O maior telescópio do mundo vai revolucionar o futuro da astronomia
O Telescópio Gigante de Magalhães, como aparecerá após a conclusão. Crédito da imagem: Giant Magellan Telescope / GMTO Corporation.
Como um telescópio 100 vezes o tamanho do Hubble vai mudar tudo.
Para minha confirmação, não ganhei um relógio e meu primeiro par de calças compridas, como a maioria dos meninos luteranos. Eu tenho um telescópio. Minha mãe achou que seria o melhor presente. – Wernher von Braun
Quer ver mais profundamente no Universo do que nunca. Construa um telescópio maior. Não importa quais outros truques você use, não há substituto para o tamanho. Quanto maior for o seu espelho primário:
- quanto mais luz você reunir,
- melhor é a sua resolução,
- e mais detalhes podem ser vistos, mais distantes e mais rápidos do que em qualquer outra circunstância.
O problema é que há um limite de tamanho para o tamanho que você pode construir um único espelho e ainda assim ter o formato correto. Até começarmos a fabricar espelhos em gravidade zero, tínhamos duas opções: moldar um único espelho até o tamanho máximo que você pode fabricar - cerca de 8 metros - ou construir um grande número de segmentos menores e costurá-los.
O interior e o espelho primário do GTC, o maior telescópio óptico único do mundo hoje. Crédito da imagem: Miguel Briganti (SMM/IAC).
O atual recordista adota esta última abordagem e é o Gran Telescopio Canarias, na Espanha, composto por 36 segmentos hexagonais que totalizam um diâmetro de 10,4 metros. A partir de 2015, é o maior telescópio óptico do mundo, mas não permanecerá assim por muito tempo. Nos Andes chilenos, outro projeto que está em andamento desde 2003 está prestes a quebrar todos os recordes de telescópios ópticos: o Telescópio Gigante de Magalhães (GMT). Ao fundir ambas as abordagens - construindo sete dos maiores espelhos ópticos de elenco único que podemos fabricar na Terra e juntá-los em uma única montagem gigante - está preparado para chegar a uma enorme 25 metros em diâmetro.
Uma vista lateral do GMT concluído, como ele ficará no gabinete do telescópio. O sistema de guia a laser estará on-line sempre que for escolhido, iluminando a camada de sódio a 60 km na atmosfera. Crédito da imagem: Giant Magellan Telescope — GMTO Corporation.
O GMT será o maior telescópio óptico já projetado e construído, e a construção não apenas já começou, mas espera-se que veja a primeira luz em 2023 e seja concluído em 2025. Ele reunirá mais de 100 vezes a luz do telescópio espacial Hubble, e mais de cinco vezes mais do que qualquer telescópio terrestre atualmente existente. Embora existissem muitos planos para a próxima geração de telescópios terrestres, os outros três famosos - o Telescópio de trinta metros (TMT), o Telescópio Extremamente Grande Europeu (EELT) e Telescópio Esmagadoramente Grande (OWL) — sofreram grandes reveses ou foram totalmente cancelados. Mas o GMT não apenas está chegando dentro do cronograma, como já superou seus maiores desafios científicos.
Uma comparação dos tamanhos dos espelhos de vários telescópios existentes e propostos. Quando o GMT estiver online, será o maior do mundo e será o primeiro telescópio óptico de 25 metros+ da história. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Cmglee, sob c.c.a.-s.a.-3.0.
O primeiro grande desafio foram os próprios espelhos. Vá mais do que cerca de 8 metros, e os próprios espelhos se deformarão com os pesos necessários. Adicione um grande número de segmentos e você começará a produzir um grande número de artefatos de imagem: onde quer que linhas nítidas se encontrem, você terá um pouco de ruído difícil de remover adicionado a cada imagem. Ao projetar seu telescópio para ter apenas 7 espelhos grandes e quase esféricos em uma única montagem, a GMT evitou a maioria desses problemas. No entanto, introduziu um novo desafio: a primeira fabricação de uma seção assimétrica fora do eixo de um elipsóide que precisava ser polido diferencialmente. O espelho central (dos 7) pode ter uma forma agradável e simétrica, mas cada um dos seis fora do eixo exigiu uma revolução na tecnologia de espelhos. Mas o laboratório de espelhos da Universidade do Arizona foi bem-sucedido nessa tarefa, polindo seu espelho com mais de 20 nanômetros de suavidade.
O terceiro espelho GMT na Large Polishing Machine (LPM), mostrado durante a fase de moagem fina na superfície traseira. Crédito da imagem: Richard F. Caris Mirror Lab, Universidade do Arizona.
Haverá um desafio técnico em costurar espelhos desse tamanho, tanto em termos de distância focal (menos de um milímetro de precisão em todos os 25 metros) quanto em termos de alinhamento. Felizmente, depois de calibrar e alinhar os espelhos uma vez, usando a interferometria, é bom continuar o resto de sua execução de observação. Isso foi demonstrado como uma prova de conceito pelo Large Binocular Telescope, que usou essa técnica para observar uma das luas de Júpiter, Europa, ocultando outra, Io. Você pode até observar os vulcões em Io – visíveis no infravermelho – entrando em erupção no processo!
