ESO-instrument bundelt licht van vier telescopen voor grotere lichtopbrengst

De Europese Zuidelijke Sterrenwacht ESO heeft de zogeheten espresso-spectrograaf in gebruik genomen, een speciaal instrument waarmee de Very Large Telescope in Chili het licht van de vier 8,2-metertelescopen kan bundelen.

Door het gebruik van de espresso-spectrograaf kan het licht van de vier 8,2-meter Unit-telescopen worden gecombineerd, waarmee de Very Large Telescope wat het lichtopvangend oppervlak betreft de grootste optische telescoop ter wereld is. De VLT is daardoor vergelijkbaar met een enkelvoudige telescoop met een opening van 16 meter. Tijdens het ontwerp van de VLT was het al de bedoeling om de vier telescopen te laten samenwerken als één grote telescoop.

Het systeem van het combineren van het licht van de vier hulptelescopen werkt via een stelsel van spiegels, prisma's en lenzen. Deze optische componenten brengen het licht van elke individuele telescoop over een afstand van maximaal 69 meter naar de spectrograaf. Dit instrument kan het licht van twee of meer van de Unit-telescopen combineren, zodat ofwel het lichtopbrengende vermogen van de VLT kan worden vergroot, ofwel het licht van de individuele telescopen wordt opgevangen. Dit maakt volgens ESO een flexibeler gebruik van de waarnemingstijd mogelijk.

Er werd bij de VLT al gebruikgemaakt van een interferometer om het licht van de verschillende telescopen te combineren. Dat maakt het mogelijk om details van een ruimteobject te zien alsof het wordt waargenomen met een spiegel met een diameter van honderden meters. Daarbij is de afstand tussen twee telescopen maatgevend; die vormt als het ware de diameter van de denkbeeldige telescoop. In principe kunnen de vier telescopen gezamenlijk de resolutie evenaren van een telescoop met een diameter van 200 meter. Met het espresso-instrument wordt het combineerde licht gevoed aan een enkel instrument, waardoor er informatie beschikbaar komt die voorheen niet te zien was.

Het speciale instrument, dat onder meer is ontwikkeld door de Universiteit van Genève en onderzoekscentra uit Italië, Portugal Spanje en Zwitserland, is specifiek bedoeld om nog beter aardachtige planeten te kunnen ontdekken en karakteriseren, en om te zoeken naar mogelijke variaties in 'fundamentele natuurkundige constanten'. Bij dat laatste kan gedacht worden aan het bestuderen van verre en zwakke quasars. Dat zijn supermassieve zwarte gaten in het centrum van een sterrenstelsel, die zeer veel straling uitzenden.

Volgens de directeur van ESO, Xavier Barcons, geeft deze techniek een voorproefje van wat de volgende generatie telescopen de wetenschap gaat brengen. Over een aantal jaren zal bijvoorbeeld de Extremely Large Telescope van ESO gereed zijn. Het contract voor de bouw van deze enorme Europese telescoop werd in 2016 getekend. De telescoop moet in 2024 operationeel zijn en krijgt een hoofdspiegel met een doorsnede van 39 meter, waarbij deze spiegel is opgebouwd uit 798 hexagonale spiegelsegmenten.

Reacties (29)

[tw_gotcha]

Gaat het hier echt over licht, als in het zichtbare deel van het spectrum, of over een veel meer golflengtes? Ik ken de achtergrond niet

[ro8in]

Dat vroeg ik mij ook af. Kan je nu letterlijk als voorbeeld mars van nog dichterbij zien. Of is wat hier uitkomt alleen maar grafieken en sheets?

Kort door de bocht kunnen we hiermee aliens zien zwaaien?

[Reactie gewijzigd door ro8in op 23 juli 2024 10:44]

[Verwijderd]

Nee, het zal 'nooit' ** mogelijk worden om een Aardachtige exoplaneet 'spatially te resolven'; ofwel zo dat uit meer dan 1 pixel bestaat. Of eigenlijk, je kunt de sampling van je camera wel hoger maken (kleinere pixels) waardoor je spot uit meer pixels bestaat, maar dan ben je enkel aan het oversamplen, en krijg je niet meer details. Het 'spatial resolven' van details is net mogelijk voor een ster, en een van de toepassingen van VLT zou kunnen zijn om 'stellar surfaces' te images.

