De miért nem viszik a csillagászok egyszerűen az űrbe a távcsöveiket?

A csillagászat a történelem nagy részében azt jelentette, hogy az emberek felnéztek éjszaka a csillagos égboltra, és próbálták megfejteni, mi a fenék azok a fura kis fénypontok odafent. Ehhez nem is volt szükségük másra, mint türelemre, kitartásra, és tiszta, sötét égboltra. A modern kor viszont nem csak a távcsöveket, kamerákat, számítógépeket hozta el a csillagászoknak, hanem a fényszennyezés különböző formáit is. A földfelszíni fajta, a települések karácsonyfaként történő kivilágítása elől még valamennyire el lehet menekülni - igaz, a városi ember már így is inkább ismeri a Tejút látványát fényképről, mint saját tapasztalatból. De a felülről jövő fényszennyezés, repülők és műholdak formájában, még a Mauna Kea vagy az Atacama-sivatag tetején is megtalál bárkit. 

Bakos Gáspár, a Princetonon dolgozó magyar csillagász, a HATNet exobolygó-kereső hálózat atyja, indított egy petíciót a témában, hogy az amerikai FCC hivatal lépjen fel szigorúbban az ilyen tervekkel szemben: ha sietsz, írd alá most, ha nem, olvass tovább. 

Az NGC 2264, és benne Karácsonyfa-halmaz, az ESO 2.2 m-es távcsövével, Chiléből.Fotó: ESO

A műholdak jelenlegi sűrűsége mellett ez azt jelenti, hogy időről-időre rákerül egy ronda, fényes csík azokra a digitális képekre, amiket aztán naptárra, poszterre nyomtatunk, mert szépek. Vagy amiken képesek vagyunk mondjuk más csillagok körül keringő bolygókat közvetlenül megörökíteni.  

Most körülbelül 4-5000 műhold kering felettünk. Vannak már most is ezek között nagyobb csoportok: amerikai GPS műholdakból 74 van fent, az Iridium két típusa összesen 170-et ad, az apró Dove földmegfigyelő cubesatokból pedig 300 ment fel eddig, de ezek le is potyognak néhány év után. Ha viszont ténylegesen beindulnak a nagy műhold-konstellációk, ez a szám nagyságrendekkel fog megugrani. A SpaceX a kezdeti 12 000 műhold mellett már további 30 000-ről is beszél. A OneWeb 2000-ről. Az Amazon 3236-ról. Ennyi műhold már önmagára is veszélyes: az Amazon saját becslése szerint ha tízből egy műholdjuk meghibásodik, 12 százalék az esélye, hogy az egyik irányíthatatlan példány nekiütközik majd valaminek. De ez egy másik cikk témája lesz.

Ez a három cég tehát megtízszerezné a felettünk keringő műholdak számát, ami egy-két bosszantó csík helyett telepöttyözné a csillagászati megfigyeléseket zavaró jelekkel, ahogy a fenti kép is illusztrálja. Ez nagyon megnehezítené, vagy akár ellehetetlenítené olyan kutatások végzését, mint például a Földre veszélyes kisbolygók keresése és nyomon követése, hiszen ott ugyanúgy kis mozgó bigyókat keresünk a képeken, csak lassabbakat és sokkal halványabbakat. Egy amatőr csillagász, akit a képek szépsége érdekel, beérheti annyival, hogy több összecsíkozott egyedi képet dob ki vagy fotosoppol meg: a tudományos méréseknél viszont, ahol a távcsőidőt akár órákra beosztják, ilyen luxusra nincs lehetőség.

Az űrtávcsövek létjogosultsága

Erre volt az többek válasza (beleértve rengeteg SpaceX fanboyt és magát Elon Muskot is), hogy a csillagászat jövője úgyis az űrben van. Természetesen számos előnye van egy űrtávcsőnek: kikerüli a földi légkör, az időjárás és a nappalok okozta problémákat és fennakadásokat. Számos tudományterület nem lenne meg nélküle, röntgen, gamma, vagy infravörös csillagászatot nem is tudunk máshogy végezni, csak az űrből, mert a légkör nem engedi át ezeket a hullámhosszakat. Nélkülük nem tudnánk kutatni fekete lyukakat vagy a Tejútrendszer középpontját. A Kepler űrtávcső is azért tudott négyezer exobolygót felfedezni, mert nem kellett minden hajnalhasadáskor leállnia, hanem négy éven át folyamatosan mért. Nincsenek a műszereink felett olyan gonosz molekulák, mint víz, oxigén, ózon, amik beleszemetelnek a csillagok színképeibe. Nincs horizont, ami mozdíthatatlanul kitakarja az égbolt egy hatalmas darabját. 

