ESO - Europejskie Obserwatorium Południowe

ESO — Europejskie Obserwatorium Południowe

Leonardo Testi (tłumaczył Krzysztof Czart)

ESO jest czołową międzyrządową organizacją naukowo-techniczną w zakresie astronomii. Na rzecz swoich krajów członkowskich prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, budowania i operowania wielkimi naziemnymi urządzeniami obserwacyjnymi, które umożliwiają dokonywanie ważnych astronomicznych odkryć naukowych. ESO zostało utworzone w 1962 r. przez Belgię, Francję, Niemcy, Holandię i Szwecję, aby umożliwić tym państwom zbudowanie urządzeń obserwacyjnych znajdujących się poza możliwościami każdego z indywidualnych krajów. Dodatkowym celem było przywrócenie Europie wiodącej pozycji w dziedzinie naziemnej astrofizyki obserwacyjnej. Od tamtej pory dziewięć kolejnych państw europejskich przystąpiło do ESO, a pierwszym pozaeuropejskim krajem członkowskim stanie się Brazylia. Obecnie, blisko swojej 50. rocznicy, ESO posiada trzy unikalne, światowej klasy lokalizacje obserwacyjne na pustyni Atakama w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor, w których znajdują się nowoczesne urządzenia do obserwacji Wszechświata w zakresie optycznym, podczerwonym i fal submilimetrowych. Planowana jest także konstrukcja teleskopu optycznego kolejnej generacji. ESO odgrywa również wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych.

Rys. 1

Obserwatorium Paranal położone na wysokości 2600 m na górze Paranal w Chile. W tle widać ośnieżony wulkan Llullaillaco (6720 m), znajdujący się 190 km dalej na wschód, na granicy z Argentyną. Obraz ten jest świadectwem wspaniałej jakości powietrza i idealnych warunków do prowadzenia obserwacji w tym miejscu.

Na zdjęciu widoczne są kopuły czterech gigantycznych 8,2-m teleskopów VLT. Obecnie znajduje się tam znacznie więcej budynków, których nie było kilka lat temu, gdy wykonano to zdjęcie.

Źródło: ESO/G.Hüdepohl

Obserwatoria ESO

Każdego roku astronomowie z całego świata składają ponad 2000 różnych projektów aplikujących o użycie teleskopów ESO, czterokrotnie przekraczając dostępny czas obserwacyjny. ESO jest najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie, którego efekty pracy są dostępne w wielu recenzowanych publikacjach — w samym tylko roku 2010 opublikowano ponad 750 recenzowanych publikacji opartych na danych pochodzących z ESO. Bardzo wysoka efektywność „maszyn naukowych ESO” generuje w szybkim tempie olbrzymie ilości danych. Są one przechowywane w Archiwum Naukowym ESO oraz w Regionalnym Centrum Archiwum ALMA w siedzibie ESO.

ESO po polsku

Od sierpnia 2010 r. działa polska wersja witryny internetowej ESO. Okazała się dużym sukcesem — w pierwszym miesiącu od uruchomienia odwiedziny z Polski stanowiły aż jedną czwartą odsłon liczonych dla wszystkich wersji językowych stron ESO (oprócz angielskiej). Duża popularność polskiej wersji utrzymuje się do tej pory. Witryna zawiera tłumaczenia komunikatów prasowych ESO oraz podstawowe informacje o obserwatoriach, teleskopach i działaniach organizacji. Strona działa w ramach Sieci Popularyzacji Nauki ESO, której polskim koordynatorem jest Krzysztof Czart. Polska wersja witryny dostępna jest pod adresem http://www.eso.org/pub­lic/poland, a e-mail kontaktowy to eson-poland@eso.org.

La Silla

Pierwszą lokalizacją obserwacyjną ESO jest La Silla, góra o wysokości 2400 m n.p.m., położona 600 km na północ od Santiago de Chile. Znajduje się tam kilka teleskopów optycznych o średnicach zwierciadeł do 3,6 metra. Trzema największymi teleskopami w La Silla są 3,6-m teleskop ESO, 3,6-m Teleskop Nowej Technologii (NTT) oraz 2,2-m teleskop Max-Planck-ESO. Teleskop NTT dokonał przełomu w technice projektowania i budowy teleskopów — był pierwszym na świecie z komputerowo kontrolowanym lustrem głównym. Technologię tę opracowało ESO, a obecnie jest stosowana w wielu największych teleskopach na świecie. 3,6-m teleskop ESO jest obecnie domem najlepszego na świecie łowcy planet pozasłonecznych: spektrografu HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) o niezwykłej precyzji. Obserwacje przeprowadzone w połowie lat 90. w obserwatorium La Silla za pomocą teleskopów NTT i 3,6-m zostały wykorzystane przez dwie grupy naukowców badających supernowe o dużych przesunięciach ku czerwieni. Grupami tymi kierowali tegoroczni laureaci Nagrody Nobla z fizyki: Saul Perlmutter, Brian Schmidt i Adam Riess. Aktualnie La Silla pozostaje w czołówce badań astronomicznych i pod względem produktywności naukowej ciągle jest na drugiej pozycji na świecie wśród naziemnych obserwatoriów.

