Iz Bazovice v Atacamo, odkrivanju vesolja naproti

»E allora uscimmo a riveder le stelle…« S temi besedami se največji italijanski
pesnik Dante Alighieri, ki je umrl pred sedemstotimi leti, v svoji Božanski
komediji poslovi od pekla, skozi katerega ga vodi Vergil. Zvezde predstavljajo
za Danteja cilj, h kateremu stremi, pojavljajo se na koncu vsakega speva
njegove mojstrovine.
Zvezdnato nebo je od pradavnih časov navdihovalo
človeka, ki je radovedno molil nos v zrak in si poskušal razlagati, kaj
za vraga so tiste svetleče se pikice. Radovednost, človeški nagon, ki je
alfa in omega vseh znanstvenih odkritij, je človeka gnala, da je razvijal
vedno večje in boljše inštrumente, ki bi mu omogočili opazovanje nebesnega
svoda. Romantične podobe teleskopov, v katere kukamo z očesom, so le še
nostalgičen spomin na čase, ko so se premikali mejniki znanosti.
Sodobni
teleskopi, kakršen bo čilski ELT (Extremely large telescope) in kakršen
je VLT (Very large telescope), stavijo namreč na kompleksen sistem leč
in ogledal, ki jih znanstveniki upravljajo v kontrolni sobi, po velikosti
pa spominjajo na nogometno igrišče. V njihovem osrčju deluje in bo še delovala
vrsta kompleksnih naprav, med katerimi sta spektrografa Espresso in Hires,
ki imata čisto slovenski pečat.

ESPRESSO – SPEKTROGRAF, KI »GOVORI« TUDI SLOVENSKO
V čilski puščavi Atacama že od leta 1998 deluje VLT (Very
large telescope), največji teleskop na svetu oziroma sklop štirih teleskopov,
ki ga je na gori Paranal postavil Evropski južni observatorij (ESO). Premer
njegovih leč znaša »samo« osem metrov. Stroj je luč ugledal pred triindvajsetimi
leti, za tiste čase zelo napreden projekt pa je ESO, ki ga danes sestavlja
šestnajst držav članic, odštel »zgolj« pol milijarde evrov. V njegovi notranjosti
najdemo tudi spektrograf Espresso (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet
and Stable Spectroscopic Observations), ki je predvsem namenjen preučevanju
teles, ki krožijo okoli zunanjih zvezd, t.i. eksoplanetov.
Pri njegovi
gradnji sta imela vse do leta 2018, ko je stroj prvič prejel svetlobo štirih
teleskopov, vse prej kot obrobno vlogo astrofizik Paolo Di Marcantonio
iz Nabrežine in tehnik Igor Coretti od Domja, ki že 23 oziroma 21 let delata
v astronomskem observatoriju v Bazovici. Di Marcantonio je po končanem
znanstvenem liceju Franceta Prešerna v Trstu diplomiral na fakulteti za
fiziko in astrofiziko na tržaški univerzi, specializiral se je v študiju
zvezd in eksoplanetov. Coretti pa je doštudiral na tehniškem zavodu Volta
v Trstu in se je nato na podlagi razpisa zaposlil kot tehnik v bazovskem
observatoriju. Sprva se je tam ukvarjal z vzdrževanjem aparatur za radioastronomijo,
kasneje se je specializiral v razvijanju astronomskih inštrumentov, točneje
krmiljenju njihovih elektronskih komponent.
»Espresso je izredno natančen
spektrograf, ki svetlobo štirih teleskopov razbije v neke vrste mavrico,
ki jo sestavlja veliko črnih črt. Te črte so prstni odtisi elementov zvezde,
kot so njena temperatura, gostota in masa. Zelo pomembno pa je tudi premikanje
teh črt, ki nam daje vedeti, ali se okoli določene zvezde giblje eksoplanet.
Espresso je pri merjenju hitrosti gibanja nebesnih teles natančen do centimetra
na sekundo,« je pojasnil Di Marcantonio in se pohvalil z nekaterimi Espressovimi
dosežki.
Skupina znanstvenikov, del katere sta bila tudi Coretti in Di
Marcantonio, je lani v reviji Nature objavila članek, v katerem je dokazala
obstoj nočnega železnega dežja na vročem eksoplanetu Wasp-76b. Spekter
zvezde, okoli katere kroži ta planet, je namreč nekaj ur kazal prisotnost
železa na njem, kovina je nato iz spektra izginila. Izkazalo se je, da
je podnevi zaradi izjemno visokih temperatur (okoli 2000 stopinj Celzija)
železo na planetu sublimiralo, ponoči, ko se je temperatura spustila, pa
je kondenziralo in na tla padalo v obliki železnega dežja. Leta 2019 pa
sta znanstvenika v članku z naslovom Revisiting Proxima with Espresso,
ki je bil objavljen v prestižni reviji Astronomy & Astrophisics, pripomogla
k potrditvi obstoja eksoplaneta Proxima b, ki kroži okoli soncu najbližje
zvezde, Proxime Centauri.
Espresso pa naj ne bi bil dovolj natančen za
študij spektra eksoplanetov, na katerih bi lahko obstajali pogoji za življenje.
Za to so namreč potrebni še večji teleskopi, večji spektrometri in idealni
pogoji za opazovanje neba. Odgovor na to potrebo predstavljajo Extremely
large telescope, spektrometer Hires in gora Cerro Amazones v Čilu.