Az űrtávcsövek egyszerűen szuperek, ezt saját tapasztalatból is mondhatom. De földi távcsövek nélkül a csillagászat akkor is meg lenne lőve.

A földi távcsövek létjogosultsága

Musk kijelentése mutatja, hogy valójában mennyire elfogultan látja a kérdést. Nyilván akinek rakétás cége van, az űrben gondolkodik, de van az egész kérdésnek egy alapvetőbb vetülete. Ugyanis figyelmen kívül hagyja, hogy az éjszakai égbolt nemcsak a csillagászok tudományos terepasztala, hanem természeti és kulturális örökség is, nem véletlen, hogy a gízai piramisokra sem tűzünk mobilantennákat, vagy nem hordjuk el a Kékest építőanyagnak. Ugyanígy el lehet azon gondolkodni, mennyire etikus teljesen teleszemetelni az éjszakai égboltot mesterséges fényekkel.

De ha csak a csillagászatot vesszük, akkor is számos terület van, ahol a földfelszín mindig is előnyben lesz: ezek a méret (és az ár), a megbízhatóság, a javíthatóság és a fejleszthetőség.

A méret és az ár

A földi távcsövek mindig olcsóbbak lesznek, mint az űrtávcsövek. A James Webb, egy 6,5 méteres tükörrel szerelt űrtávcső összköltsége már elérte a 10 milliárd dollárt. Mindeközben Chilében két új generációs földi távcső is épül: a hét darab nagy tükörrel szerelt, 24 méter-ekvivalens Giant Magellan Telescope, és a 39 méteres tükörrel szerelt Extremely Large Telescope. A költségük kb. 1 milliárd dollár, illetve euró. Ezek árban inkább vannak közel a jóval kisebb, 600 millióba került Keplerhez, mint a JWST-hez, miközben tizenkétszer, illetve negyvenszer annyi fényt tudnak majd gyűjteni. 

A világ legnagyobb távcsövéhez, az ELT-hez egyébként magyar kutatók is hozzáférhetnének majd alanyi jogon, ha a döntéshozók végre elhatároznák magukat Magyarország tagsága mellett az ESO-ban.

De a nyers számok és dollárok önmagában még nem is adják ki a teljes képet. Akkor sem fogják az űrtávcsövek a földi társaikat utolérni, ha hirtelen az USA annyi pénzt lapátolna beléjük, mint amennyit mondjuk egy új vadászrepülő kifejlesztésébe, és nem annyit, amit egyébként csillagászatba hajlandó. Ugyanis valahogy fel kell juttatni azt a távcsövet az űrbe. Tehát olyanra kell megcsinálni, hogy eléggé könnyű és eléggé összehajtogatható legyen, hogy beférjen egy rakéta orrába. A legnagyobb, még csak papíron létező űrtávcső a 15 méteres LUVOIR, a 2030-as évek végére készülhet el, miközben már most épülnek ennél nagyobbak idelent.

A Hubble, a JWST és a két LUVOIR koncepció méretei, a LUVOIR Final Reportból.Fotó: NASA / Goddard SFC

Megbízhatóság

Reálisan nézve elég hülye ötlet feltenni a frissen elkészült, 10 milliárd dollárt érő hardverünket egy hatalmas olajoshordó tetejére, alágyújtani, és bízni abban, hogy majd minden rendben lesz. Pedig ez vár a JWST-re 2021-ben. Bármilyen űreszköz legnagyobb ellensége a rakétán való rövid utazás. Ha beüt valami gikszer, vége a dalnak, az űrtávcsövünk vagy apró repeszekre robban, vagy felismerhetetlen fémkupaccá válik a becsapódáskor. A majd a JWST-t is szállító Ariane-5 tavaly, 82 hibátlan start után, egyetlen rosszul beprogramozott szám miatt 20 fokkal délebbi irányba indult el, mint kellett volna, pillanatokra volt attól, hogy kiérjen a biztonsági sávból, és felrobbantsák, és végül túl alacsony pályára állított két telkom-műholdat. Már egy ilyen apró hiba is végzetes lenne a JWST esetében. Ezek a kockázatok egy földi távcső esetében értelemszerűen ismeretlenek – legalábbis szinte ismeretlenek. 

Nope nope nope. NOPE. A pillanat, amikor az egyik Antares rakéta felrobbant, megpecsételve a tetején lévő Cygnus teherűrhajó sorsát.Fotó: NASA/Joel Kowsky/(NASA/Joel Kowsky)

Javíthatóság

Az évek során, amíg a piszkéstetői távcsövekkel észleltem, számos kisebb-nagyobb meghibásodással kerültem szembe. Megállt a távcső. Nem forgott tovább a kupola. Nem exponál a kamera. Nem forog rendesen a szűrőváltó. Ezek egy részét instant módon, emailes vagy telefonos konzultációval javítottuk, máskor reggel beállított a műszaki részleg, aztán megjavította jól. És ez nagyjából így történik szerte a világon.