Rys. 2 Obserwatorium La Silla po zachodzie słońca. Na środku zdjęcia 3,6-m Teleskop Nowej Technologii (NTT), którego ESO używała do testowania pionierskiej technologii optyki aktywnej, zastosowanej później w Bardzo Dużym Teleskopie (VLT). W swojej klasie NTT nadal jest jednym z najlepszych teleskopów na świecie. Źródło: ESO/H.Zodet

Paranal

Paranal na wysokości 2600 m n.p.m., ze znajdującym się w nim Bardzo Dużym Teleskopem (VLT), jest flagową infrastrukturą europejskiej astronomii. Obserwatorium znajduje się około 130 km na południe od Antofagasty w Chile, 12 km od wybrzeża Pacyfiku, w jednym z najsuchszych obszarów na świecie. Operacje naukowe rozpoczęto tutaj w 1999 r. i do tej pory zaowocowały wieloma udanymi projektami badawczymi.

Rys. 3 Obserwatorium Paranal. Platforma na wierzchołku góry Cerro Paranal jest domem dla czterech 8,2-m teleskopów VLT, dla Teleskopu do Przeglądów VLT oraz dla czterech przesuwalnych Teleskopów Pomocniczych. Po lewej stronie widać też sterownię VLT/VLTI. W tle widoczny jest teleskop do przeglądów w podczerwieni VISTA. Źródło: ESO/G.Hüdepohl/www.atacamaphoto.com

Bardzo Duży Teleskop (VLT) jest najbardziej nietypowym teleskopem, wykorzystującym najnowszą technologię. Nie jest to jeden teleskop, ale sieć czterech pojedynczych teleskopów (UT — Unit Telescopes), każdy o średnicy zwierciadła głównego równej 8,2 m. Za pomocą jednego takiego teleskopu obrazy obiektów niebieskich o wielkości gwiazdowej 30 mag. uzyskuje się w ciągu trwającej godzinę ekspozycji. Odpowiada to dostrzeżeniu obiektów, które są cztery miliardy razy słabsze niż te widoczne gołym okiem. Wszystkie cztery teleskopy operują indywidualnie z wielką kolekcją zamontowanych na nich instrumentów, które dostarczają im zdolności wykonywania obrazów i spektroskopii od ultrafioletu do termicznej podczerwieni. Jednocześnie na jednym teleskopie mogą być zainstalowane maksymalnie trzy instrumenty, a poprzez poruszanie trzecim lustrem i korygowanie pozycji drugiego (lustra wtórnego), możliwe jest przełączanie pomiędzy instrumentami w ciągu mniej niż 30 min. VLT jest wyposażony także w nowoczesny system optyki adaptywnej, który pozwala astronomom na korygowanie zaburzeń wprowadzanych przez turbulencje w ziemskiej atmosferze. Monitorując zaburzenia na punktowym źródle astronomicznym (np. jasnej gwieździe), system dostosowuje kształt małych, elastycznych zwierciadeł i pozwala na osiągnięcie limitu dyfrakcyjnego teleskopu, polepszając ostrość zdjęć o czynnik dziesięć, w porównaniu do zdjęć ograniczanych przez seeing. Ponieważ do poprawnego funkcjonowania optyka adaptywna wymaga jasnych gwiazd, które na niebie występują rzadko, VLT dysponuje także nowatorskim system tworzenia „sztucznych” gwiazd: Laserową Gwiazdą Porównania (Laser Guide Star). Jeden z teleskopów 8-metrowych jest wyposażony w silny laser, którym wzbudzane są atomy sodu w ziemskiej atmosferze na wysokości 90 km, aby stworzyć jasne źródło punktowe dla optyki adaptywnej, dzięki czemu korekcja może być zastosowana w dowolnym kierunku na niebie.

