Globalny Teleskop Astrofizyczny

GTA
Logo projektu GTA
Globalny Teleskop Astrofizyczny (GTA) to projekt realizowany w Instytucie Obserwatorium Astronomicznym UAM w Poznaniu, którego głównym celem jest uruchomienie pary teleskopów spektroskopowych, umieszczonych w odległości wielu tysięcy kilometrów od siebie. Pierwszy z nich działający już od kilku lat, znajduje się w Borówcu pod Poznaniem i nazwany został Poznańskim Teleskopem Spektroskopowym (PST1). Drugi - Poznański Teleskop Spektroskopowy 2 (PST2) - dopiero powstaje i docelowo ma być umieszczony w Arizonie lub Nowym Meksyku w Stanach Zjednoczonych. Dzięki wykorzystaniu ruchu obrotowego Ziemi cały system będzie w stanie obserwować wybrane fragmenty nocnego nieba nawet 21 godzin na dobę, co jest praktycznie niemożliwe w przypadku pojedynczych teleskopów.


Geneza tego projektu nie jest jednak tak prosta, jak by się mogło wydawać z przedstawionego powyżej krótkiego opisu. Budowa pierwszego teleskopu została zakończona zanim powstała koncepcja projektu GTA. Wszystko rozpoczęło się ok. roku 2002. W tym czasie inż. Roman Baranowski wraz z dr Tomaszem Kwiatkowskim i prof. Aleksandrem Schwarzenberg-Czernym zbudowali pierwszy w Polsce astronomiczny spektrograf typu echelle. Spektrografy takie charakteryzują się dużą rozdzielczością i dużym zakresem widmowym, a przy odpowiedniej konstrukcji również bardzo dobrą stabilnością pomiarów. To właśnie za pomocą tego typu spektrografów odkryto znaczną część planet pozasłonecznych. W naszym spektrografie udało się uzyskać stabilność na poziomie 0.00005% długości fali światła (to jest ok. 150 m/s w pomiarach prędkości radialnej), co pozwoliło m. in. na detekcję planety pozasłonecznej w układzie τ Boo. Taką stabilność osiągnięto między innymi dzięki zastosowaniu masywnej płyty granitowej jako podstawy spektrografu. Z tej przyczyny spektrograf dla PST1 waży kilkaset kilogramów, a z teleskopem połączony może być tylko za pomocą światłowodu.
 rys.2
Poznański Teleskop Spektroskopowy 1: wnętrze spektrografu.


Przez krótki czas, spektrograf był podłączony do teleskopu o średnicy 0.4m. Później przeleżał kilka lat czekając na swój własny teleskop. Gdy udało się zdobyć środki na dokończenie projektu, zbudowany został teleskop dedykowany do tego spektrografu. Ze względu na ograniczone fundusze przy budowie teleskopu wykorzystano zachowany w doskonałym stanie montaż po radzieckiej kamerze SBG, pamiętającej jeszcze czasy Zimnej Wojny. Montaż ten otrzymał nowe silniki sterujące oraz nowoczesną elektronikę, a także przymocowano na nim dwa zupełnie nowe tubusy z optyką. Powstała swego rodzaju wielka lornetka, złożona z dwóch teleskopów o średnicy 0.5m każdy. W 2007 roku spektrograf został podłączony do tego teleskopu i kierujący projektem mogli ogłosić powstanie nowego, sterowanego komputerowo narzędzia w "arsenale" sprzętu obserwacyjnego poznańskiego Obserwatorium.


Wkrótce po otrzymaniu pierwszego światła z teleskopu PST1 i rozpoczęciu regularnych obserwacji okazało się, iż osoby uczestniczące w projekcie mają różne pomysły na dalszą przyszłość instrumentu. Jeden z pomysłów zakładał wywiezienie go za granicę, w rejon o lepszym astro-klimacie. Przeciwnicy tego pomysłu wysuwali argumenty, że jest to z technicznego punktu widzenia bardzo ryzykowne i proponowali by po prostu wykorzystać instrument najlepiej jak się da bez przenoszenia. Ponieważ żadna z grup nie potrafiła przekonać swoich oponentów, powstała sytuacja patowa. I, paradoksalnie, dzięki tej właśnie sytuacji narodził się pomysł budowy drugiego teleskopu, który miał być od początku budowany z myślą o ekspedycji w odległe rejony świata. Aby więc zażegnać spory, w 2009 roku świeżo upieczonemu doktorowi i od kilku miesięcy nowemu pracownikowi Obserwatorium (a także autorowi niniejszego tekstu) została przedstawiona propozycja napisania wniosku grantowego na zakup sprzętu niezbędnego do budowy nowego obserwatorium z teleskopem spektroskopowym, przeznaczonym do wywiezienia do odległej lokalizacji. Biorąc pod uwagę niewielkie doświadczenie nowicjusza, dużą konkurencję i spore koszty projektu, szanse powodzenia wydawały się dość nikłe. Niemniej jednak podszedłem do sprawy poważnie, gdyż znane są historie, w których finansowanie otrzymały nawet wnioski pisane celowo "do odrzucenia".

 rys.3
 Poznański Teleskop Spektroskopowy 1: teleskop.