Ha viszont az űrtávcső hibásodik meg, nagyon-nagyon korlátozott, mit lehet vele tenni. Leginkább a szoftveres javítások sikerében lehet bízni. Amikor a Kepler két lendkereke meghibásodott, nem lehetett hívni a céget, hogy küldjenek már másikat: az űrtávcső több tízmillió kilométerre volt a Földtől. Eddig pontosan egy tudományos célú űrtávcső volt, amihez odamentek űrhajósok, és megjavították. A Hubble-t viszont eleve úgy építették, hogy több egysége is egyszerűen ki-és beszerelhető legyen: semmi más nem készült ezzel a filozófiával. Mi lett volna, ha nem lehet egyszerűen kihúzni belőle a detektorokat, és betenni a helyükre olyat, ami korrigálja a Hubble hibás tükrét? Valószínűleg már jó ideje az óceán mélyén pihenne. És bár mondhatjuk, hogy a Hubble javítása tudományosan és kulturálisan is megért minden pénzt, valójában egyáltalán nem volt olcsó mulatság. Egy-egy ilyen küldetés összköltségét, az űrsikló reptetésével, az űrhajósok kiképzésével, és az új műszerek kifejlesztésével együtt nagyságrendileg 1 milliárd dollárra lehet taksálni. Emlékszünk még a számokra néhány bekezdéssel feljebbről? Gyakorlatilag szinte az összes meghibásodó űrtávcső instant gazdasági totálkár.

Egy földi távcsőnél ehhez képest jön Tibi, rátart a cechammerrel kicsit, aztán lehet is észlelni következő éjjel. 

Fejleszthetőség

Az utolsó pont kapcsolódik az előzőhöz: az űrtávcső, az egy darab Hubble-t leszámítva, pontosan azokkal a műszerekkel fog dolgozni, amit sok-sok évvel korábban megterveztek, majd megépítettek hozzá. Mivel a tervezési fázis után a fejlesztés, építés és tesztelés szinte semmi mozgásteret nem enged meg, mire egy űreszköz feljut az űrbe, a műszerei máris elavultnak számítanak. A földön ehhez képest ha egy számítógép elavult, lecseréljük; ha egy CCD-csip elöregszik, lecseréljük; ha több tárhely kell az adatoknak az archívumban, bővítjük vagy lecseréljük. Amikor a Svábhegyi Csillagvizsgáló 60 cm-es távcsövét felállították 90 évvel ezelőtt, elképzelésük sem lehetett róla, hogy a kétezres években digitális kamera fog dolgozni a fotólemezek helyén. Amikor 1957-ben Franciaországban felszereltek egy új kétméteres távcsövet, az exobolygó szó még nem is létezett. 1995-ben azzal a távcsővel és egy új spektrográffal végezte Michel Mayor és Didier Queloz a méréseket, ami most Nobel-díjat hozott nekik. Űrtávcsöveket meg úgy dobálunk az űrbéli szemétkupacra, mint ha nem lenne holnap: többségük nem éri meg akár a tíz éves kort sem.

Az STS-109 űrhajósai kicserélik a Faint Object Camera műszert az Advanced Camera for Surveys-re a Hubble-ön. A földön ez a mutatvány mindennapos.Fotó: NASA

Az, hogy a csillagászat jövője az űrben van, hamis, de legalábbis nagyon leegyszerűsítő érv. Az űrbéli csillagászat nagyszerű és kikerülhetetlen, de továbbra is csak rétegműfaj, ami csak akkor működik igazán jól, ha együttműködik a földi távcsövekkel. Számos feladat, például az égbolt folyamatos térképezése autó méretű kamerákkal, több távcsővel végzett interferometriás mérések, a Földhöz hasonló exobolygók kutatása egész laborszobát kitöltő spektrográfokkal, csak a földfelszínről megvalósítható. Szerencsére a SpaceX elkezdett együttműködni az amerikai csillagászokkal, hogy miként csökkenthetnék a Starlink műholdak által visszavert fény mennyiségét, ami jó, de ettől még ott fog mozogni a sok tízezer műhold az égbolton, csak halványabb pontokként. De ha úgy érzed, hogy fontos megőrizni az égbolt látványát és kutatásának lehetőségét, és még komolyabb lépésekre lenne szükség, írd alá a Bakos Gáspár kezdeményezte petíciót te is

A szerző csillagász, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont munkatársa.