Ispod tribina futbalskog stadiona Univerziteta Arizona, peć za ogledala J. Rogera P. Angela okretala se poput kakvog letećeg tanjira brzinom od pet krugova u minuti.
Sprava je podsećala na neki uvrnuti uređaj iz Monty Paytona – 90 metara u prečniku i visine 3 metra, oklopljena crvenim kutijama i sa čeličnim nosačima, crnim kablovima, treperavim svetlima i metalnim odvodima za vazduh, koji poput krakova ekakve džinovske hobotnice vijugaju iz mraka.
Kao da trepće, narandžasti odsjaj 18 tona istopljenog stakla užarenog na 1.160° C probijao se kroz otvore između bezbrojnih metalnih creva i sajli.
To staklo se nalazilo na putu da postane deo srca najvećeg teleskopa nove generacije na svetu koji će biti finiširan u narednih 10 godina. Specijalno izolovanim stazama neprestano su prolazile desetine znojavih astronoma i inženjera, muvajući se između ogromnih ogledala i mašina za njihovo poliranje, i ispijajući hektolitre flaširane vode napetih pogleda pratili na monitorima ono što se dešavalo unutar peći.
Jedna od nadzornih kamera je bila upravljena ka oznakama na zidovima peći – jako sličnim onima na vratima dečjih ormana – koja su merila nivo istopljenog stakla unutar peći. Nivo je počeo da opada tek kada se poslednjeg dana tepmeratura konačno izjednačila a komadi stakla veličine kaldrme počeli da se tope i otiču u uske kanale formirajući strukturu u karakterističnom obliku pčelinjeg saća.
Nivo stakla u peći je prestao da opada tek kada je bila kompletno formirana saćasta struktura. U međuvremenu, centrifugalna sila je počela da razvlači žitki ostatak stakla u savršenu konkavnu (paraboličnu) površinu prečnika 8,4 metra – oblik koji će pomoći u sakupljanju skoro nevidljive svetlosti zvezda udaljenih milijardama svetlosnih godina i pretvoriti ih u sjajne tačke koje će astronomi moći da čitaju kao knjigu i saznaju šta se dešava u okolini dalekih sunaca ili u tajanstveno vreme rađanja univerzuma.
Tek nakon ove faze, nastupio je konačno momenat kada je pravi posao mogao da započne.
Metodom rotacionog livenja dobijaju se lagana saćasta ogledala. 1.) Prvi korak je postavljanje redova kermičkih vlakana u pripremljenu kružnu kadu, a zatim njeno punjenje sa 20 t stakla u kockama; 2.) U rotacionoj peći ansambl se podvrgava temperaturi od 1.160°. Kako se staklo topi, ono curi između redova i formir saćastu strukturu. Centrifugalna sila rotacione peći pomera višak istopljenog stakla ka spoljnim ivicima kade, stvarajući konkavnu površinu; 3.) Nakon hlađenja, redovi se uklanjaju, a uključuje se mašina za poliranje koja će uglačati površinu prema proračunatoj zakrivljenosti.
Prva slika pokazuje postavljanje postavljanje keramičkih modli za buduće ogledalo, a srednja sloj stakla pre uključivanja peći za topljenje. Poslednja slika pokazuje rotacionu peć u akcijipripreme jednog od ogledala za Veliki Magelanov Teleskop (GMT).
„Ovaj posao je zahtevao veliku hrabrost,“ iskreno je tada izjavljivao dr Roger Angel, mršavi, sedi astronom zaposlen u Stewardovoj laboratoriji za opservatorijska ogledala u Tusonu. On se već četvrt stoleća bavi konstrukcijom ogledala i njihovim postavljanjem u teleskope mnogih planinskih opservatorija, ali do tada niko na svetu nije pokušao da napravi nešto ovako.
