Ezek a teleszkópok fejthetik meg az ősrobbanás utáni első időszak rejtélyeit

Vágólapra másolva!

Az Ősrobbanás utáni időkből érkező fotonok mind a távoli infravörös tartományban vannak, viszont ezeket nem lehet a Föld felszínéről megfigyelni. A feladat mindössze annyi, hogy a légkör tetejére egy futballpálya méretű ballonnal fel kell bocsátani egy teleszkópot, és az abszolút nulla fok közelébe kell hűteni. Nem bonyolult, igaz?

Origo

Vágólapra másolva!

űrkutatás Világegyetem világűr távcső teleszkóp

A Világegyetem legkorábbi életszakaszából, a Nagy Bumm utáni első időkből minket elérő fotonok mind a távoli infravörös hullámhossztartományba esnek. Ezek mesélnek arról a gázból és porból álló hideg univerzumról, amelyben még nem gyúltak ki az első csillagok, és ezek hozzák a Világegyetem korai evolúciójáról árulkodó távoli galaxisok halvány fényét is.

Azonban a Föld légköre ennek a fénynek a túlnyomó részét eltakarja előlünk, és a megfigyelésére leginkább alkalmas űrteleszkópok felbocsátása minden technikai haladás ellenére továbbra is elképesztően munkaigényes és drága.

A legismertebb űrteleszkóp, a Hubble tervezése 1977-ben kezdődött, a felbocsátása a Challenger űrsikló 1986-os katasztrófája nyomán késedelmet szenvedett, és végül csak 23 év múltán, 1990 április 24-én hagyhatta el a Földet a Discovery űrsikló fedélzetén. A projekt a felbocsátásig becslések szerint másfélmilliárd dollárt emésztett fel, de a költségek itt közel sem álltak meg, mivel hamar kiderült, hogy a 2.4 méter átmérőjű főtükör csiszolásába hiba csúszott, amely parányi volt ugyan, de elég ahhoz, hogy a teleszkóp által küldött képek hasznavehetetlenül elmosódottak legyenek.

A javítás tervezése és kivitelezése újabb 3 évet vett igénybe, és bár már az első jól sikerült képek is lélegzetelállítóak voltak, amilyenekhez foghatót sosem láttunk korábban, ekkora hercehurcát aligha engedhetünk meg magunknak még egyszer.

Ezért a tudósok kénytelenek voltak helyettesítő megoldásokat keresni, és találtak is egyet, amely bár maga is elég kacifántos, de még mindig megengedhetőbb:

egy futballstadionnyi méretű ballonnal küldenek fel teleszkópokat a légkör tetejére, a sztratoszférába.

A tudományos műszerekkel foglalkozó Review of Scientific Instruments szakfolyóirat legújabb számában Alan J. Kogut és munkatársai a NASA-hoz tartozó Goddard Űrrepülési Központból egy olyan probléma megoldásáról számolnak be, amely mindeddig gátat szabott a légkör legkülső 1 százalékába, mintegy 40 kilométer magasságba emelkedő ballon-hordozta sztratoszférikus teleszkópok alkalmazásának.

A probléma és annak megoldása

„Ahhoz, hogy a hideg univerzumba pillantsunk, kell nekünk egy óriásteleszkóp, amely a Föld légköre fölött repül, és az abszolút nulla hőmérséklet közelébe van hűtve – vázolja a problémát Kogut. – Nagyjából egy nappali méretű teleszkóptükörre kell gondolni. És hogy miért kell ilyen hidegnek lennie?

Mert a távcsőből magából származó hő akkora zajt jelent, ami felülírja a mélyűrből érkező jeleket.

Mintha túlexponálnánk egy fényképfelvételt, és csak a nagy fehérség látszana rajta. A mélyűrből érkező halvány, hideg jeleket csak úgy tudjuk befogni, ha a teleszkópot 10 kelvines (-263 °C-os) hőmérsékletre hűtjük."

Ezt elméletben könnyű elmondani, de a gyakorlatban nem annyira magától értetődő egy nappali méretű tükröt majdnem abszolút nulla fokra hűteni úgy, hogy az egész berendezés közben egy légballonnal a légkör fölött lebeg.

„Cseppfolyós héliummal könnyen lehűthetjük a teleszkópot, de hogy hideg is maradjon, ahhoz az egészet egy Dewar-edénynek nevezett óriási termoszba kell bezárnunk – folytatta Kogut. – Mármost egy nappali méretű termosz több tonnát nyomna, és ekkora súlyt még a legnagyobb ballonok sem bírnak el."

Itt lép színre BOBCAT (Balloon-Borne Cryogenic Telescope Testbed), vagyis a ballon-hordozta teleszkóp-teszthűtőberendezés.

„A BOBCAT technológia lelke egy ultrakönnyű Dewar-edény – annyira könnyű, hogy ilyenből még egy nagy példány sem túl súlyos a ballon számára."

Mi az a Dewar-edény?

Egy Dewar-termosz nem más, mint egy duplafalú edény, amelynek belsejébe töltjük a hidegen tartani kívánt folyadékot, a belső és a külső fal közül pedig kiszivattyúzzuk a levegőt, hogy ott vákuumot hozzunk létre. Mivel nincs levegő, ami a külső és a belső fal között a hőt vezetné, a Dewar-edény csaknem tökéletes hőszigetelést biztosít. Viszont egy hagyományos Dewar-edény rendszerint nehéz, mert a falainak a légköri nyomás ellenében el kell viselniük a belső vákuumot.

Ám a sztratoszfériukus ballonra szánt Dewarnak nem a tengerszinti nyomás mellett kell működnie, hanem 40 kilométeres magasságban, ahol már alig van légnyomás.

A tudósok ezért terveztek egy olyan Dewart, amelynek a fala rendkívül vékony – alig vastagabb, mint egy üdítősflakoné. A szállítmány szobahőmérsékleten hagyja el a földfelszínt. A Dewar két fala közti rést egy szelep köti össze a külvilággal, amelyek keresztül folyamatosan távozik a levegő, ahogy a ballon emelkedik és egyre ritkább közegbe ér.

A BOBCAT 40 kilométer magasan Forrás: NASA

„Amikor a ballon eléri a 40 km-es magasságot, a szelep bezáródik, és a két fal között valódi vákuumot hozunk létre. Ezután külön tárolóedényekből cseppfolyós nitrogént vagy héliumot pumpálunk a Dewar belső terébe, így lehűtjük a teleszkópot – magyarázza Kogut. – A tárolóedények kicsik, nem nyomnak túl sokat.

Ha mindez megvan, kaptunk egy teleszkópot, amely a légkör fölött lebeg, és kész a hideg vagy távoli univerzumból érkező halvány képek fogadására."