Вблизи Бразилии, в пустыне Атакама в Чили, формируется одна из самых впечатляющих инженерных конструкций XXI века — Гигантский Магелланский Телескоп (GMT). Этот проект является частью новой эры мегателескопов, призванных преодолеть все границы человеческих знаний о космосе.
Когда GMT начнет работу в начале 2030-х годов, он обеспечит беспрецедентную четкость среди наземных обсерваторий. Согласно заявлению, основной зеркало оборудования будет иметь диаметр 25,4 метра и площадь сбора света в 368 квадратных метров, что позволит наблюдать галактики, сформировавшиеся всего через 100 миллионов лет после Большого взрыва.
Масштаб проекта отражает международный консорциум из 15 учреждений, в котором Бразилия играет фундаментальную роль благодаря Фонду поддержки исследований штата Сан-Паулу (FAPESP). Инвестируя 50 миллионов долларов США, страна создала Бразильский офис GMT (GMT-BRO), чтобы гарантировать, что бразильские ученые и инженеры займут центральное место в разработке передовых инструментов обсерватории.
Несмотря на впечатляющие размеры конструкции, сбор света — это лишь первый этап. Без подходящих приборов для анализа этого космического излучения астрономия не сможет прогрессировать.
Во время первого выпуска семинара «Смотря на звезды», организованного офисом GMT-BRO в прошлом году, тогдашняя со-координатор GMT-FAPESP, Клаудиа Мендес де Оливейра, доктор астрономии из Колумбийского университета, старший преподаватель Института астрономии, геофизики и атмосферных наук Университета Сан-Паулу (IAG-USP) и член Бразильской академии наук (ABC), объяснила временные рамки проекта.
Она отметила: «Телескоп должен быть готов между 2032 и 2035 годами. Точная дата зависит от окончательного финансирования инструментов, но это должно произойти в середине следующего десятилетия. Таким образом, у нас есть спокойно восемь-десять лет впереди для работы над инструментарием». Она подчеркнула, что, несмотря на первоначальные трудности, бразильская команда полностью вовлечена в работу с международными группами по разработке этих технологий. Участие страны сосредоточено на жизненно важных системах, начиная от поиска экзопланет и заканчивая изучением темной материи и энергии.
Одним из значительных достижений бразильских инвестиций является DIMEX (спектрограф множественных объектов в видимом диапазоне умеренного рассеяния). Разработанный в партнерстве с Гарвард-Смитсоновским астрофизическим обсерваторием, этот прибор работает в видимом спектре через два независимых канала — один оптимизирован для синего света, другой — для красного.
DIMEX считается настоящим «рабочей лошадкой» GMT, поскольку он должен стать наиболее часто используемым инструментом для всего научного сообщества. Цели устройства охватывают звездную астрономию и космологию, помогая понять ускорение Вселенной и картирование космических структур.
Профессор Рафаэль Рибейро, доктор астрономии из IAG-USP и координатор бразильской команды по данному инструменту, на мероприятии рассказал о важности этого достижения. Он напомнил, что Бразилия присоединилась к консорциуму немного позже, что потребовало усилий для завоевания места в разработке технологий. «Нелегко попасть в такие проекты высокой сложности, которые являются вершиной мирового уровня. И мы здесь, несмотря на наш опыт со времен 60-х годов, все еще являемся начинающими в этой высокопроизводительной инструментации».
Он отметил, что национальная компетентность обеспечила исследователям страны решающую роль в проекте DIMEX. «Мы демонстрировали качество, приверженность качеству нашей работы, и благодаря этому обретали значимость. И сегодня мы с гордостью являемся активным партнером этой организации».
Как объясняется в институциональном видео GMT-BRO, бразильская команда занимается оптическим дизайном, машиностроительством, разработкой программного обеспечения и системной инженерией DIMEX. Исследователи и инженеры также сотрудничают для работы инструмента в улучшенном режиме изображения, используя технологию адаптивной оптики низкой атмосферы.
