig, tief gefärbt, man konnte nicht sehen, bis es – aber auf der Insel von Milano, lernten sie zuerst, wie Glas, das transparent zu machen. Und sobald Sie transparentes Glas mit jeder Art von Krümmung zu haben, können Sie sofort sehen, dass es Licht vergrößert und Bilder verzerrt. Das führte zu die Erfindung von Linsen und Brille, aber erst ein Glasmacher in Holland unter dem Namen Lippershey bereitete zwei Linsen und sie aufgereiht – eine auf Armlänge, die andere direkt vor seiner Nase – und erkannte, dass sie weit entfernte Objekte erscheinen viel größer gemacht. Er und andere begannen Montage diese Objektive paarweise Teleskope zu machen.

1609 Galileo sein eigenes Teleskop gebaut und hat die Inspiration, um nicht auf entfernte Bäume und Gebäude, sondern den Himmel zeigen. Es war ziemlich gewagt zu zeigen Sie ein Teleskop auf einen Stern in jenen Tagen und zu denken, Sie könnte etwas sehen, aber er änderte schnell die ganze Welt und die ganze Geschichte der Wissenschaft durch realisieren, dass das Universum ein ganz anderer Ort war, als wir dachten. So findet man ein Stück Technik und anderweitige Verwendung es für eine neue Aufgabe, er die Geschichte der Welt. Und das war wirklich der erste Schritt auf dem Weg der Teleskope bauen und seine wurde diese Vorgehensweise in den vier Jahrhunderten seit.

Gizmodo: und so wohin führt dieser Weg?

McCarthy: Es ist lustig, weil jede Generation, wenn Menschen bauen das neueste "größte Teleskop", sie am Ende sagen "wir nie bauen eine größer als dieser. Dies ist das Ende der Linie von der Technologie, wir werden nie in der Lage, diese nach oben." Natürlich jemand vor der nächsten Generation junger Menschen kommen, und sie finden einen neuen Weg nach vorn.

Also in der Geschichte der Teleskope wie Galileos lernten sie Teleskope zu machen, die größer waren. Sie fand schnell heraus, dass eine Beschränkung auf die einfache Linse – d. h. einem Stück Glas – war, dass sie Bilder an verschiedenen Orten in verschiedenen Farben machen. Wenn Sie durch eine einfache Linse schauen und man sich einen Stern oder nur einen Laternenpfahl schaut, sehen Sie eine Auswahl an Farbe [den Halo-Effekt - Hg.], das macht es sehr schwierig, scharfe Bilder zu nehmen. Und es war wegen dieses, die Leute herausgefunden, wie man Paare von Linsen aus verschiedenen Glassorten, die die chromatische Aberration zunichte zu machen. Wenn Sie heute eine Kamera-Linse kaufen, es fünf oder sechs verschiedene Objektive, jeweils mit verschiedenen Arten von Glas hätte, und sie alle sind dort um sicherzustellen, dass alle Wellenlängen der Farbe in den Fokus an der gleichen Stelle kommen. Das war ein großer Durchbruch, herauszufinden, wie man Objektive, die unbunten waren, und das führte zu ein enormes Wachstum in Refracting Teleskope – diejenigen basierend auf objektiven – aber um 1860 oder so wurde es offensichtlich, dass Linsen einer bestimmten Größe, die größer als einen Meter (36-40 Zoll) im Durchmesser, tendenziell durchhängen und unter ihrem eigenen Gewicht brechen. Das war wirklich das Ende der Linie, dass die Technologie.

Aber nicht lange nach Galileo, Isaac Newton – wer war auch ein ziemlich kluger Mann — erkannte, dass Licht in den Reflexionen ebenso wie Getriebe gebogen werden kann. Also machte Sie ein Teleskop basierend auf Spiegel anstatt Linsen. Aber, die Allee der Astronomie-Technologie setzte ruhend seit Jahrhunderten, aber wie Menschen die Grenzen der Linse-Teleskopen sahen, fingen sie stattdessen mit Spiegeln zu bauen.

Um 1890 wurde die Frequenzweiche, wo größere Teleskope wurden von reflektierenden Oberflächen anstatt Linsen gemacht, aber ein großes Problem mit Spiegelteleskope ist, dass wenn Sie ein Stück Metall Polieren, es neigt zu oxidieren und trüben. Also Leute waren eine Art von Metall, das glänzende, ziemlich stark und preiswert war Ofr umzusehen und sie mit einer Legierung namens Spekulum Metall kamen – die eine Legierung aus Messing, Zinn und Kupfer. Sie können es polnisch aber es trübt in wenigen Tagen so Astronomen zu der Zeit wieder Polnisch ihren spiegeln alle zwei musste oder drei Tage, die war sehr hart arbeiten.

