ESO — Europejskie Obserwatorium Południowe

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.