Wyobraź sobie nocne niebo, na którym oprócz znanych gwiazd, dostrzegasz również nowy, punkt świetlny i masz pewność, że jeszcze niedawno go tam nie było. Jak to możliwe, że nagle na niebie pojawiła się nowa gwiazda? Otóż w nadchodzących latach migotanie gwiazd na nocnym niebie może zostać dopełnione przez niesamowity blask pierwszej sztucznej gwiazdy, co ma pozwolić nam wejść w zupełnie nową erę obserwacji astronomicznych.
Czy wszystkie gwiazdy niebie są naturalne? Otóż niekoniecznie, już teraz dzięki zaawansowanym technologiom możemy teraz tworzyć sztuczne “gwiazdy” za pomocą laserów, które są wykorzystywane do kalibracji instrumentów optycznych. Z gwiazdami nie mają one więc tak naprawdę niewiele wspólnego. Nie jesteśmy przecież w stanie stworzyć tak potężnego obiektu jak gwiazda i raczej nigdy nie będziemy. Dla przykładu, nasze własne Słońce, które w kosmicznej skali nie jesteś jakimś gigantem, to już w porównaniu do planet okazuje się po prostu przeogromne. Wyobraźcie sobie, że gdyby zebrać do kupy masę wszystkich obiektów w Układzie Słonecznym, w tym planet, księżyców, asteroid i cały kosmiczny gruz, to stanowi to jedynie czternaście setnych procenta masy całego Układu Słonecznego, pozostałe dziewięćdziesiąt dziewięć i osiemdziesiąt sześć setnych procenta to masa Słońca. Nie są ogromne jak prawdziwe gwiazdy ani tak odległe. Te sztuczne gwiazdy, którymi się aktualnie posługujemy, są to jedynie świetlne punkty, wytwarzane za pomocą silnych laserów i umieszczane na wysokości kilkudziesięciu kilometrów nad Ziemią.
Najnowsze filmy
Taka technologia pozwala astronomom skutecznie kompensować zakłócenia wywoływane przez drgania atmosfery ziemskiej, która wypacza obserwacje wykonywane przez obserwatoria naziemne. Atmosfera ma naprawdę ogromny wpływ na prowadzenie obserwacji
Technologia optyki adaptatywnej jest obecnie niezwykle zaawansowana, zasada jej działania polega na dynamicznym dostosowywaniu kształtu luster teleskopów, aby natychmiast kompensować atmosferyczne zniekształcenia. Na ten temat porozmawiamy jeszcze na koniec tego materiału, a póki co, wracamy do naszej tytułowej sztucznej gwiazdy.
Przełomowy projekt o nazwie Landolt przygotowywany przez NASA zakłada wystrzelenie specjalnie zaprojektowanej sondy, która będzie pełnić rolę sztucznej gwiazdy na orbicie Ziemi. Ma to na celu precyzyjniejsze kalibrowanie obserwacji prowadzonych z użyciem naziemnych teleskopów, co przełoży się na dokładniejsze pomiary jasności. Precyzyjna kalibracja pozwoli astronomom na jeszcze lepsze zrozumienie charakterystyki gwiazd i innych obiektów kosmicznych, co otworzy nowe perspektywy w badaniach kosmosu. Będzie to więc coś jak umieszczenie na niebie wzorca, dzięki któremu wszystkie inne gwiazdy mogą być badane i porównywane z dużo większą precyzją.
Misja Landolta ma więc na celu wyeliminowanie jednego z głównych problemów w astronomii, jakim jest dokładne określenie jasności gwiazd. Obecnie używane metody są podatne na błędy wynikające z atmosferycznych zakłóceń i różnic w kalibracji teleskopów. Sztuczna gwiazda Landolta ma służyć jako niezawodny punkt odniesienia, pozwalając na wyeliminowanie wszystkich tych nieścisłości.
Kosztujący około trzynaście milionów dolarów, projekt ten jest częścią misji CubeSat 12U, proponowanej do programu NASA Pioneers. Zalicza się więc to tak zwanych projektów niskokosztowych. Centrum kontroli misji będzie zlokalizowane na Uniwersytecie George’a Masona w stanie Wirginia. A to dlatego, że tak naprawdę jest to właśnie coś w rodzaju projektu studenckiego. W misję zaangażowani są wykładowcy i studenci z College of Engineering and Computing na Uniwersytecie George’a Masona, którzy to będą współpracować z NASA oraz NIST czyli National Institute of Standards and Technology, które jest światowym liderem w pomiarach emisji fotonów.
Satelita Landolta, nazwany na cześć zmarłego astronoma Arlo Landolta, który w latach siedemdziesiątych i dziewięćdziesiątych dwudziestego wieku stworzył szeroko stosowane katalogi jasności gwiazd, ma na celu wystrzelenie sztucznej gwiazdy na orbitę w dwa tysiące dwudziestym dziewiątym roku. Satelita będzie emitował światło z określoną szybkością, a zespół badaczy będzie porównywać jego jasność z jasnością prawdziwych gwiazd, aby stworzyć nowe, dokładniejsze katalogi jasności gwiazd.
Satelita, będący sztuczną gwiazdą, będzie wyposażony w osiem laserów, które będą świecić na naziemne teleskopy optyczne w celu ich kalibracji do obserwacji. NIestety pierwsza sztuczna gwiazda nie będzie na tyle duża, aby zobaczyć ją gołym okiem, to prawdopodobnie będzie już widoczna przy pomocy jakiegoś podstawowego amatorskiego teleskopu.
Jak stwierdził jeden z naukowców zarządzających misją, Eliad Peretz z NASA – „Ta misja koncentruje się na pomiarze fundamentalnych właściwości, które są codziennie wykorzystywane w obserwacjach astronomicznych. Może to wpłynąć i zmienić sposób, w jaki mierzymy lub rozumiemy właściwości gwiazd, temperatury ich powierzchni oraz zdolność do zamieszkania egzoplanet.”