Der nächste Durchbruch kam, als jemand beschlossen, das Beste aus beiden Welten kombiniert das Glas für Linsen und reflektierendem Metall Montage auf dem Glas verwendet. Sie das Glas in die Form eines Spiegels zu mahlen und dann hinterlegen eine Oberfläche von Silber oben drauf. Auf diese Weise Sie erhalten die volle Kontrolle und die Eigenschaften von Glas jedoch glänzend wie ein Spiegel gemacht. Das hat uns wirklich auf dem Weg zur modernen Astronomie – alle astronomische Teleskopen seit der Mitte des 19. Jahrhunderts wurden Metall-auf-Glas.

Dies führte zu einer anderen Phase des raschen Wachstums um 1800, besonders hier in Südkalifornien im Mt Wilson mit der ersten 40, 60 und 100 Zoll Teleskope und die 200-Zöller bei Mt Palomar. Aber schließlich treffen wir wieder die Grenze dessen, was die Technik tun kann. Glas Spiegel konnte nicht im Durchmesser größer als etwa 8 Meter gemacht werden oder aber, wie die älteren Objektive würden sie verzerren und unter ihrem eigenen Gewicht brechen. Damit Menschen erkannt, dass wenn Sie ein wirklich großes Teleskop machen möchten, müssten Sie mehrere Spiegel in einer einzelnen fokalen Fläche kombinieren.

Das erwies sich als eine technische Herausforderung dar, aber wurde zuerst mit dem Keck-Teleskop in den 1990er Jahren gelöst und wir tun es jetzt mit der GMT, mit einer geringen Anzahl von sehr großen Spiegeln – ähnlich wie Newtons — und wir sind jetzt das James Webb Space Telescope die verwendet, die gleiche Art von Technologie sowie Gebäude (aber Verwendung von Metall auf Beryllium, "Single-Lightwave" Spiegel zu machen) , nennen wir ein segmentiertes Spiegelteleskop.

Das Denken ist nun, dass es wirklich keine Begrenzung auf wie groß Sie ein segmentiertes Spiegelteleskop machen können, solange Sie den Raum in eine Tragstruktur setzen haben, so dass wir in dieser faszinierenden Technologie gerade, die keine offensichtlichen Grenzen hat. Gibt es finanzielle Herausforderungen, technischen Herausforderungen, aber wir denken, dass wir einen Sweet Spot mit der GMT gefunden habe, wo können wir einen Spiegel zu machen, der 10 Mal größer ist als alle Spiegel auf dem Laufenden mit dreimal die Winkelauflösung als das Hubble Space Telescope. Und wie Galileo, die seine Objektive verwendet, um die Jupitermonde zu prüfen, benutzen wir die GMT bis Bild Planeten um andere Sterne. also sehen wir uns Sterne Nearbgy unseres Sonnensystems, 10 s Lichtjahre entfernt, um die Planeten zu sehen, die diese Sterne umkreisen. Sehen sie wie unser Sonnensystem? Und unser Sonnensystem ist wirklich sehr einfach – Jupiter hat einen Großteil der Masse des Sonnensystems – in Bezug auf die Planeten – und dann eine Reihe von felsigen Planeten wie Mars, Venus und Erde im Inneren Jupiters Umlaufbahn und ein paar Schneebälle am äußeren Rand des Sonnensystems.

Aber wir haben Verdacht, dass Solaranlagen außerhalb unseres eigenen Planeten die Masse des Jupiter, aber mit der Umlaufbahn des Merkur haben kann. Es gibt also ein ganzes Universum von Solar-System-Konfigurationen, denen wir sehr wenig wissen. GMT und anderen ähnlichen Teleskopen ermöglicht es uns, sie zu betrachten – ähnlich wie Galileo, aber mit moderner Instrumentierung, die Struktur der Planeten sich tatsächlich sehen. Und das ist, was wir gewartet haben: zu sehen, andere Welten und beantworten die Frage "sind wir spezielle, sind wir allein? Oder sind wir einfach alltäglich unter die Galaxien und das Universum ist gefüllt mit Planeten und mit Leben gefüllt?" Hätte ich wette, ich würde Wetten auf Letzteres, aber ich wäre, dass Leben weitaus vielfältiger ist, als wir vermuten, weil die Planetensysteme weitaus vielfältiger als unser eigenes Sonnensystem sind.

