Deși poate părea surprinzător la început, astronomii consideră că telescopul spațial Hubble este prea mic. Timp de trei decenii, instrumentul a produs imagini cu o profunzime și detalii de care majoritatea telescoapelor de pe Pământ nici măcar nu se pot apropia, așa că nu este surprinzător faptul că majoritatea publicului consideră Hubble ca fiind unul dintre cele mai mari telescoape construite vreodată. Oglinda sa are un diametru de numai 2,4 metri, ceea ce nu este chiar atât de mare. Oglinda principală a telescopului James Webb, de exemplu, are un diametru de 6,5 metri, dar în cercurile astronomice aceasta este încă doar medie.

Desigur, aceste telescoape au trebuit să fie lansate în spațiu, ceea ce le-a limitat dimensiunile, dar există telescoape mult mai mari pe Pământ: Very Large Telescope (VLT) din Chile, de exemplu, are o oglindă principală de 8,2 metri, în timp ce telescoapele gemene Keck din Hawaii au fiecare 10 metri în diametru. În prezent, sunt în curs de construcție mai multe telescoape mult mai mari, printre care se numără Telescopul gigant Magellan din Chile (GMT), care va avea șapte oglinzi de 8,4 metri, echivalentul unei singure oglinzi de 22 de metri, și Telescopul de 30 de metri (TMT) din Hawaii, care va avea o oglindă principală de 30 de metri. Iar Telescopul Extremely Large Telescope al Observatorului European din sud (ELT), aflat în construcție, va avea o oglindă principală și mai impresionantă, de 39 de metri.

Totuși, după această dată, experții prezic sfârșitul erei construcției de telescoape mari , cei mai mulți fiind de părere că ELT ar putea fi cel mai mare telescop din această categorie care va fi construit în perioada următoare. Motivele sunt, deloc surprinzător, costul, ingineria și, nu în ultimul rând, legile inexorabile ale geometriei.

Blestemul măreției

Se preconizează că acest ultim factor va fi esențial pentru a limita creșterea dimensiunii telescoapelor gigantice. Cu cât un telescop optic este mai mare, cu atât mai multă lumină poate colecta. Obiectele distante emit foarte puțină lumină care ajunge pe Pământ. Un telescop mai mare colectează mai multă lumină, astfel încât ar trebui să poată vedea fenomene mai indistincte, galaxii mai îndepărtate și stele mai vechi. După secole de observare a majorității obiectelor luminoase de pe cer, astronomii sunt din ce în ce mai interesați să descopere fenomene mai puțin luminoase. Telescoapele mai mari au și un alt avantaj: au o rezoluție mai bună, ceea ce înseamnă că pot releva mai multe detalii fine.

Din aceste motive, este de înțeles că astronomii doresc telescoape mai mari. Cu toate acestea, problema este că dincolo de o anumită dimensiune, care este de aproximativ 8 metri în diametru, este extrem de dificil să se fabrice, să se lustruiască și să se utilizeze un telescop monolitic, dintr-o singură bucată. Ca să nu mai vorbim de construirea unei structuri care să poată susține și controla o greutate atât de mare. Suprafața oglinzii unui telescop crește cvadrat cu creșterea diametrului, astfel încât un telescop de 10 metri va avea o suprafață și volum de aproximativ patru ori mai mare și, prin urmare, aceeași greutate ca o piesă cu diametrul de 5 metri.

Pentru a depăși acest obstacol, astronomii au apelat la oglinzi segmentate: de fapt, acestea combină mai multe oglinzi mai mici într-una mai mare. Acestea sunt de obicei hexagonale, deoarece hexagoanele pot fi combinate cu ușurință în blocuri mari, conice. JWST folosește un astfel de aranjament. Motoarele mai mici din spatele segmentelor le aliniază pentru a obține o imagine combinată cât mai precisă. De asemenea, este avantajos faptul că astfel de segmente mai mici nu sunt atât de voluminoase și pot fi modelate după cum este necesar pentru a nega turbulențele cauzate de atmosfera Pământului.

Particulele în continuă mișcare din aer distorsionează și împrăștie puternic razele de lumină din cosmos. Cu toate acestea, segmentele corespunzătoare ale oglinzilor sunt deformate în milisecunde cu ajutorul unor senzori și actuatori extrem de sofisticați pentru a corecta acest haos turbulent, ceea ce face ca imaginile telescopului să fie mai clare. Această tehnică, cunoscută sub numele de optică adaptivă, este acum folosită în mod curent de telescoapele de pe Pământ pentru a obține imagini la fel de clare ca cele produse de Hubble și JWST în spațiu.