Ku zaskoczeniu wszystkich, mój wniosek został sklasyfikowany na siódmej pozycji wśród ponad 200 pozostałych i otrzymał finansowanie w pełnym zakresie. Niestety okazało się również, że decyzja Ministerstwa skróciła, ze względu na obowiązujące przepisy, czas na wykorzystanie przyznanych środków z wnioskowanych dwóch lat do (realnie rzecz biorąc) 8 miesięcy. W tej sytuacji rozpoczął się prawdziwy wyścig z czasem - byle tylko zdążyć do grudnia 2010. Sytuacja wydawała się szczególnie kłopotliwa w kwestii zakupu teleskopu. Teleskopy astronomiczne o niewielkich średnicach można kupić od ręki w wielu sklepach w Polsce i na świecie, jednak w przypadku teleskopu o założonej w projekcie średnicy 0.6-0.8m sprawa się znacznie komplikuje. Po intensywnych poszukiwaniach i negocjacjach z różnymi producentami podjęto decyzję o zakupie teleskopu 0.6m firmy Halfmann Teleskoptechnik. Niestety, po kilku miesiącach starań, gdy procedura zamówień publicznych była już na ukończeniu, otrzymałem z firmy informację, że muszą zrezygnować, bo nie będą w stanie zrealizować zamówienia w wymaganym terminie. Ziścił się czarny scenariusz, którego od początku się obawialiśmy.

W zaistniałej sytuacji, wobec ryzyka utraty przyznanych środków, rozpoczęliśmy działania jednocześnie na dwóch frontach. Z jednej strony zostały podjęte poszukiwania jakiegokolwiek teleskopu odpowiadającego choćby w przybliżeniu wymaganiom projektu, nawet używanego lub pół-profesjonalnego. Z drugiej strony spróbowaliśmy przekonać Ministerstwo, by ze względu na specyficzny charakter zamawianych instrumentów badawczych zgodziło się na przesunięcie terminu realizacji grantu. Obydwa działania przyniosły zaskakujące rezultaty. Szczęśliwym trafem udało mi się znaleźć całkowicie nowy model teleskopu firmy Planewave o średnicy 0.7m, którego pierwszy egzemplarz był właśnie w trakcie budowy na zamówienie dystrybutora sprzętu astronomicznego z Niemiec. Dystrybutor zgodził się sprzedać nam ten właśnie egzemplarz, co dawało nadzieję na szybką dostawę. Ponadto Ministerstwo poinformowało nas, że nasza prośba jest w zasadzie bezzasadna, bo zgodnie z odpowiednią ustawą w określonych warunkach istnieje możliwość realizacji dostaw dla tego typu grantów o rok dłużej. Na marginesie: ustawa ta przestała już obowiązywać i tylko przypadkowi zawdzięczamy, że skorzystaliśmy z ostatniego roku jej obowiązywania. Jak się później okazało, miało to bardzo istotne znaczenie, bo producent teleskopu dwukrotnie przekładał termin dostawy i teleskop dotarł do nas dopiero w połowie roku 2011.

 rys. 4
 Poznański Teleskop Spektroskopowy 2: Teleskop firmy Planewave o średnicy 0.7m.


Zupełnie inaczej wyglądała sytuacja z zakupem spektrografu. Początkowo rozważaliśmy samodzielną budowę tego urządzenia, ale musieliśmy odstąpić od pomysłu. Szczęśliwym zbiegiem okoliczności, w tym samym czasie, przyjechał z wizytą do Obserwatorium w Poznaniu toruński astronom, prof. Krełowski. Zaproponował on by porozmawiać z budowniczym kilku różnych spektrografów typu echelle, dr Faigiem Musaevem. Dzięki temu nawiązaliśmy współpracę ze znanym specjalistą z Rosji i to On zbudował zgodnie z naszymi wskazówkami i wymaganiami spektrograf do teleskopu PST2. Urządzenie to było gotowe do pierwszych testów w kwietniu 2011 roku. Pozostała jedynie kwestia zbudowania termo-izolowanej skrzyni, którą wykonaliśmy już samodzielnie. W celu zapewnienia jak najlepszej stabilności temperaturowej nasz inżynier – Roman Baranowski - wyposażył ją w podwójne ścianki oraz dwie niezależne grzałki z termostatami, a także system 5 czujników temperatury, z których jeden jest w stanie rejestrować zmiany z precyzją 0.01 °C.