Paolo Di Marcantonio
Igor Coretti z ekipo znanstvenikov v observatoriju VLT-ja

NAJVEČJI TELESKOP V NAJBOLJ TEMNI NOČI                                                      »Tako veliki teleskopi, kakršen bo ELT (Extremely
large telescope), za katerega je Evropski južni observatorij temeljni kamen
postavil leta 2017, zahtevajo ogromne investicije. Posledično mora biti
njihova lokacija idealna za opazovanje vesolja. Glavni faktorji, ki pogojujejo
tako izbiro, pa so število jasnih noči, popolna tema, čim nižja vlaga,
saj ta izničuje valovne dolžine svetlobe, stabilne politične razmere v
državi in čim lažji dostop do lokacije,« je razložil Coretti in dodal,
da je izbira naposled padla na goro Cerro Amazones, ki stoji nasproti gore
Paranal, kjer domuje VLT.
Res, da so taki kraji lepi, kot sta nam razložila
sogovornika, pa je gradnja tam vse prej kot enostavna. Delo je zaradi visoke
nadmorske višine namreč močno ovirano. »Ko sem potoval na Paranal, sem
kar precej trpel zaradi nadmorske višine, ki je nisem vajen. Znanstvenikom
se je dovoljeno na hribu zadrževati le trinajst dni, potem morajo nujno
v dolino, ne glede na to, ali so z delom zaključili. Ponoči gledaš, podnevi
pa računaš. Delaš 24 ur na dan,« je potek opisal Di Marcantonio in priznal,
da je delo v takih razmerah bolj stresno.
Najbolj presunljivo dejstvo
nastajajočega teleskopa pa je nedvomno njegova velikost. Prva izmed petih
leč, ki bo na samem dnu teleskopa, bo namreč kar petkrat večja od tiste
na VLT-ju, njen premer bo znašal celih 39 metrov, sestavljalo pa jo bo
skoraj osemsto šesterokotnih segmentov. Nad njo bodo postavili še štiri
ogledala, vrhnje bo imelo premer 4,2 metra. Celotna struktura teleskopa
bo tako spominjala na nogometni stadion ali vesoljsko ladjo iz Vojne zvezd.
Teleskop bodo namreč opremili tudi s štirimi ogromnimi laserskimi lučmi,
ki bodo na nebu ustvarile neke vrste umetne zvezde in znanstvenikom pomagale
pri orientiranju teleskopa.
»Postavljanje ogrodja in ustvarjanje steklenih
leč ter ogledal bo terjalo še kar nekaj let, saj prav ta element predvideva
natančen postopek gradnje in sprotno preračunavanje. Vsekakor to ni več
znanstvena fantastika, taki stroji postajajo realnost,« je ponosno razložil
Coretti in dodal, da bo taka velikost teleskopa omogočala iskanje, opazovanje
in morda celo fotografiranje eksoplanetov v drugih sončnih sistemih.
No,
presunljiva ni samo velikost, ampak tudi njegova cena. Celoten projekt
bo namreč vreden 1,3 milijarde evrov. Tudi uporaba teleskopa pa ni ravno
poceni. Če je ena noč opazovanja na VLT-ju znašala 92.000 evrov, bo ena
noč na ELT-ju stala kar 330 tisočakov. »Preden se teleskop sploh prižge,
mora imeti znanstvenik že pripravljeno določeno hipotezo, ki jo nato samo
še empirično preveri. Konkurenca je zaradi tega izredna,« je še dodal Di
Marcantonio, ki ima pri gradnji teleskopa oziroma njegove instrumentacije
eno pomembnejših vlog.