Konačno, prvo ogledalo je bilo izbrušeno 3. novembra 2005. godine. U to vreme se očekivalo da će do kraja 2010. godine iz dr Angelsove radionice izaći svih sedam planiranih ogledala, i da će biti montirana na džinovski teleskop ukupnog sakupljajućeg prečnika od 21,4 metra. Već tada se znalo da će novi teleskop poneti naziv Giant Magellan („Veliki Magelan“), i da će biti dvaput veći i 4 puta jači od bilo čega što je u to vreme radilo na Zemlji ili u kosmosu. Ali trebalo je (i još uvek treba) proći kroz mnoge izazove. Da bi sproveli sakupljenu svetlost u zajedničku žižu, objašnjavao je dr Angel, neophodno je svako od 7 ogledala sklopiti u deo jedne ogromne parabole. To znači da sva ona, sem onog centralnog, treba da budu izbrušena na neobučan, asimetrični način.
A sve to košta, i to mnogo. Veliki Magelan će koštati više od pola milijarde dolara – pare koje konzorcijum[1] osnovan da pomogne u izgradnji teleskopa jednostavno još uvek nije uspeo da namakne.
Ipak, u pokušaju da pokažu da su ipak kadri da načine odgovarajuća ogledala, a i da privuku makar deo neophodnog im kapitala, članovi konzorcijuma su pre pet godina izdvojili nekih \(20 miliona i krenuli da naprave prvo ogledalo, pozvavši sve zainteresovane da prisustvuju tom događaju.
„U to vreme sve institucije koje su nas podržavale savetovale su nas da je neophodno da testiramo našu tehnologiju,“ seća se Wendy Freedman, direktorka Karnegijeve opservatorije i predsedavajuća glavnog odbora Velikog Magelana, dodajući da tada nisu prošli test, projekat nikada ne bi zaživeo.
Robert Kirshner sa Harvarda je tada isticao da je bila potrebna posebna vrsta hrabrosti da se startuje pre nego što je iko bio siguran da će se uopšte stići do cilja.
Međutim, dr Freedman je tada izvršila pritisak da se bez obzira na novac započne sa pravljenjem ogledala, jer je to bio jedini način da se do 2013. započne sa ograničenim a do 2016. finišira gradnja ovog teleskopa u Čileu.
Ispunjavanje ovog roka omogućilo bi da se svečano otvaranje poklopi sa puštanjem u pogon jednog drugog projekta – Nasinog dugoodlaganog James Webb svemirskog teleskopa (JWST), čije lansiranje se očekuje 2014., i tako održati korak sa svojim rivalima, konzorcijumom u kome su Kalifornijski tehnološki institut, Univerzitet Kalifornija, Kanadsko astronomsko društvo i Japanska nacionalna opservatorija, koji žele da da na Havajima izgrade 30-metarski teleskop[2] (TMT) koristeći potpuno drugu tehnologiju.
Jednog vikenda krajem juna 2005. u pustinji je organizovan sastanak, delom kao parti za prikupljanje dobrovoljnih priloga, delom kao seminar o gradnji teleskopa, a delom kao puko okupljanje porodica. Mnogi učesnici su se znali od ranije i radili su zajednički na nekim drugim projektima, poput Magelana[3], imenjaka novog teleskopa, koji danas operiše parom optičkih teleskopa prečnika 6,5 m[4] a nalazi se na Las Campanasu, u Karnegijeve opservatorije u Čileu, i Large Binocular Telescope (LBT), u to vreme takođe u fazi gradnje na Mount Grahamu u Arizoni[5].
„Karnegi se vratio svojim korenima,“ izjavio je tada u prigodnom govoru predsednik Karnegijeve fondacije Richard Meserve, podsećajući da je Edwin Hubble koristio jedan Karnegijev teleskop za otkriće širenja kosmosa[6].
Dr Angel je tada podsetio da je deo zadovoljstva rada na Velikom Magelanu sigurno i u tome što će ponovo sarađivati sa starim prijateljima, sa kojima se lako sporazumevao sa malo reči.
Svi se sećaju da je tada u klimatizovanoj sali za sastanke laboratorije za ogledala, Stephen Shectman iz Karnegija izjavio: „Bio sam ovde pre 26 godina, i mislio sam da sam završio s tim. Ali sada smo ponovo ovde, na novom početku.“
Kako će teleskop raditi: 1.) Prikupljena svetlost će se reflektovati od primarnih ogledala ... 2.) do seta konkavnih ogledala. Ta sekundarna ogledala će se neprestano doterivati da bi redukovala atmosferske smetnje; 3.) Posle toga, svetlost će biti usmerena ka otvoru u centralnom ogledalu i brojnim elektronskim instrumentima. Platforma će moći da rotira tako da će visokoosetljive kamere i spektrografi moći da se koriste u različitim kombinacijama. Od ovog čoveka dole do sekundarnih ogledala gore biće preko 36 metara.