VLT ma także cztery ruchome 1,8-m Teleskopy Pomocnicze (AT — Auxiliary Telescopes). Jedną z najciekawszych cech VLT jest możliwość użycia go jako gigantycznego interferometru optycznego (VLTI — VLT Interferometer). Dokonuje się tego poprzez łączenie światła z kilku teleskopów głównych (UT) i pomocniczych (AT). Światło z teleskopów jest przesyłane do podziemnego laboratorium VLTI za pomocą specjalnych tuneli i linii opóźniających. W trybie interferometrycznym teleskop uzyskuje obraz tak ostry, jak teleskop o rozmiarze równym separacji pomiędzy najdalszymi zwierciadłami. Dla VLTI pracującego wraz z teleskopami pomocniczymi może to być do 200 m.

Na Cerro Paranal pracują też dwa teleskopy do wykonywania przeglądów nieba: Teleskop Przeglądowy VLT (VST, 2,6 m średnicy) w zakresie widzialnym oraz VISTA w zakresie podczerwonym (4,1 m średnicy). Większość czasu naukowego podczas pierwszych 5 lat operacji teleskopów przeglądowych jest przeznaczona dla „publicznych przeglądów”, programów zaplanowanych w celu odpowiedzi na fundamentalne pytania astrofizyki, które potrzebują zdjęć dużych obszarów nieba i które dostarczą baz danych o wieloletniej wartości dla astronomii.

ALMA oraz APEX

Atacama Large Milimeter/submilimeter Array (ALMA), największy istniejący projekt astronomii naziemnej, jest rewolucyjnym urządzeniem astrofizyki submilimetrowej. ALMA będzie stanowić sieć 66 12-metrowych i 7-metrowych anten pracujących w zakresie fal milimetrowych i submilimetrowych. Budowa ALMA rozpoczęła się w roku 2003, a obserwacje Wczesnej Fazy Naukowej wystartowały we wrześniu 2011 r. ALMA znajduje się na płaskowyżu Llano de Chajnantor, na wysokości 5050 m n.p.m. — to jedna z najwyżej położonych i najsuchszych lokalizacji astronomicznych na świecie. Projekt jest partnerstwem pomiędzy ESO, Azją Wchodnią i Ameryką Północną, w kooperacji z Chile.

ALMA została zaprojektowana do zbadania pochodzenia złożonych, być może prebiotycznych, cząsteczek w ośrodku międzygwiazdowym, powstawania gwiazd i układów planetarnych oraz powstawania i ewolucji galaktyk w odległym Wszechświecie. W celu osiągnięcia tych celów ALMA udostępni niezrównaną czułość i rozdzielczość kątową na falach submilimetowych. Anteny ALMA mogą być ustawiane w różnych konfiguracjach, maksymalna odległość pomiędzy nimi może zmieniać się od 150 m do 16 km, z maksymalną kątową zdolnością rozdzielczą poniżej 10 milisekund łuku.

Budowa ALMA zostanie ukończona w 2013 r., ale pierwsze obserwacje naukowe za pomocą częściowo gotowej sieci już się rozpoczęły. Pierwszy opublikowany obraz z ALMA ukazuje obłoki gęstego gazu w galaktycznym mergerze (zlewających/zderzających się galaktykach) galaktyk Anten (NGC 4038 i NGC 4038), uzupełniając i poszerzając optyczne oraz podczerwone badania procesów gwiazdotwórczych w mergerach.

Chajnantor to także miejsce 12-m teleskopu milimetrowego i submilimetrowego APEX, operowanego przez ESO w imieniu Onsala Space Observatory, Max Planck Institute for Radio Astronomy i swoim własnym. APEX to zmodyfikowana prototypowa antena ALMA, używana jako pojedynczy teleskop. Posiada różne instrumenty spektroskopowe i obrazujące, które działają w większości okien atmosferycznych od 0,2 do 1,4 mm.

Rys. 4 Antena APEX. Źródło: ESO

E-ELT

ESO jest obecnie zaangażowane w projektowanie teleskopu optyczno-podczerwonego następnej generacji. Ogromnie Wielki Teleskop Europejski (E-ELT), ze zwierciadłem głównym klasy 40 m, znajduje się w zaawansowanym stadium projektowania i będzie gotowy do rozpoczęcia budowy w przyszłym roku. Celem jest rozpoczęcie obserwacji naukowych w perspektywie dziesięciolecia. E-ELT będzie „największym okiem świata na niebo” — największym optyczno-podczerwonym teleskopem na świecie i odpowie na wiele nierozwiązanych zagadek w astronomii, w tym w kwestii badania planet podobnych do Ziemi, krążących wokół pobliskich gwiazd, a także w zakresie populacji gwiazdowych w lokalnym Wszechświecie oraz na bardzo dużych przesunięciach ku czerwieni.