Dit komt simpelweg omdat een telescoop een 'diffractielimiet' heeft, wat de theoretisch hoogst haalbare resoltie voor een telescoop is en welke een functie is van het formaat van een telescoop en de golflengte ('kleur' van het licht). Om een diffractielimiet te hebben waardoor een exoplaneet uit meerdere pixels bestaat, heb je dus écht een enorme telescoop nodig. Daarnaast, wordt de diffractielimiet helemaal nooit gehaald door grote telescopen die op Aarde staan, simpelweg omdat de atmosfeer voor veel meer 'blurring' zorgt. Er bestaat de zogenaamde Fried parameter dat de blurring van de atmosfeer beschrijft, en op een 'goede' dag is dat zo'n 30cm, en dat wil dan ongeveer zeggen dat hoe groot je telescoop ook is, je diffractielimiet (en dus ook resolutie) is hetzelfde als dat van een 30cm telescoop (ofwel, met een grotere telescoop krijg je dus géén hogere resolutie meer). Dan bestaat er weer 'adaptive optics' dat eigenlijk uit een spiegel bestaat met een oppervlak dat kan vervormen, wat zo probeert om de 'blurring' van de atmosfeer tegen te gaan en zo een betere Strehl ratio en betere resolutie te krijgen.

Ditzelfde blurring zorgt er ook voor dat de ster, waar de exoplaneet zéér dicht bij staat, totaal 'verblindend' is. Je kunt je wel voorstellen, dat het 'geblurde' (door de atmosfeer) sterlicht je exoplaneet compleet ontzichtbaar maakt. Dit is het 'contrast', en dat is dan een functie van de angulaire resolutie. Dichtbij de ster is het contrast dus laag, door die blurring, en daarom kunnen we een exoplaneet dus sowieso al niet zien. Dát is ook vooral wat de adaptive optics probeert op te lossen, en niet zozeer het verhogen van de spatiale resolutie van de telescoop.

De holy grail zou zijn om al dit met een ruimte-telescoop te doen, die hebben immers geen last van de atmosfeer. Maar die zijn duur en moeten dan weer veel kleiner zijn dan 'very large telescopes' op Aarde en hebben dus sowieso de resolutie niet, maar hebben tenminste iets minder last van het sterlicht waardoor ze een hoger contrast kunnen halen. WFirst zou de eerste missie zijn die dat (direct/high-contrast imaging van exoplaneten) zou demonstreren vanuit de ruimte, maar het is helaas deze week bekend geworden dat die missie gecancelled gaat worden, omdat te duur. WFirst zou zelfs enkel een 'tech demonstrator' zijn, en zou een contrast halen van ongeveer 10^9 (een miljard) voor een exoplaneet vrij ver van zijn ster, waardoor het dus mogelijk zou worden om 'Jupiter' achtige planeten te 'direct-imagen'. Om Aardachtigen te zien, zou een contrast nodig zijn dat zelfs nog een ordegrootte hoger ligt (>10^10, 10-miljard, in het zichtbare / nabij-infrarood golflengtes), én op een veel kleinere afstand van de ster. Dit is dus technologie dat in een ruimtetelescoop wat zegmaar over 30 jaar de opvolger van JWST zal worden moet komen. Daarmee zouden we een Aardachtige exoplaneet dan als 1 pixel kunnen resolven en opmeten, wat superinteressant is, want als je dat dan ook spectraal kunt doen kun je bijvoorbeeld wel meten wat voor gassen er in de atmosfeer van die exoplaneet zitten.

** Een gaaf, compleet futuristisch, idee is om de Zon als een gravitationele lens te gebruiken, dan heb je dus een diffractielimiet die écht gigantisch is, en dáármee zou het mogelijk zijn. Het punt is, dan moet je camera in de gravitationele focus zijn van de exoplaneet en de zon, en dat punt ligt op ongeveer 550x de afstand van de zon als dat de aarde van de zon staat... De Voyager 1 sonde, de verste ruimtesonde die we ooit gebouwd hebben, heeft ongeveer een kwart van die afstand gevlogen in 39 jaar... Een gigantische afstand dus. Maar wel een gaaf concept.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 10:44]

[GlobalHawk]

Als Lockheed Martin nou eens opschiet met het bouwen van die compacte fusiereactor, dan zou het i.c.m. een ionenmotor toch mogelijk moeten zijn om in een relatief korte tijd naar 550 AU te kunnen reizen. Afremmen bij het brandpunt op 550 AU is niet eens nodig als ik het concept goed begrepen heb, als je maar minimaal 550 AU van de zon verwijderd bent dan werkt het al. Het duurt met die afstand trouwens wel 6 dagen om een bericht van/naar de telescoop te sturen en je bent natuurlijk gelimiteerd tot het observeren van slechts één object.