Većina teleskopskih ogledala je „u osi“, fokusirajući svetlost tačno iznad centra ogledala. Kod ovog teleskopa, 6 spoljnih ogledala će slati svoju svetlost „van ose“, reflektujući je u region koji se nalazi van centra ogledala.
Još od Galilejevog vremena, astronomi su pravili teleskopeska sočiva i ogledala bruseći pljosnate staklene pogače. Ali takav posao, u kome jedno sferno ogledalo mora da se preoblikuje u pliću krivinu poznatu kao parabola – bio je vrlo delikatan proces, bez prava na grešku, te je zagorčavao život mnogim amaterima ali i profesionalnim astronomima. Bio je to oduvek kritičan deo procesa, što su osetili čak i graditelji Hablovog svemirskog teleskopa (HST), te su 1993. morali da organizuju seriju svemirskih šetnji sa ciljem da se postave korektivna sočiva.
Povrh toga, kako su ogledala postajala sve veća, tradicionalne metode su zahtevale sve više stakla i vremena. Dr Angel je procenio da će za njegovo novo ogledalo biti potrebno oko 20 tona stakla. „To je puno, ako se zna da smo kilogram platili \)40,“ izjavljivao je tada.
Međutim, astronomi i fizičari već dugo znaju da svaka rotirajuća tečnost formira površinu u obliku parabole. Danas čak postoje teleskopi koji upotrebljavaju rotirajuće bazene žive kao ogledala[7], a pre dve godine sam pisao o idejnom projektu o pravljenju ogromnog teleskopa na Mesecu, koji bi imao rotirajuće tečno ogledalo prečnika 100 metara!.
Dr Angel, koji je rođen u Engleskoj a doktorirao fiziku na Oksfordu, seća se da se zainteresovao za astronomiju još kao mali i da se još tada bavio brušenjem ogledala ali da nikada nije uspeo da dovrši nijedno. Čim je diplomirao krajem šezdesetih Angel se zaposlio na Kolumbijskom fakultetu, koji je u to vreme postajao centar novooformljene rendgenske astronomije.
„Mene je u astronomiju uvelo pravljenje instrumenata,“ seća se on.
Prešavši 1975. na Univerzitet Arizona, dr Angel započinje da u svom dvorištu u Tusonu eksperimentiše sa livenjem ogledala u priručnim pećima.
Otkrio je da lijući rastopljeno staklo unutar strukture u obliku pčelinjeg saća može da dobije skoro šuplje ogledalo koje je lako, kruto i brzo prilagodljivo spoljašnoj temperaturi koja lako deformiše i onesposobljuje deblja ogledala. Uskoro je njegov prijatelj i kolega Nick Woolf iskoristio tu ideju za buduću gradnju velikih teleskopa.
U proleće 1985. ispod tribina futbalskog stadiona instalirana je velika rotaciona peć, čime je nastavljena američka tradicija da svoje važne naučne projekte razvijaju ispod stadijona. (Prva kontrolisana nuklearna reakcija uzvedena je 1942. ispod starog čikaškog futbalskog stadiona). Uskoro je peć povećana toliko da je mogla da se izbori sa ogledalima prečnika do 8,5 metara.
Sadašnji projekat je samo nastavak postignitog uspeha sa teleskopima Magelan, čiju gradnju su pomogli Karnegi, Harvard, Arizona, M.I.T. i Mičigen, a koji su pušteni u funkciju još 2002. godine. Danas Magelanovi astronomi vole da se hvale kvalitetom slika koje prave njihovi teleskopi, čemu jako doprinosi savršenost ogledala i stabilnost atmosfere u Las Kampanesu (nadmorska visina 2.380 m), gde će biti postavljen i Veliki Magelan.
„Ta ogledala rade,“ kaže dr Freedman.
Astronomi obećavaju da će Veliki Magelan, dodatno naoružan tzv. adaptivnom optikom radi redukovanja atmosferskih smetnji, biti alat od neprocenjive vrednosti, koji će, između ostalog, otkrivati i proučavati planete oko drugih zvezda.
