Telescópio Extremamente Grande - Extremely Large Telescope

Telescópio Extremamente Grande
O E-ELT.jpg
A impressão de um artista sobre o ELT
Nomes alternativos ELT Edite isso no Wikidata
Parte de Observatório Europeu do Sul Edite isso no Wikidata
Localizações) Cerro Armazones , Antofagasta Província , Região de Antofagasta , Chile
Coordenadas 24 ° 35′21 ″ S 70 ° 11′30 ″ W / 24,5893 ° S 70,1916 ° W / -24,5893; -70,1916 Coordenadas: 24 ° 35′21 ″ S 70 ° 11′30 ″ W / 24,5893 ° S 70,1916 ° W / -24,5893; -70,1916 Edite isso no Wikidata
Organização Observatório Europeu do Sul Edite isso no Wikidata
Altitude 3.046 m (9.993 pés) Edite isso no Wikidata
Tempo de observação 320 noites por ano Edite isso no Wikidata
Construído 26 de maio de 2017- ( 26 de maio de 2017– ) Edite isso no Wikidata
Estilo telescópio telescópio extremamente grande telescópio
infravermelho telescópio
Nasmyth telescópio
óptico Edite isso no Wikidata
Diâmetro 39,3 m (128 pés 11 pol.) Edite isso no Wikidata
Diâmetro secundário 4,09 m (13 pés 5 pol.) Edite isso no Wikidata
Diâmetro terciário 3,75 m (12 pés 4 pol.) Edite isso no Wikidata
Resolução angular 0,005 segundo de arco Edite isso no Wikidata
Área de coleta 978 m 2 (10.530 pés quadrados)Edite isso no Wikidata
Comprimento focal 743,4 m (2.439 pés 0 pol.) Edite isso no Wikidata
Montagem Telescópio Nasmyth Edite isso no Wikidata Edite isso no Wikidata
Gabinete cúpula Edite isso no Wikidata
Local na rede Internet www .eso .org / public / teles-instr / elt / Edite isso no Wikidata
Extremely Large Telescope está localizado no Chile
Telescópio Extremamente Grande
Localização do telescópio extremamente grande
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O Extremely Large Telescope ( ELT ) é um observatório astronômico atualmente em construção. Quando concluído, está planejado para ser o maior telescópio óptico / infravermelho próximo do mundo extremamente grande . Parte da agência do Observatório Europeu do Sul (ESO), está localizado no topo do Cerro Armazones, no deserto de Atacama, no norte do Chile .

O projeto consiste em um telescópio refletor com um espelho primário segmentado de 39,3 metros de diâmetro (130 pés) e um espelho secundário de 4,2 m (14 pés) de diâmetro, e será suportado por óptica adaptativa , oito unidades de estrela guia de laser e várias grandes instrumentos científicos. O observatório visa coletar 100 milhões de vezes mais luz do que o olho humano, 13 vezes mais luz do que os maiores telescópios ópticos existentes em 2014, e ser capaz de corrigir distorções atmosféricas. Ele tem cerca de 256 vezes a área de captação de luz do Telescópio Espacial Hubble e, de acordo com as especificações do ELT, forneceria imagens 16 vezes mais nítidas do que as do Hubble.

O projeto foi originalmente chamado de European Extremely Large Telescope ( E-ELT ), mas o nome foi encurtado em 2017. O ELT tem como objetivo avançar o conhecimento astrofísico, permitindo estudos detalhados de planetas ao redor de outras estrelas, as primeiras galáxias do Universo, supermassivas buracos negros, e a natureza do setor escuro do Universo, e para detectar água e moléculas orgânicas em discos protoplanetários em torno de outras estrelas. A construção deve levar 11 anos, de 2014 a 2025.

Em 11 de junho de 2012, o Conselho do ESO aprovou os planos do programa ELT para iniciar as obras civis no local do telescópio, com a construção do próprio telescópio pendente de acordo final com os governos de alguns estados membros. As obras de construção do local do ELT começaram em junho de 2014. Em dezembro de 2014, o ESO garantiu mais de 90% do financiamento total e autorizou o início da construção do telescópio, que custará cerca de mil milhões de euros na primeira fase de construção. A primeira pedra do telescópio foi lançada cerimonialmente em 26 de maio de 2017, iniciando a construção da estrutura principal da cúpula e do telescópio, com a primeira luz sendo planejada para 2027.