Bardzo ważnym elementem związanym z budową nowego instrumentu było przygotowanie odpowiedniego miejsca do umieszczenia teleskopu wraz ze spektrografem i przeprowadzenia testów przed wywiezieniem całości za granicę. Rozważaliśmy umieszczenie teleskopu w naszej stacji obserwacyjnej w Borówcu pod Poznaniem, ale ostatecznie wygrała koncepcja umieszczenia nowego instrumentu w parku przy Obserwatorium na terenie miasta. Wprawdzie warunki obserwacyjne są tam znacznie gorsze, ale do przeprowadzenia niezbędnych testów całkowicie wystarczające. Na tak wstępnym etapie szybki i łatwy dostęp do sprzętu jest bardziej istotny niż jakość uzyskiwanych obserwacji.

Wkrótce okazało się, że żaden z istniejących w parku przy Obserwatorium pawilonów nie nadaje się do umieszczenia w nim nowego teleskopu i trzeba wybudować nowy. W tym celu położona została nowa sieć światłowodowa, założony monitoring wideo, wybudowane odpowiednie fundamenty oraz postawiona zupełnie nowa, sterowana komputerowo, kopuła astronomiczna ScopeDome, o średnicy 5.5m. W następnych miesiącach umieszczane w niej były kolejno teleskop, komputery sterujące, UPSy, spektrograf i wszystkie niezbędne urządzenia. W pobliżu kopuły postawiony został maszt ze stacją pogodową. Dzięki temu cały sprzęt używany jest w sposób możliwie najbardziej zbliżony do tego, jak chcemy go wykorzystać w miejscu docelowym.

Podczas instalacji nowego sprzętu nie raz zdarzały się sytuacje, w których nie było innej opcji jak zakasać rękawy i wykonać brakujący element lub niezbędną pracę samodzielnie. Przykładowo, w celu ograniczenia znacznych kosztów instalacji światłowodowej postanowiłem samodzielnie zainstalować kamery monitoringu. W innym momencie z pomocą dra Wojtka Borczyka oraz studenta Tomka Kowalczyka – zakupiliśmy, przywieźliśmy i postawiliśmy w parku nowy, 3 metrowy maszt na stacją pogodową i lampy nocne. W wielu przypadkach zlecanie prac zewnętrznej firmie było albo niemożliwe z formalnego punktu widzenia, albo oznaczałoby po prostu co najmniej kilkutygodniowe opóźnienie, na które nie mogliśmy sobie pozwolić.


W czerwcu 2011 roku wszystkie elementy składowe nowego teleskopu spektroskopowego PST2 były już na miejscu, na terenie Obserwatorium w Poznaniu. Nie obyło się niestety bez przykrych niespodzianek. W trakcie prowadzonych w ramach pracy magisterskiej testów głównej kamery CCD wyszła na jaw drobna, ale wymagająca naprawy usterka w elektronice sterującej. Dodatkowo sam teleskop również wymagał serwisu, gdyż okazało się, że w trakcie transportu uszkodzeniu uległy tory łożyska osi azymutu. Z tych i innych przyczyn teleskop uzyskał pierwsze widmo gwiazdowe dopiero w maju 2012 roku i dopiero od tego momentu przeprowadzane są „testy bojowe” całego systemu. Jeśli wszystko przebiegnie zgodnie z planem, to w drugiej połowie 2013 roku PST2 zostanie przewieziony do docelowej lokalizacji i pod koniec roku system GTA powinien zacząć dostarczać pierwszych obserwacji.

 rys.6
 Poznański Teleskop Spektroskopowy 2: Wnętrze spektrografu typu echelle.

Łączny koszt zakupu i budowy sprzętu, jego transportu i kilku pierwszych lat działania zamknie się w kwocie ok. 3 mln zł. Ponieważ jest to projekt finansowany z pieniędzy publicznych, warto być może uświadomić sobie, ile on nas wszystkich (podatników) kosztuje. W przeliczeniu na ilość osób pracujących w Polsce wyraża się to kwotą ok. 19gr na jednego człowieka, co nie wydaje się jakąś szczególnie dużą liczbą. Można jednak wykonać również inne obliczenia. Aby uzbierać podobną kwotę, niezbędne byłoby przekazywanie wszystkich podatków płaconych przez przeciętnego pracownika na ten jeden cel przez 125 lat. W takim ujęciu widać, iż realizacja projektów naukowych wiąże się z wielką odpowiedzialnością i trzeba dołożyć wszelkich starań, by nie zmarnować owoców pracy całego życia dwóch-trzech osób w kraju.