Op deze fantastische website wordt met regelmaat geschreven over dit concept, zoals bijvoorbeeld in dit artikel: https://www.centauri-drea...to-the-suns-gravity-lens/

[Rob Coops]

Als 550AU minimaal is maar daarna de afstand niet meer uitmaakt waarom dan niet een andere ster gebruiken voor het zelfde effect? Als onze ster in de weg zou zitten kun je je altijd achter de maan verstoppen om daar minder last van te hebben.

Iets verteld me dat de afstand wel degelijk uitmaakt en er naast een minimum ook een maximum is en dus als je lekker snel 550AU kunt vliegen dan lijkt remmen me wel noodzakelijk omdat je anders simpel weg je maximum voorbijschiet en je ene mooie redelijk dure telescoop steeds een stukje verder van je verwijderd ziet raken maar maar heel even mooi plaatjes er mee kan schieten.

[GlobalHawk]

Uit het artikel waar ik naar verwees:

"A fascinating aspect of the Sun’s gravity lens is that we do not need to park a spacecraft at 550 AU to utilize it. As the spacecraft pushes past this distance, effects created by the Sun’s corona diminish and imaging only becomes better."

Een andere ster gebruiken is natuurlijk een mogelijkheid, maar dat kan alleen als er toevallig een ster precies tussen ons zonnestelsel en het te observeren object staat (zoals een aardachtige exoplaneet). Die kans lijkt me erg klein. Om je telescoop in een dergelijk geval toch goed te positioneren zal je waarschijnlijk ver buiten het zonnestelsel moeten reizen en veel grotere afstanden moeten afleggen dan de 550AU waar we het nu over hebben.....Let wel, 550AU is slechts 3 lichtdagen.

[Verwijderd]

De holy grail zou zijn om al dit met een ruimte-telescoop te doen, die hebben immers geen last van de atmosfeer. Maar die zijn duur en moeten dan weer veel kleiner zijn dan 'very large telescopes' op Aarde en hebben dus sowieso de resolutie niet

maar kunnen ze dezelfde technieken niet toepassen op ruimtetelescopen zodat ze er verschillende kleine kunnen combineren tot 1 grote, zoals hier nu met de vlt gebeurt?

[FreezeXJ]

Het is een spectrograaf, die kijkt alleen naar hoeveel er van elke golflengte binnenkomt. Dus nee, geen scherp 'beeld' zoals je het gewend bent, alleen een mooie indicatie welke elementen er aanwezig zijn op planeet X.

Om beeld netjes te stacken zijn er andere kunstjes, maar het verscherpen van beeld is en blijft lastig.

[Mitsuko]

Je kan natuurlijk wel een array hebben van spectrografen om zo toch meerdere pixels te krijgen (met een spectrum per pixel). Kan me een ruimtetelescoop herinneren die zoiets gebruikte. Gaat het bij deze spectrograaf om één pixel?

[ede]

Het gaat bij spectrografen om fotonen, niet om pixels. Het licht moet direct vanaf de bron door een prisma ontleedt worden, je kunt het niet eerst elektronisch opvangen en daarna analyseren

[Mitsuko]

Tuurlijk, de lichtsterkte die iedere spectrograaf in een dergelijke matrix ontvangt zal minder zijn, maar je kan iedere spectrograaf een ander deel van het spiegeloppervlak laten analyseren. Hoe meer fotonen hoe beter de resolutie van het spectrum natuurlijk. Daarnaast heb je niks aan meerdere pixels als je een puntbron wilt analyseren.

[Reactie gewijzigd door Mitsuko op 23 juli 2024 10:44]

[ede]

Zelfs als ze afzonderlijke delen van het spiegeloppervlak kunnen analyseren gebeurt dat in dit geval niet. Al het invallende licht wordt samengevoegd om een lichtsterkere telescoop te maken. En het samengevoegde licht wordt door 1 spectrograaf uitgeplozen. Zie de afbeelding bij dit artikel

[Egocentrix]

Met de interferometer die ze al hadden (MATISSE heet die geloof ik) kun je daadwerkelijk door meerdere telescopen kijken. Dit nieuwe instrument maakt ook nauwkeurige spectrometrie mogelijk met allevier de telescopen. Maar: ja. Espresso maakt alleen grafieken en is bedoeld om met nog grotere nauwkeurigheid dan zijn voorgangen (HARPS) het zichtbare spectrum van sterren te meten.