História

O Conselho do ESO se reúne na sede do ESO em Garching , 2012.

Em 26 de abril de 2010, o Conselho do Observatório Europeu do Sul (ESO) selecionou Cerro Armazones , Chile , como local de referência para o ELT planejado. Outros sites que estavam em discussão foram Cerro Macon, Salta, na Argentina; Observatório Roque de los Muchachos , nas Ilhas Canárias; e locais no Norte da África, Marrocos e Antártica.

Os primeiros projetos incluíam um espelho primário segmentado com um diâmetro de 42 metros (140 pés) e uma área de cerca de 1.300 m 2 (14.000 pés quadrados), com um espelho secundário com um diâmetro de 5,9 m (19 pés). No entanto, em 2011 foi apresentada uma proposta para reduzir o seu tamanho em 13% para 978 m 2 , para um espelho primário de 39,3 m (130 pés) de diâmetro e um espelho secundário de 4,2 m (14 pés) de diâmetro. Reduziu os custos projetados de 1,275 bilhão para 1,055 bilhão de euros e deve permitir que o telescópio seja concluído mais cedo. O secundário menor é uma mudança particularmente importante; 4,2 m (14 pés) o coloca dentro das capacidades de vários fabricantes, e a unidade de espelho mais leve evita a necessidade de materiais de alta resistência na aranha de suporte do espelho secundário.

Trabalho de fundação do ELT, setembro de 2019.

O Diretor Geral do ESO comentou em um comunicado à imprensa de 2011 que "Com o novo design do E-ELT, ainda podemos satisfazer os objetivos científicos arrojados e também garantir que a construção possa ser concluída em apenas 10-11 anos." O Conselho do ESO endossou o projeto de linha de base revisado em junho de 2011 e esperava uma proposta de construção para aprovação em dezembro de 2011. O financiamento foi subsequentemente incluído no orçamento de 2012 para o trabalho inicial começar no início de 2012. O projeto recebeu a aprovação preliminar em junho de 2012. O ESO aprovou o início da construção em dezembro de 2014, com financiamento de mais de 90% do orçamento nominal garantido.

A fase de design do anastigmat de 5 espelhos foi totalmente financiada pelo orçamento do ESO. Com as mudanças de 2011 no projeto da linha de base (como uma redução no tamanho do espelho primário de 42 m para 39,3 m), em 2017 o custo de construção foi estimado em € 1,15 bilhões (incluindo instrumentos de primeira geração). Em 2014, o início das operações foi planejado para 2024. A construção real começou oficialmente no início de 2017.

Planejamento

Cerro Armazones à noite (2010)

O ESO se concentrou no projeto atual depois que um estudo de viabilidade concluiu que o proposto telescópio de 100 m (328 pés) de diâmetro, o Telescópio Esmagadoramente Grande , custaria € 1,5 bilhão (£ 1 bilhão) e seria muito complexo. Tanto a tecnologia de fabricação atual quanto as restrições de transporte rodoviário limitam os espelhos únicos a cerca de 8 m (26 pés) por peça. Os próximos maiores telescópios atualmente em uso são os Telescópios Keck , o Gran Telescopio Canarias e o Grande Telescópio da África do Sul , cada um usando pequenos espelhos hexagonais montados juntos para fazer um espelho composto com um pouco mais de 10 m (33 pés) de diâmetro. O ELT usa um design semelhante, bem como técnicas para contornar a distorção atmosférica da luz incidente, conhecida como óptica adaptativa .