Ponieważ wszystkie zakupy były realizowane z publicznych pieniędzy, to biurokracji na każdym kroku nie było końca. Przewidując dużą ilość papierkowej roboty już we wniosku grantowym zamieszczona została specjalnie przygotowana lista zakupów. Miała tylko trzy pozycje, ale za każdym razem z dopiskiem „z wyposażeniem”. Po prostu chcieliśmy zachować sobie otwartą furtkę podczas zakupów, gdyż w tak dużych projektach nie da się przewidzieć zakupu każdej śrubki z góry. Oczywiście nie zmienia to faktu, że na każdą śrubkę potrzebne jest w zasadzie osobne zamówienie z przetargiem. Co w terminie 8 miesięcy jest praktycznie niemożliwe do zrealizowania. Trzeba było wyszukać furtkę pozwalającą na zamówienia bez przetargów, co wiązało się z koniecznością pisania obszernych uzasadnień, dlaczego taki akurat sposób zakupów jest właściwy. Podstawowa zasada pisania takich uzasadnień, którą wszyscy stosują polega na tym, by pisać je jak najbardziej niezrozumiałym, technicznym językiem, ale z absolutną pewnością siebie, że przetarg jest zupełnie niepotrzebny. Zwykle się udaje, gdyż uzasadnienia te czytają jedynie urzędnicy nie mający pojęcia o czym tak naprawdę  piszemy.

W zasadzie na każdym kroku największym zmartwieniem było nie to, co będzie najlepsze dla projektu, ale jak to formalnie załatwić. Przy budowie pierwszego teleskopu codziennością były zakupy drobnych rzeczy i dołączanie faktury do rozliczenia. W przypadku drugiego teleskopu, przepisy uległy całkowitej zmianie i takie zakupy są obecnie zabronione. Każdy, nawet najmniejszy element, musi przejść formalną ścieżkę zakupową - zamiast 1 godziny na pojechanie do sklepu i powrót mieliśmy łącznie nawet kilka miesięcy załatwiania papierkologii i czekania aż machina biurokratyczna zdoła nasze wnioski przerobić. Jedyną metodą na to, by obecnie realizować granty jest ciągłe kombinowanie i szukanie furtek na to jak ominąć lub skrócić najbardziej czasochłonne procedury.

Warto podkreślić, iż mimo trudności projekt GTA rozwija się całkiem sprawnie i jest unikalnym przedsięwzięciem naukowym nie tylko w skali kraju, ale i całego świata. Dotychczas nie powstała bowiem żadna ogólnoświatowa sieć (porównywalnych) teleskopów spektroskopowych, a w budowie oprócz naszej jest obecnie tylko jedna inna (duński projekt SONG). Daje to polskim astronomom niesamowitą okazję by znaleźć się w absolutnej czołówce w dziedzinie obserwacji spektroskopowych, które pod względem ciągłości będą praktycznie bezkonkurencyjne. Możliwość wykonywania obserwacji niemal 24 godziny na dobę ma z kolei  kapitalne znaczenie podczas badań zjawisk zmiennych, których zmienność ma skalę czasową współmierną z ziemską dobą. Wówczas to obserwacje z jednego tylko teleskopu bywają trudne w interpretacji, gdyż przerwy pomiędzy kolejnymi nocami zgrywają się ze zmiennością badanych obiektów. Z tej właśnie przyczyny w programie naukowym projektu znajdują się głównie badania gwiazd pulsujących i podwójnych, a ze względu na użycie stabilnych spektrografów typu echelle możliwe będzie nawet odkrycie nowych planet pozasłonecznych. Oprócz tego planujemy również obserwować planetoidy zbliżające się do Ziemi oraz wykonywać wspólne badania z obserwatoriami kosmicznymi, w tym z pierwszymi polskimi satelitami naukowymi Lem i Heweliusz.


Krzysztof Kamiński

Strona domowa projektu GTA


Jedno z pierwszych zdjęć nieba uzyskanych w trakcie testów PST2: galaktyka NGC 891.

Liczba odsłon: 10910


Poznański Teleskop Spektroskopowy 2: Kopuła firmy ScopeDome o średnicy 5.5m.



dr Krzysztof Kamiński jest adiunktem w Obserwatorium Astronomicznym
Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.
Doktorat ukończył w 2009. W swojej pracy badawczej zajmuje
się wyznaczaniem parametrów i wyjaśnianiem obserwowanego
w teleskopach zachowywania się gwiazd podwójnych i pulsujących.