Rys. 5 Artystyczna wizualizacja teleskopu E-ELT. Źródło: Swinburne Astronomy Productions/ ESO

ESO współpracuje ze społecznością astronomów i astrofizyków, aby zdefiniować parametry oczekiwane od olbrzymiego teleskopu połowy przyszłej dekady. Od roku 2006 ponad stu astronomów ze wszystkich krajów członkowskich zaangażowało się w projekt, pomagając Biuru Projektowemu ESO w opracowaniu koncepcji, w której starannie przeanalizowano wydajność, koszty, harmonogram i ryzyko.

Lokalizacją dla E-ELT będzie Cerro Armazones, 20 km od Paranal, co pozwoli na połączenie operacji z istniejącym Obserwatorium Paranal. Ze zwierciadłem głównym klasy 40 m i optyką adaptywną E-ELT może zrewolucjonizować nasze zrozumienie Wszechświata w takim stopniu, w jakim uczynił to teleskop Galileusza 400 lat temu, gdy włoski uczony po raz pierwszy skierował go na niebo.

Akronimy ESO

ALMA — Atacama Large Millimeter/submillimeter Array — Wielki Milimetro­wy/submilimetrowy Interferometr Atacama

E-ELT — European Extremely Large Telescope — Ogromnie Wielki Teleskop Europejski

ESO — European Southern Observatory — Europejskie Obserwatorium Południowe

HARPS — High Accuracy Radial velocity Planet Searcher — Poszukiwacz Planet [metodą] Wysokiej Precyzji prędkości Radialnej

NTT — New Technology Telescope — Teleskop Nowej Technologii

UT/AT — Unit Telescopes/Auxiliary Telescopes — Teleskopy Główne/Teles­ko­py Pomocnicze

VLTI — Very Large Telescope Interferometer — Interferometr Bardzo Wielkich Teleskopów

VLT — Very Large Telescope — Bardzo Wielki Teleskop

ESO i społeczność astronomiczna

Kluczową strategią ESO zawsze był rozwój i utrzymywanie ścisłych związków ze społecznościami astronomicznymi krajów członkowskich. Ma to zasadnicze znaczenie dla wszystkich aspektów misji ESO: od definiowania nowych urządzeń i ich instrumentarium, poprzez fazę budowy, a na naukowym ich wykorzystaniu kończąc. Aby zapewnić ten związek, do swoich komitetów doradczych ESO zaprasza przedstawicieli z wszystkich krajów członkowskich, włącznie z reprezentacją w organach zarządzających. ESO aktywnie współpracuje z krajami członkowskimi, by zapewnić najlepsze możliwe naukowe wykorzystanie posiadanej infrastruktury, organizując w różnych miejscach szkolenia, szkoły i warsztaty, wspierając podróże astronomów odwiedzających obserwatoria ESO i promując programy wymiany astronomów na wszystkich szczeblach kariery zawodowej poprzez stypendia wewnętrzne, stypendia studenckie, staże podoktoranckie, a także programy dla młodych oraz dla doświadczonych naukowców. Istnieją także dedykowane programy dla stymulowania przemysłowego udziału w projektach konstrukcyjnych ESO. Zarówno naukowe, jak i przemysłowe zaangażowanie we wszystkich krajach członkowskich są stale monitorowane, aby zapewnić odpowiedni i uczciwy zwrot poniesionych wydatków.

Polska jest ostatnim dużym krajem Unii Europejskiej, który jeszcze nie został członkiem ESO. Społeczność astronomiczna w Polsce jest duża, dobrze rozwinięta i o silnej międzynarodowej reputacji. Dodatkowo, świadomość astronomii w polskim społeczeństwie jest także bardzo mocna. Z tych powodów polski wkład w ESO i program organizacji będzie niezmiernie cenny. Jednocześnie ESO może zaoferować Polsce możliwość uczestniczenia jako partner w ambitnych naukowych i technologicznych projektach.

Rys. 5 Dr Leonardo Testi (w tle prowadzący sesję Kazimierz Stępień) pracuje w ESO jako naukowiec w projekcie ALMA. Jest także pracownikiem włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki. W pracy naukowej zajmuje się obserwacyjnym badaniem formowania się gwiazd i wczesnej ewolucji gwiazd, gromad gwiazdowych oraz własności dysków okołogwiazdowych. Zarówno przyjazd jak i referat Leonardo na XXXV Zjezdzie PTA w Gdańsku był w całości zainicjowany i zorganizowany przez Krzysztofa Czarta z portalu astronomia.pl z pomocą doktorantki z Garching, Agaty Karskiej.
(Źródło: „Urania — PA” nr 6/2011)