Noč nad Atacamo (Igor Coretti)

IZREDNO NATANČEN FOTOAPARAT ZA VELIKE SKRIVNOSTI VESOLJA
Harmoni, Micado, Maori. To je le nekaj imen naprav, ki bodo svoj
dom našle v osrčju ELT-ja. Ta bo namreč tudi ta razpolagal s še boljšo
in naprednejšo instrumentacijo kot VLT, tudi z novim spektrografom, ki
mu bo ime Hires (HIgh REsolution Sprectrograph). »V Trstu se že veliko
let ukvarjamo s takimi napravami, pri Espressu smo imeli zelo pomembno
vlogo. Projekt za Hires je naposled prevzela Italija, posledično so mi
predlagali, da bi koordiniral projekt,« je razložil Paolo Di Marcantonio,
ki je že med gradnjo Espressa pridobil potrebno znanje za vodenje tako
zahtevnega projekta. »Paolo tega ne bo povedal, pa vendar: ESO mu zaupa,
ker uživa v svoji znanstveni skupnosti zaradi dosedanjih dosežkov velik
ugled,« je Igor Coretti pohvalil kolego.
Kaj pa sama naprava? Kot sta
nam razložila znanstvenika, bi si jo lahko predstavljali kot sklop treh
bojlerjev, v katerih so zapakirane uklonske mreže, ki svetlobo razbijejo
na valovne dolžine, in leče ter ogledala, ki spekter skoncentrirajo in
projicirajo v smer senzorja. Ta pa spekter prikaže na ekranu. Hires si
lahko torej predstavljamo kot izredno natančen fotoaparat, ki nam namesto
slike daje spekter določene svetlobe.
»V primerjavi z Espressom, ki ima
le eno komoro, jih bo imel Hires tri. Zaznal bo torej tri intervale svetlobe,«
je raložil Di Marcantonio in dodal, da bodo dve komori regulirali na sobno
temperaturo 16 stopinj, komoro z infrardečo svetlobo pa bodo hladili.

Ravno hlajenje in izolacija stroja pa predstavljata precejšen izziv. »Vsak
bojler bo sestavljen iz več plasti, tako kot čebula. V prvi plasti bomo
temperaturo ohranili na desetinko stopinje natančno, v drugi plasti na
stotinko, v tretji pa na tisočinko stopinje. Poleg tega bomo vse skupaj
vakuumsko zapakirali ter tako dodatno omejili morebitno nihanje temperature,«
je povedal Coretti in dodal, da bodo na –170 stopinj Celzija hladili tudi
senzor ter tako preprečevali elektronski šum in dobili čim natančnejšo
sliko.
Čemu pa vse to? »Z napravo, kot je Hires, bomo poskušali pridobiti
spekter eksoplaneta in preveriti, ali obstajajo na njem pogoji za življenje.
Če nam to uspe, ni izključena niti Nobelova nagrada. Poleg tega ciljamo
s Hiresom izračunati pospešek, s katerim se širi vesolje, študirati pa
nameravamo tudi spekter zvezd tretje generacije, t.j. tistih zvezd, ki
so prve nastale po velikem poku. Raziskovali bomo tako same začetke vesolja,
ki je nastalo pred 14 milijardami let«.

Di Marcantonio in Coretti pred VLT-jem   

KLJUČ USPEHA VIDITA V SKUPINSKEM DELU                                                              »Trenutno še vodimo teoretično fazo del ali dizajn, kakor temu pravimo.
Predem začnemo naročati sestavne dele, mora biti namreč vse izračunano
in naštudirano, saj so ti deli zelo dragi. Vsako fazo ovrednoti komisija
znanstvenikov,« je razložil Di Marcantonio, ki mora koordinirati nekaj
sto znanstvenikov iz 14 držav in 30 inštitucij. Dodal je, da zahteva ta
faza ogromno organizacijskih veščin.
»Ko bodo znanstveniki predstavili
okviren načrt stroja, bomo v igro prišli tehniki in analizirali njegove
najbolj kritične dele. Potem bomo spremljali samo gradnjo in sestavljanje,
končen izdelek bomo nato spet predali znanstvenikom,« je pristavil Coretti,
ki bo tudi tokrat odgovoren za načrtovanje krmiljenja komponent stroja.

Med samim načrtovanjem in gradnjo bo treba seveda pomisliti tudi na financiranje
tega 35 do 40 milijonov evrov vrednega projekta. »Upam, da bodo svoj delež
prispevale vse sodelujoče države,« je optimistično dejal Di Marcantonio,
ki v Italiji največjo težavo pri zbiranju sredstev vidi v prekomerni birokratizaciji.
Poleg tega naj bi v Italiji, kot je povedal, problem predstavljalo dejstvo,
da država ne zagotavlja neprekinjenega financiranja, zaradi česar znanstvenik,
ki deset ali petnajst let dela na tem projektu, ob koncu tvega, da se znajde
brez službe – in to kljub vsem pridobljenim veščinam ter izkušnjam.
A v Bazovici Igor Coretti in Paolo Di Marcantonio kljub vsemu ostajata optimista.
Še prej kot na znanstveni napredek ciljata na dobro počutje na delu in
na prijateljski odnos s kolegi: »Dandanes se premalo spodbuja dobro delo
v skupini. Uspeh je odvisen od dobrega počutja med nami. Samo skupina,
katere člani imajo dobre medsebojne odnose, lahko cilja na boljše in boljše
uspehe.«
Martin Poljsak