A ocultação da lua de Júpiter, Io, com seus vulcões em erupção Loki e Pele, ocultada por Europa, que é invisível nesta imagem infravermelha. O GMT fornecerá resolução e imagem significativamente aprimoradas. Crédito da imagem: LBTO.
Uma faceta notável deste telescópio será a óptica adaptativa. A atmosfera da Terra tende a atrapalhar a visualização de qualquer alvo espacial a partir do solo, e é por isso que você constrói seus observatórios em grandes altitudes, onde o ar está parado. Mas mesmo com isso, ainda há deformação. Embora ter uma estrela guia seja útil, a chave para a óptica adaptativa é ter um espelho secundário que se deforma em tempo real para transformar essa luz distorcida de volta na configuração conhecida em que ela deve estar. Até agora, só fizemos com sucesso isso para um único espelho.
O GMT é tão grande que teríamos diferenças substanciais de como a atmosfera afeta a luz que incide nos espelhos em lados opostos do telescópio. Mas os sistemas de óptica adaptativa foram usados com tremendo sucesso para telescópios de 8 metros anteriormente, então o que eles estão fazendo é nada menos que genial: construir sete sistemas separados de óptica adaptativa e sincronizá-los todos juntos!
Os sistemas de óptica adaptativa - nos espelhos secundários anexados (topo) - permitirão a reconstrução de uma imagem precisa sem precedentes. Crédito da imagem: Giant Magellan Telescope — GMTO Corporation.
Você acaba com uma única imagem limpa que é corrigida atmosfericamente, que não possui os artefatos de imagem de outros espelhos segmentados e que pode obter resoluções entre 6 e 10 milissegundos de arco, dependendo do comprimento de onda que você observa. Lembre-se, um segundo de arco é 1/3600 de grau, e a Lua cheia tem cerca de meio grau de largura de lado. Esta é 10 vezes a resolução do Hubble, e verá a primeira luz daqui a seis anos. A ciência que vamos aprender é incrível.
Uma seleção de algumas das galáxias mais distantes do Universo observável, do Hubble Ultra Deep Field. O GMT será capaz de capturar imagens de todas essas galáxias com dez vezes a resolução do Hubble. Crédito da imagem: NASA, ESA e N. Pirzkal (Agência Espacial Européia/STScI).
Galáxias distantes serão fotografadas a dez bilhões de anos-luz. Poderemos medir suas curvas de rotação, procurar assinaturas de fusões, medir fluxos galácticos, procurar regiões de formação de estrelas e assinaturas de ionização.
A interpretação de um artista de Proxima b orbitando Proxima Centauri. Com o GMT, poderemos visualizá-lo diretamente, bem como qualquer mundo externo ainda não detectado. Crédito da imagem: ESO/M. Kornmesser.
Seremos capazes de visualizar diretamente exoplanetas semelhantes à Terra, incluindo Proxima b, a algo entre 15 e 30 anos-luz de distância. Planetas semelhantes a Júpiter serão visíveis a mais de 300 anos-luz.
Por causa de seu espectrógrafo equipado, o GMT será capaz de medir nuvens de gás interestelar e intergaláctica com maior sensibilidade do que nunca. Crédito da imagem: Ed Janssen, ESO.
Seremos capazes de criar imagens diretamente dos objetos espaciais mais próximos nas mais altas resoluções. Isso inclui estrelas individuais em aglomerados e ambientes lotados, a subestrutura de galáxias próximas, bem como sistemas binários, trinários e multi-estrelas próximos. Este maior telescópio de todos os tempos será equipado com um espectrógrafo de última geração e fará imagens de campo mais amplo do que o Hubble ou mesmo James Webb serão capazes. Além de objetos luminosos, poderemos medir nuvens moleculares, matéria interestelar, plasma intergaláctico, bem como as estrelas mais puras e pobres em metais da galáxia. E no que diz respeito à velocidade, será tremendo: toda a luz que o Hubble pode reunir, o GMT pode reunir, apenas 100 vezes mais rápido.
O núcleo do aglomerado globular Omega Centauri é uma das regiões mais populosas de estrelas antigas. A GMT poderá resolver mais deles do que nunca. Crédito da imagem: NASA/ESA e The Hubble Heritage Team (STScI/AURA), via http://www.spacetelescope.org/images/opo0133a/ .
Mas isso é apenas o que sabemos que vamos ver. Talvez o mais emocionante sejam os avanços que não sabemos que estão chegando. Ninguém poderia prever que Edwin Hubble descobriria o Universo em expansão quando o telescópio Hooker de 100 polegadas foi comissionado pela primeira vez; ninguém poderia prever como o Hubble Deep Field abriria o Universo quando essa imagem foi tirada pela primeira vez; ninguém poderia prever que medir supernovas distantes levaria à descoberta da energia escura. O que a GMT encontrará quando começar a ver o Universo? O futuro de qualquer empreendimento científico – e talvez a astronomia em particular – exige que você seja ambicioso e invista na busca do desconhecido. Graças ao Telescópio Gigante de Magalhães, estamos no caminho certo para ver o Universo de maneiras e em locais onde ninguém jamais esteve.
Agradecemos a Pat McCarthy, Buell Jannuzi, Amanda Kocz e Sarah Lewis por sua generosidade com informações e materiais que respeitam o progresso científico e técnico no GMT.
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !
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