Acesta este metoda pentru care ELT poate fi atât de puternic.

Segmentele se vor mișca și își vor schimba forma în mod automat, folosind sisteme pe mai multe niveluri și o multitudine de senzori. Un astfel de sistem este, de asemenea, extrem de costisitor din punct de vedere al complexității: costul total de bază al ELT este estimat la aproximativ 1,5 miliarde de dolari în 2023. În plus, ingineria unei astfel de construcții uriașe reprezintă o provocare uriașă. De exemplu, va fi nevoie de o cupolă înaltă de 80 de metri și cu un diametru de 88 de metri, precum și de o bază gigantică cu amortizoare de vibrații.

Din acest motiv, ELT ar putea fi unul dintre cele mai mari telescoape construite vreodată pe Pământ, dacă nu chiar cel mai mare. Poate fi posibil să se construiască ceva mai mare într-o zi, dar orice lucru semnificativ mai mare va costa de câteva ori mai mult și va cauza proporțional mai multe bătăi de cap inginerești și materiale. ELT în sine a pornit ca o idee pentru un telescop mai mare OWL - OverWhelmingly Large Telescope - cu o oglindă de 100 de metri în diametru. Dar, după multe deliberări, un consiliu consultativ de astronomi a decis că o oglindă principală mai modestă de 39 de metri ar fi suficientă pentru moment.

Exigențe și vise lunare

Dar avem cu adevărat nevoie de telescoape mai mari de atât? ELT este dimensionat pentru a răspunde celor mai importante nevoi științifice ale astronomiei actuale. Printre acestea se numără obținerea de imagini directe ale exoplanetelor din apropiere - inclusiv ale lumilor asemănătoare Pământului care sunt suficient de îndepărtate de stelele lor pentru a avea apă lichidă - și capacitatea de a privi înapoi în evoluția universului în care s-au născut primele galaxii. Telescoapele mai mari ar fi capabile să ofere mai mult, dar acum ne putem aștepta la progrese științifice suficient revoluționare în astronomie și cu ajutorul ELT.

Și alți factori ar putea întârzia apariția unor telescoape și mai mari. În prezent, astronomii fac o mulțime de observații folosind o tehnică dezvoltată cu zeci de ani în urmă, numită interferometrie, care combină observații de la radiotelescoape aflate la distanțe mari unul față de celălalt pentru a imita funcționarea unui telescop mult mai mare. De exemplu, Event Horizon Telescope (EHT), care a fost folosit pentru a observa gaura neagră centrală a Căii Lactee, precum și gaura neagră din galaxia M87, este un astfel de interferometru radio.

Ceea ce sună grozav, dar există două probleme cu interferometria pentru observațiile vizibile. Una este că nu mărește suprafața fiecărui telescop, astfel încât detectarea surselor slabe - un aspect critic al observațiilor astronomice - rămâne problematică. Cealaltă este că dificultatea de a combina observațiile crește odată cu frecvența luminii detectate, iar frecvența luminii vizibile este mult, mult mai mare decât cea a undelor radio.

Interferometria luminii vizibile a fost deja realizată cu telescoape apropiate - Very Large Telescope Interferometer utilizează patru telescoape aflate la 8 metri distanță, la câteva zeci de metri unul de celălalt - dar la distanțe mai mari, implementarea este din ce în ce mai dificilă și necesită o precizie nanometrică. Cu toate acestea, dacă interferometria în lumină vizibilă avansează odată cu progresul tehnologic, este posibil ca telescoapele autonome mai mari decât ELT să devină inutile.

Acestea fiind spuse orice astronom ar fi dornic să aibă telescoape și mai mari, dacă este posibil să se construiască. Iar costul unui sistem de suprafață ar fi mult mai mic, chiar și la o scară mult mai mare, decât al unui telescop spațial mult mai mic, deși în multe privințe mai avantajos.

Poate că în viitor vor exista tehnologii care să depășească obstacolele în calea construirii unor telescoape gigantice care pot fi sondate în lumină vizibilă.

Pe partea îndepărtată a Lunii, de exemplu, s-a luat deja în considerare amplasarea unui sistem de radiotelescoape la scară kilometrică, care ar fi lipsit de interferențe terestre. Luna ar putea fi luată în considerare și ca bază pentru telescoape sensibile la lumina vizibilă.