Адаптивная оптика — это революционная методика, способная корректировать в реальном времени турбулентность и аберрации, вызванные земной атмосферой. Благодаря ей свет, приходящий из дальних уголков космоса, корректируется с исключительной точностью, обеспечивая идеально четкие изображения на датчиках.
Поиск планет за пределами Солнечной системы получает дополнительное укрепление благодаря технологии, разработанной IAG-USP. Команда спроектировала, собрала и успешно протестировала прототип Exposure Meter (измеритель экспозиции высокой эффективности), который отвечает за калибровку спектрографа CLERC (спектрограф высокого разрешения в видимом диапазоне) и его версии DCLERC.
Другой многообещающей инновацией является Astrocomb — высокоточный прибор, установленный на спектрографы высокого разрешения, такие как Спектрограф Эшелле высокого разрешения для характеристики экзопланет GMT (GCLEF). Этот инструмент генерирует «гребенку оптических частот», создавая идеально равномерно расположенные линии света, которые служат эталоном для калибровки космических наблюдений.
На семинаре профессор Флавио Круз, доктор физики, преподаватель Университета штата Кампинас (Unicamp) и координатор проекта разработки Astrocomb, объяснил, как это измерение позволяет обнаружить далекие миры. «Когда планета вращается вокруг звезды, она вызывает небольшое движение отскока массы звезды. Если у звезды есть планета на орбите, гравитация этой планеты индуцирует небольшое движение отскока звезды — очень тонкое явление. Это смещение вызывает небольшой доплеровский сдвиг в линиях спектра света звезды».
Это явление известно как эффект Доплера. Измеряя тонкие изменения в спектре света, испускаемого звездами, с помощью Astrocomb, астрономы могут обнаружить присутствие новых экзопланет и рассчитать их массы с беспрецедентной точностью.
Для максимального использования потенциала GMT был создан MANIFEST — роботизированная система позиционирования оптических волокон, которая покрывает поле зрения, эквивалентное 40% диаметра полной Луны. Робот перемещает сотни оптических волокон примерно за пять минут. Это позволяет направлять свет, собранный телескопом, на несколько инструментов одновременно, таких как GCLEF и GMAX, увеличивая количество наблюдаемых объектов за одну ночь.
По словам инженера и исследователя Витора Невеса Хартмана из Института Жуана Штайнера и USP, который координирует подпроект MANIFEST в Бразилии, эта система трансформирует эксплуатацию обсерватории. «Он не будет проводить научные исследования; он будет перенаправлять свет, который принимает телескоп, на один или несколько инструментов, чтобы проводились научные исследования. Возможность работать позволяет телескопу использовать более одного инструмента одновременно», — подчеркнул Хартман на встрече.
В рамках международного консорциума, разрабатывающего MANIFEST, бразильская инженерия несет исключительную ответственность за важнейшую подсистему под названием Filterbox. Этот компонент отвечает за кондиционирование световых сигналов, направляемых к спектрографам.
Присутствие Бразилии в GMT охватывает множество других важнейших проектов по ввода в эксплуатацию и тестированию. Национальная команда ученых активно участвует в разработке Тестовой камеры адаптивной оптики (AOTC), предназначенной для проверки пределов разрешения адаптивной оптики обсерватории. Бразильцы также сотрудничают в Камере ввода в эксплуатацию (ComCam), которая оценивает первичное качество изображения, создаваемого зеркальным комплексом. В ней страна участвует в архитектуре программного обеспечения и машиностроении в партнерстве с международным консорциумом.
Вся эта вовлеченность ставит бразильскую науку в видное положение в мировой астрономии. Вместо того чтобы просто использовать данные, собранные международными обсерваториями, наши исследователи проектируют инструменты, которые будут формировать открытия следующих десятилетий.
Когда GMT наконец откроет свои глаза на Вселенную, знания и инженерные решения, разработанные в Бразилии, будут там, в каждом луче захваченного света, помогая расшифровать тайны космоса и писать следующие главы нашего знания о Вселенной.