Největší dalekohled budoucnosti – 2. část

Vedení Evropské jižní observatoře ESO (European Southern Observatory) dalo po dlouhých diskusích a úvahách zelenou konstrukci extrémně velkého teleskopu ELT (Extremely Large Telescope), který bude mít průměr objektivu 39,3 metru. Ve druhé části článku se budeme věnovat funkci jednotlivých zrcadel teleskopu a jejich náročné výrobě.

Zrcadla v akci

Primární zrcadlo bude složeno ze 798 hexagonálních segmentů o průměru 1,45 m a tloušťce 5 cm, které dohromady představují odraznou plochu o celkové velikosti 978 m². Vnější průměr soustavy bude 39,3 m, uvnitř bude volný prostor o průměru 10,4 m – bez zrcadel. Systém bude vybaven aktivní optikou, která bude korigovat tvar zrcadla M1 při náklonu nebo při změnách teploty.

Zrcadla budou vyrobena ze Zeroduru – sklokeramického materiálu s velmi nízkou tepelnou roztažností, který zaručuje zachování tvaru zrcadla i při větších změnách teploty. Povrch zrcadla bude velmi přesně vybroušen a pokoven vrstvou stříbra.

Kromě 798 segmentů zrcadla, které budou umístěny v dalekohledu, bude vyrobeno ještě 133 záložních, které budou použity k náhradě těch segmentů hlavního zrcadla, u kterých se zhorší kvalita povrchu. U vyměněných prvků se odstraní kovová vrstva a opět se nanese nová.

Sekundární zrcadlo bude monolitické o průměru 4,2 m a hmotnosti 3,5 tuny. Třetí zrcadlo, umístěné ve volném prostoru uprostřed primárního zrcadla, bude mít průměr 3,8 m.

Čtvrté zrcadlo o průměru 2,4 metru a tloušťce pouhé 2 mm bude umístěno rovněž v optické ose dalekohledu, bude rovinné a bude vybaveno systémem adaptivní optiky, který má odstraňovat zhoršení kvality a rozmazání obrazu hvězd způsobené chvěním vzduchu. Bude podepřeno soustavou více než 5 000 aktivních členů (tzv. aktuátorů), jejichž úkolem bude „zakřivovat“ tisíckrát za sekundu tvar zrcadla M4 v závislosti na stavu atmosféry, čímž bude dosaženo mimořádně kvalitního obrazu. Jeho dalším úkolem bude odrážet obraz mimo hlavní osu dalekohledu na zrcadlo M5.

Páté zrcadlo bude rovinné, bude mít eliptický tvar o rozměrech 2,6 × 2,1 metru a jeho úkolem bude nasměrovat zachycené světlo do tzv. Nasmythova ohniska, kde budou umístěny spektrografy, kamery a další vědecké přístroje.

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. Půjde o lasery produkující žluté světlo o vlnové délce 589 nm.

Postup výroby komponent

Primární zrcadlo M1 je příliš velké na to, aby bylo vyrobeno z jednoho kusu skla. Proto bude složeno ze 798 hexagonálních segmentů. Výroba jednotlivých částí, které budou fungovat společně jako jedno obří zrcadlo, bude mezníkem k získání bezprecedentních astronomických snímků.

Segmenty zrcadla M1 započaly svůj život v německé firmě SCHOTT, v jejím zařízení v Mainzu. V lednu 2018 bylo úspěšně odlito prvních šest segmentů. Po samotném odlití procházejí zrcadla procesem pomalého chladnutí a řadou tepelných úprav. Po odlití a hrubém obrobení odlitku na přibližný tvar jsou segmenty dodávány do francouzské firmy Safran Reosc. Počátkem roku 2020 zde probíhalo leštění optické plochy u prvních 24 segmentů.

Leštící zařízení v Poitiers

Pro mnohem výkonnější provádění leštění a testování více než 900 segmentů pro primární zrcadlo M1 vyvinula společnost Safran Reosc jednoúčelové leštící zařízení v Poitiers. Do provozu bylo uvedeno 4. 2. 2020. Zařízení je sestaveno v budově, která má plochu zhruba 5 000 m² (více než 19 tenisových kurtů) a je vybaveno tím nejlepším optickým zařízením připraveným na hromadnou výrobu segmentů zrcadla M1. V maximu bude společnost Safran Reosc schopna produkovat v průměru jeden segment zrcadla denně.

Na tomto zařízení každý polotovar segmentu M1 – stále ještě kruhového tvaru – prochází procesem broušení a leštění za účelem odstranění přebytečné vrstvy na povrchu a přizpůsobení ideální optické ploše s přesností několika nanometrů. Následně technici ořežou segment do hexagonálního tvaru před konečným a velmi přesným leštěním pomocí svazku iontů.

Instalace úložných mechanismů

Před konečnou etapou leštění jsou k jednotlivým segmentům zrcadla ještě připojeny podpůrné úložné mechanismy. Tyto důležité součásti budou tvořit páteř struktury primárního zrcadla, poskytující pevnou a regulovatelnou podporu pro všechny hexagonální části. Každý segment o hmotnosti 250 kg (včetně podpůrných mechanismů) bude později namontován na trojici pístů, které umožní jeho naklánění s nebývalou přesností v rámci tzv. aktivní optiky.

První sada podpůrných mechanismů pro zrcadlo M1, která byla vyrobena a testována firmou VDL ETG Projects BV v Nizozemí, byla již dodána firmě Safran Reosc v Poitiers. Podpůrná výztuž bude instalována na zadní stranu každého segmentu, který pak bude připraven na finální stupeň leštění. Přitom svazek iontů vyleští povrch zrcadla s molekulovou přesností, vyhladí jakékoliv nedokonalosti způsobené obráběním hexagonálního tvaru a připojováním opěry.

Dokončení příště.

Zdroj: https://scitechdaily.com/tertiary-mirror-allows-worlds-biggest-eye-on-the-sky-to-image-with-unprecedented-quality/ a https://stfc.ukri.org/files/elt-infographic/

autor: František Martinek