Gelingen wird, GMT, die Hubble zu verwenden und das James Webb zu achten ist so weit in den Weltraum, die aufgrund der endlichen Geschwindigkeit von Licht wir werden rechtzeitig zurückblicken. Damit blicken wir zurück weit genug wir das Universum in einem sehr kleinen Stadium sehen können – wir sehen die ersten Galaxien, die vielleicht sogar die ersten Sterne, so dass das Teleskop in einem sehr realen Sinn eine Zeitmaschine ist und die GMT es uns ermöglicht, zurück zu den Anfängen des Universums blicken gebildet, sollen , kurz nach dem Urknall wenn das Universum wie wir wissen, es entstanden, und das ist eine ziemlich tiefe, was zu tun.

Gizmodo: Angesichts der Tatsache, dass Teleskop Technik keine theoretische Grenze, nur technische und finanzielle wie Sie bereits erwähnt haben Sie das Gefühl die Zukunft des Deep Space Imaging werden in erster Linie terrestrisch, weltraumgestützte, oder eine Kombination aus beidem?

McCarthy: Ich hoffe, wir werden weiterhin ein Gleichgewicht der beiden zu sehen. Während die Hubble spektakuläre Erfolge, ohne die großen Teleskope auf dem Boden, wobei die Spektren wurde, Messung chemische Häufigkeiten – alle wirklich Astrophysik Kernaspekte. Eine der größten Herausforderungen für weltraumgestützte Teleskope ist, dass sie außerordentlich teuer sind und es gibt eine strenge Begrenzung für die Anzahl der Masse, die Sie effektiv in die Umlaufbahn heben kann. Es kostet zwischen 500 und 1000 mal so viel, ein Teleskop im Weltraum zu bauen, wie es um eine auf dem Boden der gleichen Größe zu bauen.

Adaptiver Optik ist ein Spiel-Wechsler. Es erlaubt uns, Raum-wie Auflösung auf dem Boden zu erreichen. Was wir sehen, ist eine zunehmende Divergenz zwischen Weltraumteleskope und terrestrische. Große Boden Teleskope wie das GMT sind 30 Meter nähern, während Weltraumteleskope kaum 6 m brechen – es ist eine verrückte Lücke zwischen Boden und Raum. Wir sehen uns wahrscheinlich zukünftige Weltraumteleskope verwendet nur für die Sachen, die wir absolut nicht aus dem Boden Bild kann – vor allem, weil die Erdatmosphäre im Ultraviolett undurchsichtig erscheint, sind einige Teile der Infrarot- und einfach unerträglich hell im thermischen Bereich. Also wenn Sie bei einer Wellenlänge von 100 µm aus einem Boden-Teleskop Bild, Sie am Himmel leuchtet sehen, ist der Boden glühend, alles hell. Aber wenn man das Teleskop im Weltraum und abkühlen und die Image-Fähigkeit ist unübertroffen; so ist es darum, wie Sie die Technik ausgleichen. Ich vorhergesehen sichtbar und in der Nähe von Infrarot vom Boden und thermischen Infrarot und Ultraviolett aus dem Weltraum.

Gizmodo: Wenn die GMT anfängt zu Daten zu erzeugen, was mit ihr geschehen?

McCarthy: The GMT selbst wird werden zur Verfügung gestellt werden Wissenschaftler basierend auf einem Peer-Review-Verfahren. Es werden ein Aufruf zur Einreichung von Vorschlägen, diese Vorschläge von anderen Astronomen überprüft werden und die vielversprechendsten Vorschläge werden jederzeit auf das Teleskop. Jene Forscher gehen nach Chile, machen ihre Zeit auf dem Teleskop veröffentlichen ihre Ergebnisse in der offenen und wissenschaftliche Literatur aber gleichzeitig alles, was ihre Daten in ein wissenschaftliches Archiv geht, wo es erhalten, organisiert und kuratiert wird. Jeder kann diese Daten für eigene wissenschaftliche Zwecke nutzen.

Gizmodo: und wie viele Daten erwarten Sie produzieren?

McCarthy: unsere Datenraten sind eigentlich ziemlich bescheiden – es ist vor allem, weil wir Dinge sehen, die sehr schwach und sehr weit entfernt sind. Wir werden das gleiche Objekt für Stunden zu einer Zeit anschauen, so wir nur zwischen 10 und 20 Gigabyte pro Nacht, vielleicht 30 bis 40 Terabyte pro Jahr produzieren. In Bezug auf big Data ist es nicht wirklich einen Treiber mehr für die Qualität und Einzigartigkeit der Daten. Andere Einrichtungen, die sind alle über große Bereiche des Himmels in kurzer Zeit vermessen, sie Petabyte pro Jahr produzieren, aber wenn Sie wollen, diese besondere Objekte, Sie gerade zu finden es auf jede andere Art von Anlage nicht möglich.