Um espelho de 40 metros permitirá o estudo das atmosferas de planetas extrasolares . O ELT é a maior prioridade nas atividades europeias de planeamento para infraestruturas de investigação, como o Astronet Science Vision and Infrastructure Roadmap e o ESFRI Roadmap. O telescópio passou por um estudo de Fase B em 2014 que incluiu "contratos com a indústria para projetar e fabricar protótipos de elementos-chave como os segmentos de espelho primário, o quarto espelho adaptativo ou a estrutura mecânica (...) [e] estudos de conceito para oito instrumentos "

Projeto

O ELT usará um design inovador com um total de cinco espelhos. Os primeiros três espelhos são curvos (não esféricos) e formam um design anastigmat de três espelhos para excelente qualidade de imagem no campo de visão de 10 arcminutos (um terço da largura da Lua cheia). O quarto e o quinto espelhos são (quase) planos e fornecem correção óptica adaptativa para distorções atmosféricas (espelho 4) e correção de inclinação para estabilização de imagem (espelho 5). O quarto e o quinto espelhos também enviam a luz lateralmente para uma das estações focais Nasmyth em ambos os lados da estrutura do telescópio, permitindo que vários instrumentos grandes sejam montados simultaneamente.

Espelho ELT e contratos de sensores

Espelho primário

O sistema óptico do ELT mostrando a localização dos espelhos.

A superfície do espelho primário de 39 metros será composta por 798 segmentos hexagonais, cada um medindo aproximadamente 1,4 metros de largura e 50 mm de espessura. A cada dia de trabalho, dois segmentos serão revestidos novamente e substituídos para garantir que o espelho esteja sempre limpo e altamente refletivo.

Os sensores de borda medem constantemente as posições relativas dos segmentos do espelho primário e seus vizinhos. Os atuadores de posição 2394 (3 para cada segmento) usam essas informações para apoiar o sistema, mantendo a forma geral da superfície inalterada contra deformações causadas por fatores externos, como vento, mudanças de temperatura ou vibrações.

Em janeiro de 2017, o ESO adjudicou o contrato de fabricação dos 4608 sensores de borda ao consórcio FAMES, que é composto por Fogale e Micro-Epsilon. Esses sensores podem medir posições relativas com uma precisão de alguns nanômetros, a mais precisa já usada em um telescópio.

Elenco dos primeiros segmentos do espelho principal ELT.

Em maio de 2017, o ESO concedeu dois contratos adicionais. Um foi concedido à Schott AG, que fabricará os blanks dos 798 segmentos, bem como 133 segmentos adicionais como parte de um conjunto de manutenção, permitindo que os segmentos sejam removidos, substituídos e limpos em uma base rotativa, uma vez que o ELT esteja em Operação. O espelho será feito da mesma cerâmica Zerodur de baixa expansão que os espelhos do Very Large Telescope existentes no Chile.

O outro contrato foi concedido à empresa francesa Safran Reosc, subsidiária da Safran Electronics & Defense . Eles receberão os blanks do espelho da Schott e polirão um segmento de espelho por dia para cumprir o prazo de 7 anos. Durante este processo, cada segmento será polido até que não tenha nenhuma irregularidade superficial maior que 7,5 nm RMS . Posteriormente, o Safran Reosc montará, testará e concluirá todos os testes ópticos antes da entrega. Este é o segundo maior contrato para a construção do ELT e o terceiro maior contrato que o ESO já assinou.

As unidades do sistema de suporte de segmento para o espelho primário são projetadas e produzidas pela CESA (Espanha) e VDL (Holanda). Os contratos assinados com o ESO incluem também a entrega de instruções detalhadas e completas e desenhos de engenharia para a sua produção. Além disso, incluem o desenvolvimento dos procedimentos necessários para a integração dos suportes com os segmentos de vidro ELT; para manusear e transportar os conjuntos de segmento; e para operá-los e mantê-los.

Espelho secundário

Placa de espelho M2 da ELT.

Fazer o espelho secundário é um grande desafio, pois é altamente convexo e asférico. Também é muito grande; com 4,2 metros de diâmetro e pesando 3,5 toneladas, será o maior espelho secundário já empregado em um telescópio e o maior espelho convexo já produzido.

Em janeiro de 2017, o ESO concedeu um contrato para a placa de espelho à Schott AG , que irá fabricá-la de Zerodur .

Células de suporte complexas também são necessárias para garantir que os espelhos secundários e terciários flexíveis mantenham sua forma e posição corretas; essas células de suporte serão fornecidas pela SENER .