„Ako želimo da posmatramo tamo neke tamne objekte koji kruže oko onih blještavih, svakako da veće znači bolje,“ smatra dr Angel.
Bilo je potrebno 10 dana da se istopljeno staklo okreće u rotacionoj peći, i još 3 meseca da se masa sa 900° C što laganije ohladi. Tek nakon toga se moglo prići zahtevnom poslu poliranja i testiranja. Testiranje je predstavljalo poseban problem, jer je prema rečima dr Shectmana sa Karnegija, trebalo da traje pune dve godine.
Te godine su svi provodili sa strepnjom, jer su se nad projektom neprestano nadvijali crni financijski oblaci. Šta ako i posle svega ne bude novca za ostatak teleskopa? „Tada nismo gubili vreme razmišljajući o planu B,“ priznaje danas dr Angel.
Dok se lilo i polagano hladilo prvo ogledalo Velikog Magelana, dr Angel i njegove kolege su svakodnevo obilazili nešto što je najviše podsećalo na džinovsko igralište kakvog čudaka. Dižući se u visinu, u jednom ćošku se nalazio 400-tonski kran za testiranje ogledala. Odmah tu, vukući za sobom brdo žica i podsećajući na Meduzinu glavu, visio je tanki aluminijumski disk veličine kuhinjskog stočića na tankim nogama.
Bila je to glačica, mašina za poliranje, koja je pod strogim nadzorom kompjutera glačala i oblikovala ogledala. Po rečima samog dr Angela, ogledalo je trebalo da bude ispolirano sa odstupanjima manjim od milionitog dela santimetara od zamišljene krivine.
Tada se u fazi poliranja još uvek nalazilo jedno Lockheedovo ogledalo prečnika 6,4 metra, i ono je ležalo na svom stalku poput nekog zaleđenog vrtloga, sa vidljivim saćem u dubini. Na suprotnom zidu, u crvenom čeličnom ramu, visilo je dovršeno ogledalo prečnika 8,4 metra, drugo od dva napravljena za Large Binocular Telescopa, podignut na Mount Grahamu (prvo je montirano 2005.).
U drugom ćošku hale nalazio se glavni deo alata – komad zaobljenog granita oko metra u prečniku, sa kockicama crnih dijamanata visokim oko santimetar – isti onakav kakav amateri koriste oduvek.
„To je velika stvar u ovom biznisu,“ priča dr Angel. „Na vrhu je ’haj-tek’, ali ispod toga je stolećima staro iskustvo, zasnovano na trenji dva tela.“
Sva Dr Angelova ogledala su započela kao hrpa belog peska sakupljenog na obalama Floridskog zaliva, pečenog i istopljenog zatim u japanskoj topionici O’Hara, pa ohlađenog u jednotonske komade borosilikatnog stakla, izlomljenog zatim u sitnije komade.
Dr Roger Angel podseća da je najvažnija osobina ovog stakla, sem vrlo malog koeficienta termičkog širenja, bila uniformnost, koja je omogućavala da se masa ohladi i očvrsne bez stresova koji kasnije mogu da utiču na anomalije ogledala.
Zbog toga se staklo i topilo na tačno određenoj temperaturi.
Angelova peć je trošila oko dva miliona vati. Prilikom livenja prvog 8,4-metarskog ogledala, seća se dr Angel, peć je počela da curi. Nivo istopljenog stakla neprestano je opadao, a i neki površinski delovi ogledala prskali su u vis ostavljajući delove površine rošavom.
Astronomi su pronašli rešenje u onome što je dr Angel duhovito nazvao „proces crème brûlée“ (kolač sa karameliziranom koricom), dodajući još stakla na površinu ogledala i ponovno topeći njegovu osetljivu površinu. Iako je takvo očigledno funkcionisalo, astronomi su i dalje sa strepnjom očekivali kada će debljina stakla za Velikog magelana dostići neophodnih 6,5 cm. Kada se to konačno dogodilo, astronomi i njihove mecene su priredile veliki banket razmišljajući o budućnosti.
