Bár elsőre meglepőnek tűnhet, a csillagászok túl kicsinek tartják a Hubble űrteleszkópot. Az eszközzel három évtizede olyan mélységű és részletességű képeket készítenek, amilyeneket a földi távcsövek többségével meg sem lehet közelíteni, így semmi különös nincs abban, hogy a közvélemény többsége szerint a Hubble a valaha épített legnagyobb távcsövek egyike. Holott a tükre mindössze 2,4 méter átmérőjű, ami nem is annyira nagy. A James Webb űrtávcső főtükre például 6,5 méter átmérőjű, de csillagászati körökben ez is csak a közepes kategóriába esik.

Természetesen az említett teleszkópokat fel kellett valahogy juttatni az űrbe, ami határt szabott a méreteiknek, de a Földön ennél jóval nagyobb távcsövek is léteznek: a chilei Very Large Telescope (VLT) például 8,2 méteres főtükörrel rendelkezik, míg a hawaii Keck ikertávcsövek egyenként 10 méter átmérőjűek. És jelenleg több ennél jóval nagyobb teleszkóp is építés alatt áll, köztük a chilei Giant Magellan Telescope (GMT) amelynek hét 8,4 méteres tükre lesz, amelyek egyetlen 22 méteres tükörrel egyenértékűek, és a hawaii Thirty Meter Telescope (TMT), amelynek a főtükre 30 méteres lesz. Az Európai Déli Obszervatórium Extremely Large Telescope (ELT) nevű, épülő távcsöve pedig még döbbenetesebb méretű, 39 méteres főtükörrel fog rendelkezni.

Ezt követően azonban a szakértők a nagy távcsőépítési korszak lecsengését sejtik, többségük ugyanis úgy véli, hogy az elkövetkezendő időszakban az ELT lehet a legnagyobb ebben a kategóriában megépülő távcső. Az okok nem meglepő módon a költségekben, a mérnöki megoldásokban és nem utolsósorban a kérlelhetetlen geometriai törvényekben keresendők.

A nagyság átka

Utóbbi tényező várhatóan döntő fontosságú lesz az óriásteleszkópok méretnövekedésének megtorpanásában. Minél nagyobb egy optikai távcső, annál több fényt képes összegyűjteni. A halvány objektumok csak nagyon kevés olyan fényt bocsátanak ki, amely eléri a Földet. Egy nagyobb távcső több fényt gyűjt össze, így elvileg halványabb jelenségeket, távolabbi galaxisokat és ősibb csillagokat láthat. Évszázadok megfigyelései után a legtöbb fényes objektumot már felfedeztük az égbolton, így a csillagászat érdeklődése egyre inkább a halványabb jelenségek felkutatása felé fordul. A nagyobb távcsöveknek van még egy előnyük: jobb a felbontásuk, azaz több finom részletet tesznek elkülöníthetővé.

Ezen okok miatt a csillagászok érhető módon egyre nagyobb távcsöveket szeretnének. A probléma viszont az, hogy egy bizonyos méret felett, ami nagyjából 8 méteres átmérőt jelent, rendkívül nehéz legyártani, csiszolni és használni is egy monolitikus, egy darabból álló távcsőtükröt. Nem is beszélve annak a szerkezetnek a megalkotásáról, amely egy ilyen hatalmas súlyt elbír és irányítani képes. A távcsőtükrök területe az átmérő növekedésével négyzetesen növekszik, így egy tíz méteres távcső négyszer akkora területű és körülbelül négyszer akkora térfogatú, tehát ennyivel nagyobb súlyú lesz, mint egy 5 méter átmérőjű darab.

Ennek az akadálynak a leküzdésére a csillagászok a szegmentált tükrök felé fordultak: gyakorlatilag több kisebb tükröt egyesítenek egy nagyobbá. Ezek általában hatszög alakúak, mivel a hatszögek könnyen nagy tömbökké egyesíthetők. A JWST is ilyen elrendezést használ. A szegmensek hátulján apróbb motorok igazítják ezeket, hogy a lehető legpontosabb egyesített képet adja a teleszkóp. Szintén előnyös, hogy az ilyen kisebb szegmensek nem olyan vaskosak, és igény szerint lehet az alakjukat formálni, hogy leküzdjék a Föld légköre által keltett elmosódást.

A levegő állandóan mozgó részecskéi ugyanis erősen eltorzítják és szórják a kozmoszból érkező fénysugarakat. A megfelelő tükörszegmensek azonban rendkívül kifinomult érzékelők és aktuátorok segítségével ezredmásodpercek alatt deformálódnak, hogy korrigálják ezt a turbulens káoszt, élesebbé téve a távcső képeit. A földi távcsövek ma már rutinszerűen alkalmazzák ezt az adaptív optikának nevezett technikát, hogy olyan éles képeket kapjanak, mint amilyenek a Hubble és a JWST készít az űrben.