A placa de vitrocerâmica pré-formada do espelho secundário será então polida e testada por Safran Reosc. O espelho será moldado e polido com uma precisão de 15 nanômetros (15 milionésimos de milímetro) sobre a superfície óptica.

Espelho terciário

O espelho terciário côncavo de 3,8 metros, também feito de Zerodur, será uma característica incomum do telescópio. A maioria dos grandes telescópios atuais, incluindo o VLT e o Telescópio Espacial Hubble da NASA / ESA, usa apenas dois espelhos curvos para formar uma imagem. Nesses casos, às vezes é introduzido um espelho terciário pequeno e plano para desviar a luz para um foco conveniente. No entanto, no ELT, o espelho terciário também tem uma superfície curva, pois o uso de três espelhos proporciona uma melhor qualidade de imagem final em um campo de visão maior do que seria possível com um design de dois espelhos.

Espelho quaternário

O espelho quaternário de 2,4 metros é um espelho adaptativo plano, com apenas 2 milímetros de espessura. Com até 8.000 atuadores, a superfície pode ser reajustada em frequências de tempo muito altas. O espelho deformável será o maior espelho adaptativo já feito e consiste em seis pétalas componentes, sistemas de controle e atuadores de bobina de voz. A distorção da imagem causada pela turbulência da atmosfera terrestre pode ser corrigida em tempo real, assim como as deformações causadas pelo vento sobre o telescópio principal. O sistema de óptica adaptativa do ELT fornecerá uma melhoria de cerca de um fator de 500 na resolução, em comparação com as melhores condições de visualização alcançadas até agora sem óptica adaptativa.

O consórcio AdOptica, em parceria com o INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) como subcontratados, é responsável pelo projeto e fabricação do espelho quaternário, que deve ser enviado ao Chile até o final de 2022. Safran Reosc fabricará as cascas dos espelhos, e também os lustra.

Espelho quinário

O espelho quinário de 2,7 metros por 2,2 metros é um espelho inclinado usado para refinar a imagem usando óptica adaptativa . O espelho incluirá um sistema rápido de inclinação e inclinação para estabilização de imagem que irá compensar as perturbações causadas pelo vento, turbulência atmosférica e o próprio telescópio antes de alcançar os instrumentos ELT.

Cúpula e estrutura ELT

Construção de cúpula

Conceito de ELT.

A cúpula do ELT terá uma altura de quase 74 metros do solo e um diâmetro de 86 metros, tornando-se a maior cúpula já construída para um telescópio. A cúpula terá uma massa total de cerca de 6100 toneladas, e a montagem do telescópio e a estrutura do tubo terão uma massa móvel total de cerca de 3700 toneladas.

Para a fenda de observação, dois designs principais estavam em estudo: um com dois conjuntos de portas aninhadas e o design da linha de base atual, ou seja, um único par de grandes portas de correr. Este par de portas tem uma largura total de 45,3 m.

O ESO assinou um contrato para a sua construção, juntamente com a estrutura principal dos telescópios, com o Consórcio italiano ACe, composto por Astaldi e Cimolai e o subcontratado nomeado, o Grupo italiano EIE. A cerimónia de assinatura teve lugar a 25 de maio de 2016 na Sede do ESO em Garching bei München, Alemanha.

A cúpula é para fornecer a proteção necessária para o telescópio em condições climáticas adversas e durante o dia. Vários conceitos para a cúpula foram avaliados. O conceito básico para a cúpula ELT classe 40m é uma cúpula quase hemisférica, girando sobre um píer de concreto, com portas curvas que se abrem lateralmente. Trata-se de uma reotimização do projeto anterior, visando à redução de custos, e está sendo revalidado para estar pronto para construção.

Um ano após a assinatura do contrato, e após a cerimónia de lançamento da primeira pedra, em maio de 2017, o local foi entregue à ACe, significando o início da construção da estrutura principal da cúpula.

Desempenho astronômico

Em termos de desempenho astronômico, a cúpula deve ser capaz de rastrear o locus de esquiva zenital de 1 grau , bem como predefinir um novo alvo em 5 minutos. Isso requer que a cúpula seja capaz de acelerar e se mover a velocidades angulares de 2 graus / s (a velocidade linear é de aproximadamente 5 km / h).