De bedoeling van dit apparaat is het vinden van exoplaneten door de blauw-/roodverschuiving van andere sterren te meten, die het gevolg is van een planeet die eromheen draait.

[Reactie gewijzigd door Egocentrix op 23 juli 2024 10:44]

[invalidCards]

De Very Large Telescope kan zowel zichtbaar als infrarood licht opvangen, aangezien het een spiegeltelescoop is. (Zie ook Wikipedia: https://nl.wikipedia.org/wiki/Very_Large_Telescope)

[Zenka]

De VLT verzamelen met spiegels en lenzen licht. Dit gaat om zichtbare golflengte en infrarood. Ik verwacht niet dat er een operator door een eyepiece kijkt, maar dat ze altijd met optische sensoren (laten we fancy, gekoelde digitale camera's zeggen) werken en de verkregen beelden digitaal verwerken.
Het resultaat zijn wel afbeeldingen. Wat natuurlijk een hoop spannender is dat spreadsheet data.

[Edit] Wat FreezeXJ zegt over spectrografen klinkt ook wel logisch. Als grote telescopen kun je doen met het vergaarde licht wat je wilt. Misschien zijn er meer toepassingen mogelijk dan we bedenken.

[Reactie gewijzigd door Zenka op 23 juli 2024 10:44]

[paltenburg]

Zitten er zulke beperkingen aan het digitaal samenvoegen, dat het op deze manier moet?

[MewBie]

Het licht samenvoegen voor het op de sensor valt levert je betere informatie op.

Stel dat je minimaal 10 lichtdeeltjes nodig hebt op je sensor om het van ruis te kunnen onderscheiden.
Elke telescoop vangt maar 4 deeltjes op.
Als je dus elke telescoop een sensor geeft en die data samenvoegt voeg je 4x ruis samen omdat je niet de minimale benodigde hoeveelheid deeltjes hebt per sensor. Voeg je het licht van de 4 telescopen samen voor het op de sensor valt krijg je 16 deeltjes op je sensor en kun je dus je data van ruis onderscheiden.

Wil je meer data met minder licht zul je dus of gevoeligere sensoren moeten maken, of zorgen dat je meer licht binnenkrijgt op je sensor.
De keuze daartussen is er een van kosten en technische mogelijkheden.

[Reactie gewijzigd door MewBie op 23 juli 2024 10:44]

[ede]

Ja, om het spectrum van een lichtbron goed te kunnen bekijken is meer licht beter. Je kunt niet het licht van afzonderlijke telescopen eerst digitaliseren en daarna samenvoegen en dan het spectrum daaruit destileren

[sympa]

Als je het licht samenvoegt, en de afgelegde weg binnen een paar nanometer constant houdt, kan je het licht 'in fase' op de sensor laten vallen. De een legt dat uit als 'dat de lichtgolven elkaar versterken' en een andere interpretatie is dat het beeld scherper wordt.

Omdat het beeld scherper wordt heb je meer licht op de detector. ook heb je maar 1 detector nodig in plaats van 4, en dat scheelt ruis.

Edit: ESPRESSO gebruikt incoherente combinatie van het licht, dus het verhaal van de fase gaat niet op. Dat hebben ze wel.

[Reactie gewijzigd door sympa op 23 juli 2024 10:44]

[Division]

Dit is tech nieuws waar mijn hart sneller van gaat kloppen. Heerlijk om te horen dat we nu weer ECHT verder gaan met nieuwe technologie en dat de crisis ook merkbaar is afgelopen.

Edit: Dat is misschien al wel een tijdje zo, maar pas sinds het laatste anderhalf jaar heb ik het gevoel dat men weer geld durft uit te geven voor ook 'minder populaire' takken in de wetenschap.

[Reactie gewijzigd door Division op 23 juli 2024 10:44]

[Pulp]

Dergelijke investeringen zijn gewoon doorgegaan. Bedenk wel dat dit soort projecten vele jaren doorlooptijd hebben. Van eerste idee tot oplevering kan het zo 10 jaar duren dankzij voorstudies, tenders en dan nog het daadwerkelijk ontwerp, bouw en testwerk.

[MrMonkE]

virtueel 16 meter! En als ik het concept zie denk ik dat het ook met meer zou kunnen.
Dus ze zouden deze nog beter kunnen maken door er een enkele bij te bouwen.
In 2024 gaan we het beleven!