Sztuczna gwiazda będzie orbitować wokół Ziemi na wysokości około trzydziestu pięciu tysięcy siedmiuset osiemdziesięciu pięciu kilometrów, a to już wystarczająco daleko, aby wyglądać jak gwiazda dla teleskopów na Ziemi. Taka wysokość orbity pozwala również na poruszanie się z taką samą prędkością jak obrót Ziemi, co utrzyma ją na stałej pozycji nad Stanami Zjednoczonymi podczas pierwszego roku na orbicie.
Ładunek, który ma wielkość przysłowiowego pudełka na chleb, zostanie zbudowany we współpracy z National Institute of Standards and Technology (NIST), światowym liderem w pomiarach emisji fotonów.
A teraz jeszcze parę słów na temat tego jak trudne są obserwacje astronomiczne, jak ogromny wpływ na ich ma atmosfera naszej planety i sposobach w jaki naukowcy próbują sobie z tym radzić.
Już na przełomie szesnastego i siedemnastego wieku, za czasów Galileusza, astronomowie zaczęli wykorzystywać urządzenia optyczne do prowadzenia obserwacji zjawisk na niebie. Z uporem konstruowali coraz większe i większe teleskopy. Z jednej strony, dążenie do zwiększania rozmiarów teleskopów miało swoje uzasadnienie. Wiadomo, że wielkość ma znaczenie – większe zwierciadło teleskopu zwiększa jego zdolność zbiorczą, co pozwala na zebranie większej ilości światła i tym samym uzyskanie więcej danych o obserwowanym obiekcie. W rezultacie, teleskopy stawały się coraz większe aż do czasów współczesnych.
Patronite
Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!Z drugiej strony, mimo ciągłego powiększania rozmiarów teleskopów, wciąż daleko im było do ideału. Na jakość teleskopu wpływają również inne czynniki, takie jak rozdzielczość kątowa. Główną przeszkodą w prowadzeniu precyzyjnych obserwacji są turbulencje atmosferyczne, powodujące scyntylacje, czyli migotanie gwiazd. Poruszające się w różnych kierunkach i z różnymi prędkościami masy powietrza stale utrudniały uzyskanie satysfakcjonującej rozdzielczości. Jednym ze sposobów na zniwelowanie turbulencji było umieszczanie teleskopów tam, gdzie atmosfera jest rzadsza, na przykład na szczytach gór. Jednak nawet to rozwiązanie nie eliminowało problemu całkowicie.
Skoro udało się wysłać człowieka na Księżyc i skonstruować bombę atomową, naukowcy musieli również znaleźć sposób na poradzenie sobie z turbulencjami atmosferycznymi. Pierwsze prace opisujące sposób korygowania błędów obrazu spowodowanych ziemską atmosferą powstały w latach pięćdziesiątych, jednak wówczas była to jedynie teoria. Dopiero na początku lat dziewięćdziesiątych wzrost mocy obliczeniowej komputerów i rozwój technik informatycznych pozwolił przenieść teoretyczne rozważania na praktykę.
Optyka adaptatywna, znana również jako optyka adaptacyjna, to wyjątkowo skomplikowana i zaawansowana technologia. W dużym uproszczeniu, cały proces polega na sterowaniu teleskopem przez komputer w celu uniknięcia odkształceń zwierciadła, co koryguje błędy w otrzymywanym obrazie. Korekty przeprowadzane są przy użyciu specjalnego deformowalnego lustra. Komputer analizuje w czasie rzeczywistym obraz gwiazdy referencyjnej i na podstawie tych danych koryguje kształt lustra teleskopu, kompensując zakłócenia spowodowane przez atmosferę. Dzięki temu astronomowie mogą uzyskać obrazy o jakości porównywalnej do tych z teleskopów kosmicznych, mimo że obserwacje są prowadzone z powierzchni Ziemi.
Gdy obraz wpada do teleskopu, jest analizowany przez specjalnie zaprojektowane sensory. Ich zadaniem jest ocena zniekształceń w otrzymanej fali świetlnej. Sygnał z tych sensorów jest wysyłany do jednostki obliczeniowej, która w czasie rzeczywistym oblicza poprawki, jakie trzeba wprowadzić na deformowalnym lustrze, aby skorygować falę świetlną zniekształconą przez turbulencje atmosferyczne.
Cała procedura przebiega z imponującą częstotliwością od 100 do 1000 razy na sekundę, z dokładnością do jednego mikrometra. Aby to było możliwe, stosowane są miniaturowe siłowniki działające na zasadzie elektromagnesu. Optyka adaptatywna nie jest stosowana na głównym, największym lustrze teleskopu. W tym miejscu zazwyczaj używa się optyki aktywnej. W zależności od konstrukcji teleskopu, optyka adaptatywna jest stosowana na lustrze wtórnym lub jednym z kolejnych luster.
Obecnie optyka adaptatywna znajduje zastosowanie zarówno w mniejszych teleskopach, takich jak te w Obserwatorium La Silla, jak i w większych, takich jak Gemini-North, Keck II oraz w zespole teleskopów VLT.
Dzięki wykorzystaniu tej technologii udało się między innymi przeprowadzić szczegółowe badania centralnej supermasywnej czarnej dziury w naszej galaktyce oraz dokonać obserwacji pierwszej planety pozasłonecznej.
Idealnym jednozadaniowym podsumowaniem i jednocześnie zakończeniem dzisiejszego odcinka będą słowa amerykańskiego astronoma Rodericka Olivera Redmana: „A good idea is worth more than a large telescope”