Comparação de tamanho entre o ELT e outras cúpulas de telescópio.

A cúpula é projetada para permitir liberdade total ao telescópio para que ele possa se posicionar aberto ou fechado. Também permitirá observações do zênite até 20 graus do horizonte.

Pára-brisas

Com uma abertura tão grande, a cúpula do ELT requer a presença de um para-brisa para proteger os espelhos do telescópio (além do secundário), da exposição direta ao vento. O design básico do pára-brisa minimiza o volume necessário para abrigá-lo. Duas lâminas esféricas, de cada lado das portas da fenda de observação, deslizam na frente da abertura do telescópio para restringir o vento.

Ventilação e ar condicionado

O design da cúpula garante que a cúpula forneça ventilação suficiente para que o telescópio não seja limitado pela visão da cúpula. Para tal, a cúpula também está equipada com venezianas, sendo o pára-brisas desenhado de forma a permitir-lhes cumprir a sua função.

Simulações computacionais de dinâmica de fluidos e trabalhos em túnel de vento estão sendo realizados para estudar o fluxo de ar dentro e ao redor da cúpula, bem como a eficácia da cúpula e do pára-brisa na proteção do telescópio.

Além de ser projetado para ser estanque à água, a estanqueidade também é um dos requisitos, pois é fundamental para minimizar a carga do ar condicionado. O ar condicionado da cúpula é necessário não apenas para preparar termicamente o telescópio para a noite que se aproxima, mas também para manter a óptica do telescópio limpa.

O ar condicionado do telescópio durante o dia é crítico e as especificações atuais permitem que a cúpula resfrie o telescópio e o volume interno em 10 ° C ao longo de 12 horas.

Objetivos de ciência

Este é o trailer oficial do ELT. O projeto do ELT mostrado aqui é preliminar.

O ELT irá procurar planetas extrasolares - planetas orbitando outras estrelas. Isso incluirá não apenas a descoberta de planetas até massas semelhantes à da Terra por meio de medições indiretas do movimento oscilante das estrelas perturbadas pelos planetas que as orbitam, mas também a imagem direta de planetas maiores e possivelmente até a caracterização de suas atmosferas. O telescópio tentará obter imagens de exoplanetas semelhantes à Terra , o que pode ser possível.

Além disso, o conjunto de instrumentos do ELT permitirá aos astrônomos sondar os primeiros estágios da formação de sistemas planetários e detectar água e moléculas orgânicas em discos protoplanetários em torno de estrelas em formação. Assim, o ELT responderá a questões fundamentais sobre a formação e evolução dos planetas.

Ao sondar os objetos mais distantes, o ELT fornecerá pistas para a compreensão da formação dos primeiros objetos que se formaram: estrelas primordiais, galáxias primordiais e buracos negros e suas relações. Estudos de objetos extremos, como buracos negros, se beneficiarão do poder do ELT para obter mais informações sobre fenômenos dependentes do tempo vinculados aos vários processos em jogo em torno de objetos compactos.

O ELT é projetado para fazer estudos detalhados das primeiras galáxias. As observações dessas galáxias primitivas com o ELT darão pistas que ajudarão a entender como esses objetos se formam e evoluem. Além disso, o ELT será uma ferramenta única para fazer um inventário das mudanças no conteúdo dos vários elementos do Universo com o tempo e para compreender a história da formação de estrelas nas galáxias.

Um dos objetivos do ELT é a possibilidade de fazer uma medição direta da aceleração da expansão do Universo. Tal medição teria um grande impacto em nossa compreensão do Universo. O ELT também pesquisará possíveis variações nas constantes físicas fundamentais com o tempo. Uma detecção inequívoca de tais variações teria consequências de longo alcance para nossa compreensão das leis gerais da física.

Instrumentação

Este vídeo mostra engenheiros ajustando os complexos mecanismos de suporte que controlam a forma e o posicionamento de dois dos 798 segmentos que formarão o espelho primário completo do telescópio.
Os primeiros instrumentos ELT.