[maarten013]

Wat blijft mij dit toch fascineren.

Vanaf mijn 6e was ik al met de telescoop van mijn pa aan het kijken. Zag ik een hele felle ster met kleuren, ik zoeken in de Elsevier van sterren en satellieten en wat bleek had ik Jupiter gezien nog nooit was ik zo blij en verbaasd dat ik iets zie wat lichtjaren van ons vandaan is. Elke avond weer kijken naar Jupiter, wat blijft het mooi. Nog elke dag denk ik "wat zit er nou echt buiten ons zonnestelsel".

Toch ga ik nog een keer een radio telescoop bouwen. Dat blijft op mijn to-do lijstje staan

[GlobalHawk]

Jupiter is maar enkele tientallen lichtminuten ver weg. Verder met je eens hoor, vooral als je de ringen van Saturnus door een telescoop ziet is een magisch moment....

[CyberMania]

Ik las het eerst als Elder Scrolls Online (ESO) bij het zien van de titel

[Balance]

Fun fact: SpaceX's BFR kan met zijn diameter van 9 meter een telescoop van dit formaat in een baan om de aarde of de zon brengen. Aangezien de raket volledig recyclebaar moet zijn zal hij (veel) goedkoper zijn per lancering dan een Falcon 9, waarmee het dus (veel) minder dan $60 miljoen per vlucht kost. Je zou dus voor (ruim) minder dan een half miljard 8 van deze telescopen de ruimte in kunnen knallen, voor een gecombineerd oppervlakte van ruim 450m².

Ter vergelijking: De James Webb Space Telescope heeft een spiegel die zichzelf uitvouwt naar 25m² en wordt gelanceerd op een Ariane 5 waarvan de vlucht alleen al een goeie 200 miljoen dollar kost. Omdat de telescoop in de kleine fairing moest passen is er gekozen voor een complex ontwerp waarbij 6 van de 18 spiegels zichzelf uitvouwen, plus een groot uitvouwbaar zonnescherm.

Door die gigantische fairing zou je een veel simpelere Hubble-stijl telescoop kunnen bouwen, met een vaste spiegel en simpele koker als zonnekap. Dit scheelt heel veel kosten bij de ontwikkeling en de productie. Daarbij zitten dus geen beweegbare onderdelen en is de spiegel ook nog eens veel beter bescherm tegen stof en afval. (denk eens aan een steentje wat met tienduizend kilometer per uur op je telescoop van 10 miljard knalt...)

Anyway, toffe techniek, schiet er een paar de ruimte over een jaar of 5 en we kunnen weer zoveel meer gaan leren!

Afbeeldingen: SpaceX BFR, Hubble, JWST, vergelijking van spiegelformaten

[Reactie gewijzigd door Balance op 23 juli 2024 10:44]

[DohnJoe]

25 vierkante millimeter?

[Balance]

Ze zijn echt yuge!

[Nacht]

Ik merk dat er in de discussie wat zaken door elkaar lopen over het gebruik van spectografie en standaard optische observaties (voor het laatste is de post van Shadow een zeer goede uitleg).

Het combineren van licht in een spectograaf wordt gedaan om de signaal ruis verhouding te verbeteren met als gevolg dat je beter in staat bent om verschuivingen in frequenties van het ontvangen signaal te detecteren en zo te bepalen of een bron naar je toe of van je af beweegt en met welke snelheid.

Deze techniek wordt gebruikt om planeten om sterren te detecteren met de radial velocity technique (https://en.wikipedia.org/wiki/Radial_velocity). Plaatje in link geeft goed aan hoe dit werkt. Deze techniek is relatief tijd insensitief doordat de bewegings snelheden van de objecten niet onderhevig zijn aan grote verandering per tijdseenheid.

Het combineren van licht voor een optische observatie wordt ook gedaan om de signaal ruis verhouding te verbeteren maar met het gevolg dat je zwakkere bronnen kan zien. Hiervoor dient het signaal zoals Sympa aangeeft coherent/in fase te zijn om dit te kunnen bereiken.

Aangezien de back end (electronica) niet nauwkeurig genoeg kan schakelen om deze combinering mogelijk te maken moet het licht voor de sensoren gecombineerd worden. Een subnano meter nauwkeurigheids verhaal.

Edit: Vervelend typo-tje

[Reactie gewijzigd door Nacht op 23 juli 2024 10:44]