211service.com
Teleskop Se Längre
Astronomer har upptäckt den mest avlägsna, äldsta galax de någonsin sett, med hjälp av optiska knep både himmelska och konstgjorda. Även om observationen av galaxen som den existerade bara två miljarder år efter Big Bang är vetenskapligt betydelsefull i sin egen rätt, fungerar den också som en tidig titt på vad som komma skall när astronomer använder en sofistikerad teknik som kallas adaptiv optik för att titta mycket djupare in i natthimlen.
Spegel spegel: Inuti Keck II-teleskopet samlar en 10 meter bred spegel (nederst) stjärnljus och reflekterar det till en mindre sekundär spegel (överst), som i sin tur leder det till andra instrument, inklusive det adaptiva optiksystemet.
Teamet av astronomer från Caltech och Durham University i England tillkännagav sina fynd i tidskriften Nature förra veckan. Med hjälp av Keck-teleskopet på Hawaii undersökte de en galax 11 miljarder ljusår från jorden. Tidigare hade astronomer inte kunnat se längre än sju eller åtta miljarder ljusår. Eftersom att se över astronomiska avstånd är detsamma som att se tillbaka i tiden, för observationen astronomerna mycket närmare universums födelse, för ungefär 13 miljarder år sedan.
För att upptäcka en galax på så långt avstånd använde astronomerna två optiska knep. Det ena är ett naturligt förekommande fenomen som kallas en kosmisk lins, som utnyttjar gravitationens förmåga att böja ljus. En galax som är exakt inriktad mellan astronomerna och objektet de vill titta på kommer att böja ljuset från objektet runt sig och fokusera det mot astronomerna. Det ger dem en bild ungefär åtta gånger skarpare än om de hade försökt titta på det avlägsna objektet ensam.
Men när objektet är en galax som bara är några tusen ljusår i diameter (i motsats till Vintergatans 100 000 ljusårs diameter) och 11 miljarder ljusår bort, ger åtta gånger skärpan fortfarande lite mer än en ljuspunkt. Astronomer använder adaptiv optik för att göra bilden tillräckligt tydlig för att få användbar information.
Multimedia
Se en video om adaptiv optik och se en animation av Thirty Meter Observatory.
Ljus kan ses som en våg, med en serie vågfronter som rör sig genom rymden, ungefär som fronterna på havsvågor som rullar i land. Vanligtvis är fronten av en ljusvåg platt. Men när den passerar genom jordens turbulenta atmosfär blir den förvrängd – mer som ojämnt wellpapp. Denna turbulens är det som får stjärnor att blinka och det minskar ett teleskops upplösning. Så Keck använder ett adaptivt optiksystem som mäter den turbulensen och korrigerar för den.
För att göra mätningen avfyrar en markbaserad laser en ljusstråle i luften, där den träffar ett tunt lager av natrium avsatt av meteorer som brinner upp i atmosfären, cirka 90 kilometer upp. Natriumet reflekterar laserljuset mot teleskopets huvudspegel, vilket leder det till en serie vågfrontssensorer som mäter hur mycket atmosfären har förvrängt ljusvågen. Baserat på dessa mätningar får en dator en serie ställdonarmar att trycka och dra i en uppsättning små, deformerbara speglar. Ställdonen böjer speglarna ungefär en mikrometer (ungefär en hundradel av ett människohår) många gånger varje sekund, vilket eliminerar atmosfärens turbulens. Den korrigerade vågfronten registreras sedan av en kamera. Caltech-astronomen Richard Ellis säger att resultatet är en bild av högre kvalitet än vad astronomer får med Hubble Space Telescope, som inte har någon atmosfärisk distorsion att brottas med.
Storögd: En konstnärs återgivning visar den föreslagna trettiometers-teleskopspegeln inuti observatoriets kupol.
Forskarna upptäckte att den avlägsna galaxen snurrade, precis som galaxerna snurrar idag, men att den ännu inte hade format spiralarmarna som vår egen Vintergatans galax visar. För Ellis, som försöker förstå hur universum utvecklades och är en av tidningens författare, är observationen betydande. Det säger oss att universum verkligen var ganska organiserat när det bara var 10 till 15 procent av sin nuvarande ålder, säger han.
Även om begreppet adaptiv optik har funnits i decennier, är det först under de senaste åren som det har blivit tillräckligt sofistikerat och lätt nog att använda för att bli en rutinmässig del av astronomi. Systemet installerades på Keck II-teleskopet 2004, och det var det första för ett så stort teleskop. Den har sedan använts för att ge tydligare vyer av astronomiska objekt, men inget så långt borta som galaxen som sågs förra veckan. Keck II:s adaptiva optiksystem bleknar dock i jämförelse med vad som är planerat för det nya Thirty-Meter Telescope (TMT), som är ett amerikansk-kanadensiskt team som inkluderar Caltech, University of California och Association of Canadian Universities for Research in Astronomy kommer att byggas under det kommande decenniet. Ett beslut om huruvida den ska placeras på Mauna Kea, på Hawaii, där Keck är, eller i Chile väntas nästa år.
TMT kommer att ha nio gånger så mycket ljus som Keck II, vars primära spegel är 10 meter tvärs över. Och enligt Brent Ellerbroek, gruppledare för adaptiv optik för TMT, kommer det nya teleskopets optiksystem att vara mycket mer sofistikerat. Den kommer att använda cirka sex lasrar för att mäta atmosfärisk turbulens. Medan en enda laser mäter turbulens på endast en liten plats i teleskopets siktlinje, kan en rad lasrar ge en tredimensionell bild av förvrängningar över ett större område och på olika höjder i atmosfären. Vågfrontsensorerna kommer också att ha mindre öppningar för att göra mer exakta mätningar, och det kommer att finnas tusentals ställdon, upp från hundratals i Keck, för att styra det större antalet speglar. Allt det där med att mäta och flytta utgör en datorutmaning. Vi måste använda mer komplexa algoritmer, säger Ellerbroek.
Det är en stor ingenjörsutmaning, säger Scott Uebelhart, en postdoktor som studerar rymdpolitik i MIT:s program för vetenskap, teknik och samhälle. Men han tycker att ansträngningen lönar sig. TMT gör i stort sett allt annat på skam, säger Uebelhart.
Med det avancerade systemet i TMT, säger Ellis, behöver astronomer inte ha tur och hitta en kosmisk lins för att se långt borta. Exakt hur nära universums födelse de kommer är en fråga som ännu inte har besvarats, säger han. Vi är nästan i början.