O telescópio terá vários instrumentos científicos. Será possível mudar de um instrumento para outro em minutos. O telescópio e a cúpula também poderão mudar de posição no céu e iniciar uma nova observação em um tempo muito curto.

Da variedade de conceitos de instrumentos estudados, três instrumentos estão em construção; MICADO, HARMONI e METIS, junto com o sistema de óptica adaptativa MAORY.

  • HARMONI : O espectrógrafo óptico monolítico de alta resolução angular e de campo integral no infravermelho próximo (HARMONI) funcionará como o instrumento mais robusto do telescópio para espectroscopia.
  • METIS : O gerador de imagens e espectrógrafo de infravermelho médio ELT (METIS) será um gerador de imagens e espectrógrafo de infravermelho médio.
  • MICADO : A Câmera de Imagem Óptica Multi-Adaptativa para Observações Profundas (MICADO) será a primeira câmera de imagem dedicada para o ELT e funcionará com o módulo de óptica adaptativa multi-conjugada, MAORY.

Além disso, dois outros instrumentos estão sendo estudados:

  • MOSAICO : Um espectrógrafo multi-objeto proposto que permitirá aos astrônomos rastrear o crescimento das galáxias e a distribuição da matéria logo após o Big Bang até os dias atuais.
  • HIRES : Um espectrógrafo proposto de alta resolução espectral e alta estabilidade, cujos objetivos científicos incluem a caracterização de atmosferas de exoplanetas.

Comparação

Comparação de tamanhos nominais de aberturas do Telescópio Extremamente Grande e alguns telescópios óticos notáveis
ELT em comparação com o VLT e o Coliseu

Um dos maiores telescópios ópticos em operação hoje é o Gran Telescopio Canarias , com uma abertura de 10,4 m e uma área de captação de luz de 74 m 2 . Outros previstas extremamente grandes telescópios incluem o / 368 m a 25 m 2 gigante Magellan telescópio e 30 m / 655 m 2 Telescópio do medidor Trinta , que também são orientadas para o início da década de 2020 para a sua conclusão. Esses outros dois telescópios pertencem aproximadamente à mesma próxima geração de telescópios ópticos baseados no solo. Cada projeto é muito maior do que os telescópios anteriores. Mesmo com a redução no tamanho para 39,3 m, o ELT é significativamente maior do que os dois outros telescópios extremamente grandes planejados . Tem o objetivo de observar o Universo com mais detalhes do que o Telescópio Espacial Hubble , obtendo imagens 15 vezes mais nítidas, embora seja projetado para ser complementar aos telescópios espaciais, que normalmente têm um tempo de observação disponível muito limitado. O espelho secundário de 4,2 metros do ELT é do mesmo tamanho que o espelho primário do Telescópio William Herschel , o segundo maior telescópio óptico da Europa.

Nome
Diâmetro da abertura (m)

Área de coleta (m²)
Primeira luz
Telescópio Extremamente Grande (ELT) 39,3 978 2027
Telescópio de trinta metros (TMT) 30 655 2027
Telescópio gigante de Magalhães (GMT) 24,5 368 2029
Grande Telescópio da África Austral (SALT) 11,1 × 9,8 79 2005
Telescópios Keck 10,0 76 1990, 1996
Gran Telescopio Canarias (GTC) 10,4 74 2007
Very Large Telescope (VLT) 8,2 50 (× 4) 1998-2000
Notas: As datas da primeira luz no futuro são provisórias e provavelmente serão alteradas.

O ELT em condições ideais tem uma resolução angular de 0,005 segundo de arco, que corresponde a separar duas fontes de luz de 1 UA além de uma distância de 200 pc . A 0,03 segundos de arco, o contraste é esperado para ser de 10 8 , suficiente para procurar exoplanetas. O olho humano sem ajuda tem uma resolução angular de 1 minuto de arco, que corresponde a separar duas fontes de luz com 30 cm de distância de 1 km de distância.

Stills

As imagens abaixo mostram representações artísticas do ELT e foram produzidas pelo ESO .

Vídeo

Galeria

Veja também

Referências

links externos