Pored traganja za nepoznatim planetama, astronomi očekuju da će uz pomoć Velikog Magelana moći da istražuju i tzv. tamnu energiju za koju se veruje da će dovesti do raspada svemira.
Ali, kako je primetio dr Kirshner, tamna energija i ekstrasolarne planete – dve glavne stvari koje danas prodaju teleskope – nisu postojale pre par decenija i nisu se nalazile ninačijoj listi istraživačkih prioriteta. „Niko sa sigurnošću ne može da predvidi za šta će teleskop da se iskoristi,“ smatra on.
Kako je naglasio Patrick McCarthy sa Karnegijevih opservatorija, „Najvažnija uloga buduće opservatorije biće to što će biti upotrebljena kao alat za otvaranje vidika.“
Animacija opservatorije: http://www.gmto.org/imagegallery/gmtanimation.mov
Trenuto je sudbina ovog teleskopa nove generacije ista kao i sudbina svih velikih svemirskih projekata u Americi. Problem su pare – nakon prvih \(19,9 miliona za trojektovanje, konstrukciju i tehnički prijem teleskopa, Karnegijeva institucija je dodala još \)59,2 miliona. Međutim, to je tek nešto više od 40% ukupnih zahteva. Od kako su u konzorcijum ušli Australija i Južna Koreja, slika budućnosti je tek malo svetlija. Svi se nadaju da će novi teleskop moći da sakupi 10 puta više svetlosti od bilo kog današnjeg teleskopa na zemlji, i proizvoditi slike 10 puta oštrije od onih koje danas pravi HST.
[1] Ovde spadaju američki univerziteti u Arizoni, Teksasu i Kembridžu, Smitsonijanova astrofizička opservatorija, Karnegijev institut u Vašingtonu, Masačusetski tehnološki institut, Australijski nacionalni univerzitet, Korejski astronomski institut itd.
[2] Dvoumeći se između Havaja i Čilea, 2008. je odlučeno ipak da se teleskop pravi na Mauna Kei. Očekuje se da će biti završen 2018. a njegovo primarno ogledalo od 30 m biće sastavljeno od 492 segmenta. Samo projekat je koštao \(77 miliona, za šta su jedan muž i žena odmah dali prilog od \)50 miliona. Za gradnju su obećali još $200 miliona.
[3] U to vreme, jedan od najvećih optičkih teleskopa na svetu. U njihovoj izgradnji učestvovalo je preko 200 astronoma i 100 postdoktoranata. Površina ogledala je kontrolisana sa preciznošću od 0,05 mikrona. Trenutno, tri najveća su Large Binocular Telescope u Arizoni od 11,8 m (2 × 8,4 m), Gran Telescopio Canarias (GTC) od 10,4 m i Keck 1 i 2 na Mauna Kei od 10 m.
[4] Jedan teleskop je prozvan po nemačkom astronomu Walteru Baadeu, a drugi po filantropu Landonu Clayu. Prvi je otvoren 2000. a drugi 2002.
[5] Prvo primarno ogledalo proradilo je u oktobru 2005. a drugo primarno u septembru 2006. Oba ogledala zajedno proradila su prvi put tek početkom 2008. godine.
[6] Karnegijeva institucija je osnovana 1902. i od tada pruža financijsku pomoć u svim glavnim granama nauke. Finansirali su 1908. godine gradnju Haleovog Telescopa na Mount Wilsonu u Pasadeni (1,5 m), a 1917. i Hookerovog Telescopa (2,5 m). Na Mount Wilson Observatory su pomogli konstruisanju i dva solarna teleskopa, koje Fondacija i posle 100 godina još uvek podržava. Financirali su gradnju i pomenuta dva teleskopa u Čileu, Magellan.
Karnegijeva institucija je dala pare i da se1926. u Beogradu otvori Univerzitetska biblioteka „Svetozar Marković“. Karnegi je želeo da se znanje i učenje proširi na čitav svet, te je otvarao biblioteke svuda po nerazvijenom svetu.
[7] Danas je najveći takav uređaj zenitni teleskop u Kanadi, Large Zenith Telescope (LZT). Koristi ogledalo od tečnog metala prečnika 6 metara, koje rotira 6x u minutu. Cena takvog ogledala je 1% klasičnog ogledala.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