Így lehet az ELT is ennyire hatalmas.

A szegmensek mozgatása és alakjuk módosítása többszintű rendszerekkel és érzékelők sokaságával, automatikusan fog történni. Egy ilyen rendszer az összetettségének megfelelően rendkívül drága is: az ELT teljes alapköltségét 2023-ban körülbelül 1,5 milliárd dollárra (kb. 522 milliárd forintra) becsülik. Ennek a hatalmas konstrukciónak ráadásul a mérnöki megvalósítása is óriási kihívást jelent. Szükség van hozzá például egy 80 méter magas és 88 méter átmérőjű kupolára, és egy rezgéscsillapítókkal felszerelt, gigantikus alapra is.

Ezért lehet az ELT az egyik legnagyobb földi távcső, ha nem a valaha épülő legnagyobb. Lehetséges, hogy egy napon nagyobbat is lehet építeni, de bármi, ami jelentősen nagyobb, ennek többszörösébe kerül, és arányosan még több mérnöki fejfájást okoz. Az ELT maga is egy nagyobb OWL nevű – OverWhelmingly Large Telescope – nevű ötletként indult, amelynek tükre 100 méter átmérőjű lett volna. Hosszas vizsgálódás után azonban egy csillagászokból álló tanácsadó testület úgy döntött, hogy egyelőre egy szerényebb, 39 méteres főtükör is elég lesz.

Igények és holdi álmok

De kellenek egyáltalán ennél nagyobb teleszkópok? Az ELT-t úgy méretezték, hogy megfeleljen a csillagászat jelenlegi legfontosabb tudományos igényeinek. Ezek közé tartozik a közeli exobolygók közvetlen leképezése – beleértve a Földhöz hasonló méretű világokat is, amelyek megfelelő távolságra vannak a csillaguktól ahhoz, hogy folyékony vízzel rendelkezzenek –, valamint a világegyetem azon korszakába való visszatekintés, amelyben a legelső galaxisok születtek. Nagyobb teleszkópok persze még többre lennének képesek, de jelenleg az ELT-vel is áttörő tudományos eredmények várhatók a csillagászatban.

És az ennél is nagyobb távcsövek eljövetelét más tényezők is késleltethetik. A csillagászok jelenleg rengeteget észlelnek az interferometriának nevezett, évtizedekkel ezelőtt kidolgozott technikával, amely során egymástól nagy távolságban lévő rádióteleszkópok megfigyeléseit kombinálva egy sokkal nagyobb távcső működését imitálják. Az Eseményhorizont Teleszkóp (EHT) például, amellyel a Tejútrendszer központi fekete lyukát, valamint az M87 galaxis fekete lyukát is megfigyelték, egy ilyen rádióinterferométer.

Ami persze remekül hangzik, ugyanakkor a látható tartományban való megfigyeléseknél az interferometriával két probléma is akad. Az egyik, hogy nem növeli az egyes távcsövek területét, így a halvány források észlelése – ami a csillagászati megfigyelések kritikus szempontja – továbbra is problematikus. A másik az, hogy a megfigyelések kombinálásának nehézsége az észlelt fény frekvenciájával nő, és a látható fény frekvenciája sokkal, de sokkal magasabb, mint a rádióhullámoké.

Látható fényű interferometriát már sikerült megvalósítani egymáshoz közeli teleszkópok esetében – a Very Large Telescope Interferometer négy, egymástól néhány tucat méterre lévő 8 méteres teleszkópot használ –, de ennél nagyobb távolságok esetében a megvalósítás egyre nagyobb kihívást, és nanométeres mérési pontosságot igényel. Ha azonban a látható fényben végzett interferometria a technológia fejlődésének köszönhetően szintet lép, ezzel lehetséges, hogy az ELT-nél nagyobb önálló teleszkópok szükségtelenné válhatnak.

Ettől függetlenül persze minden csillagász benne lenne, hogy legyenek még nagyobb távcsövek, ha kivitelezhető ezek megépítése. És egy felszíni rendszer esetében a költségek még sokkal nagyobb méretekben is alacsonyabbak lennének, mint egy jóval kisebb, bár sok szempontból előnyösebb űrteleszkópé.

Talán a jövőben lesznek olyan technológiák, amelyekkel leküzdhetők a gigantikus, látható fényben vizsgálódó teleszkópok létrehozásának akadályai.

A Hold túlsó oldala kapcsán például már fel is merült egy kilométeres nagyságú rádióteleszkóp-rendszer telepítése, amely ilyen módon mentes lenne a földi interferenciától is. De a látható fényre érzékeny távcsövek esetében is megfontolandó lehet a Hold, mint bázis.