En spektrometer för teleskopet Extremely Large Telescope
Employeneur Annemieke Janssen på TMC Physics är involverad i ett projekt där man bygger världens största optiska teleskop vid Europeiska sydobservatoriet (ESO) i Chile. Teleskopet, som heter Extremely Large Telescope (ELT), har en primär spegeldiameter på inte mindre än 39 meter. Ett projekt av den här storleken medför en del intressanta utmaningar.
Annemieke är systemingenjör på NOVA Optical Infrared Group (Nederlandse Onderzoeksschool voor Astronomie) – som drivs av Astron, ett radioobservatorium i Dwingeloo, där hon är stationerad. Som expert inom området astronomisk instrumentering hjälper Annemieke till att designa ett av instrumenten för teleskopet.
”Utformning och tillverkning av teleskopet och instrumenten är en mycket intensiv process som tar över tio år att slutföra”, säger Annemieke. ”Stora internationella konsortium är involverade i instrumenteringsprojekten och jag reser regelbundet till Paris och München. Vartannat år hålls en konferens om astronomisk instrumentering. En grupp människor med samma bakgrund deltar i konferensen, så jag får träffa många bekanta ansikten.”
Projekten som NOVA Optical Infrared Group arbetar med är tillfälliga, och därför är det bara ett begränsat antal personer som anställs på fast basis. ”För mig är det perfekt att arbeta som employeneur med det här projektet via TMC. Eftersom projektpengar används och det är ett tillfälligt uppdrag är chansen för ett permanent kontrakt liten.”
Den experimentella fasen
Ett teleskop samlar in ljus och fokuserar det i ett fokalplan. För att skapa bilder eller spektrum måste ett instrument monteras på teleskopet. Detta är ofta en kamera eller en spektrometer. Annemieke förklarar att MOSAIC kan bli ett av ELT-instrumenten. MOSAIC är en kombination av två identiska spektrometrar som fungerar i synligt ljus (450–900 nm) och två identiska spektrometrar som fungerar inom den infraröda delen av spektrumet (900–1800 nm). ”För tillfället befinner sig projektet i en experimentell fas, där jag arbetar på spektrometern för synligt ljus. I år bestäms det huruvida tillverkningen av instrumenten är möjlig och huruvida de uppfyller astronomernas önskemål. Om konceptet godkänns kommer vi att skapa en detaljerad design och bygga instrumentet.”
Utmaningen med att se helhetsbilden
Folk undrar ofta varför design- och tillverkningsprocessen tar så lång tid. Det finns redan många spektrometrar som fungerar inom det här våglängdsintervallet för andra teleskop, till exempel teleskopet ”Very Large Telescope” (VLT). Det kan vara möjligt att placera ett instrument från VLT på ELT, men Annemieke förklarar varför detta inte är särskilt praktiskt: ”Det första problemet är storleken på fokalplanet, där teleskopet och instrumentet kopplas samman. Anta att du vill observera en del av himlen som är lika stor som månen (0,5° x 0,5°). Fokalplanet på VLT är då lite större än 1 m x 1 m, medan det på ELT är nästan 6 m x 6 m. Skillnaden är en faktor på fem i längd och 25 i area. Antingen accepterar vi att den synliga delen av himlen har blivit 25 gånger mindre eller att instrumentet måste bli större. Dessvärre kan ett instrument inte göras fem gånger större, eftersom storleken på detektorer och optiska komponenter såsom linser, speglar och prismor är begränsad.
Transportera ljus
I MOSAIC blir fokalplanet 1,5 m långt. Det är inte möjligt att skapa spektrum över hela ytan. I stället kan man använda glasfiber för att välja de positioner i fokalplanet där stjärnor och galaxer befinner sig. Glasfibrerna ”transporterar” sedan ljuset från fokalplanet till spektrografen. ”Det hjälper”, säger Annemieke, ”men instrumentet tenderar ändå att bli större. Inte bara ökar fokalplanet med en faktor på fem jämfört med VLT, utan projektionen av en punktkälla i fokalplanet ökar också med mer än en faktor på fem. En stjärna avbildas exempelvis på 3 mm x 3 mm, vilket är för stort för att det ska få plats i en glasfiber. Det är därför flera glasfibrer krävs för att transportera ljuset från en stjärna till spektrografen.”
Bygga större optiska komponenter
Att bygga en stor spektrograf med stora optiska komponenter kan vara en lösning, men tillverkningen tar tid. Annemieke: ”Tillverkningen av en lins med en diameter på 40 cm kan ta mer än ett år. Först måste glaset smältas i en ugn och sedan tar det mer än sex veckor innan glaset har svalnat. Glaset måste svalna mycket långsamt för att förbli homogent. Sedan inspekteras glaset innan det poleras och behandlas.” Mest tid läggs däremot på en detaljerad design innan linsen kan tillverkas. Annemieke fortsätter: ”En design blir färdig efter år av interaktion mellan ingenjörer, astronomer och tekniker som försöker ta fram det optimala instrumentet. Ett sådan instrument, vars tillverkning dessutom är genomförbar och inte för dyr, kan användas för spännande forskning. Jag hoppas kunna resa till Chile någon gång och se teleskopet med egna ögon.”
