تلسكوب ماجلان العملاق

بدأت أعمال تجهيز الموقع بتفجير أول قنبلة لتسوية قمة الجبل في 23 مارس 2012. ^{[ 21 ]} وفي نوفمبر 2015، بدأت أعمال البناء في الموقع بحفل وضع حجر الأساس. وفي يناير 2018، مُنحت شركة WSP عقد إدارة بناء تلسكوب ماجلان العملاق. ^{[ 22 ]}

اكتمل صب المرآة الأولى، في فرن دوار ، في 3 نوفمبر 2005. ^{[ 23 ] [ 24 ]} وصُب الجزء الثالث في أغسطس 2013، ^{[ 13 ] [ 25 ]} والرابع في سبتمبر 2015، ^{[ 26 ]} والخامس في 2017، ^{[ 27 ]} والسادس في 2021، ^{[ 11 ]} والأخير في 2023. ^{[ 14 ]}

اكتمل تلميع المرآة الأولى في نوفمبر 2012. ^{[ 28 ]}

أنهت شركة إنجرسول لتصنيع الأدوات الآلية بناء منشأة تصنيع لحامل تلسكوب ماجلان العملاق في روكفورد، إلينوي، في ديسمبر 2021. وبحلول عام 2022، كان العمل جارياً على بناء حامل التلسكوب. ومن المتوقع تسليم الهيكل إلى تشيلي في نهاية عام 2025. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

يُعدّ غلاف تلسكوب ماجلان العملاق هيكلاً يبلغ ارتفاعه 65 متراً (213 قدماً) يحمي مرايا التلسكوب ومكوناته من الظروف الجوية القاسية والزلازل في صحراء أتاكاما، تشيلي. يستطيع هذا الغلاف، الذي يزن 4800 طن، إكمال دورة كاملة في ما يزيد قليلاً عن ثلاث دقائق، وهو مصمم بنظام تهوية قسري مغلق للحفاظ على التوازن الحراري داخله وتقليل التدرجات الحرارية المحيطة على سطح المرآة الرئيسية. ^{[ 31 ]} 

يوفر تصميم الغلاف لقاعدة التلسكوب نظام عزل زلزالي قادر على تحمل أقوى الزلازل المتوقعة خلال فترة تشغيل المرصد التي تبلغ 50 عامًا، وسيسمح للتلسكوب بالعودة بسرعة إلى العمليات بعد الأحداث الزلزالية الأكثر تواترًا ولكن الأقل شدة والتي تحدث عدة مرات شهريًا. ^{[ 31 ]}

في مارس 2022، مُنحت شركة الهندسة المعمارية والمعمارية IDOM عقدًا لوضع اللمسات الأخيرة على تصميم غلاف التلسكوب بحلول عام 2024. ^{[ 32 ]}

يبلغ ارتفاع هيكل حامل التلسكوب 39 مترًا (128 قدمًا)، وهو مصمم بنظام الارتفاع والسمت، وسيُثبّت على قاعدة قطرها 22 مترًا (72 قدمًا) . يزن الهيكل 1800 طن بدون المرايا والأجهزة، و2100 طن مع المرايا والأجهزة. يطفو هذا الهيكل على طبقة رقيقة من الزيت (بسماكة 50 ميكرونًا)، مدعومًا بعدد من المحامل الهيدروستاتيكية التي تسمح لحامل التلسكوب بالانزلاق بسلاسة تامة في ثلاث درجات من الحرية. ^{[ 33 ]}  

في أكتوبر 2019، أعلنت شركة GMTO Corporation عن توقيع عقد مع شركة MT Mechatronics الألمانية (التابعة لشركة OHB SE) وشركة Ingersoll Machine Tools التي تتخذ من ولاية إلينوي مقرًا لها، لتصميم وبناء وتركيب هيكل تلسكوب ماجلان العملاق. وفي ديسمبر 2021، انتهت شركة Ingersoll Machine Tools من بناء منشأة مساحتها 40,000 قدم مربع لتصنيع قاعدة تلسكوب ماجلان العملاق في روكفورد، إلينوي. وبحلول عام 2022، كان العمل جاريًا على بناء قاعدة التلسكوب، ومن المتوقع اكتماله في عام 2025. ^{[ 33 ]}

يتكون حامل التلسكوب من سبع "خلايا" تحمل وتحمي المرايا الرئيسية للتلسكوب التي يبلغ وزنها 18 طنًا. لا يحتوي نظام دعم المرايا على إطار داخلي تقليدي لتحمل الأحمال، بل يستمد قوته من شكله الفريد وغلافه الخارجي. وهذا ما يسمح لحامل التلسكوب بتصميم صغير الحجم وخفيف الوزن بالنسبة لحجمه. كما يجعل التلسكوب شديد الصلابة والثبات، مما يجعله قادرًا على مقاومة تشوهات جودة الصورة الناتجة عن الرياح والاهتزازات الميكانيكية. ^{[ 33 ]}

يحتوي نظام دعم المرآة الرئيسية "الخلوية" على "بصريات نشطة" مزودة بمحركات هوائية تدفع الجزء الخلفي من المرايا الرئيسية لتصحيح تأثيرات الجاذبية وتغيرات درجة الحرارة على المرايا الرئيسية السبع، التي يبلغ قطر كل منها 8.4 متر (28 قدمًا) . ^{[ 34 ]} إضافةً إلى ذلك، تم تركيب أربع عشرة وحدة لمعالجة الهواء، تستخدم نظام تبريد يعتمد على _ثاني أكسيد الكربون - وهو أول نظام من نوعه يُستخدم في التلسكوبات - داخل نظام دعم المرآة لتدوير الهواء. ^{[ 35 ]} 

يُستخدم نظام الحمل الحراري القسري ذو الدورة المغلقة للحفاظ على التوازن الحراري داخل حاوية التلسكوب وتقليل التدرجات الحرارية عبر سطح المرآة الرئيسية. ^{[ 35 ]}

كخطوة تمهيدية لتصنيع أنظمة دعم المرايا السبعة، تم بناء نموذج أولي بالحجم الكامل للتحقق من صحة قرارات التصميم وإثبات الأداء. ^{[ 33 ]}

في أبريل 2023، انتهت شركة OHB Italia SpA من تصنيع واختبار أول غطاء من أصل سبعة أغطية للمرايا الخاصة بتلسكوب ماجلان العملاق. وفي غضون دقيقتين فقط، ستنكمش الأغطية معًا لحماية أكبر مرايا العالم عندما لا تكون قيد الاستخدام. ^{[ 36 ]}

سيستخدم التلسكوب سبعة من أكبر المرايا في العالم كأجزاء أساسية، يبلغ قطر كل منها 8.417 مترًا (27.61 قدمًا) . وستُرتّب هذه الأجزاء بحيث تكون مرآة واحدة في المركز، والست الأخرى مُرتبة بشكل متناظر حولها. يكمن التحدي في أن أجزاء المرايا الستة الخارجية ستكون خارج المحور ، وعلى الرغم من تطابقها، إلا أنها لن تكون متناظرة شعاعيًا بشكل فردي، مما يستلزم تعديل إجراءات الصقل والاختبار المعتادة. ^{[ 37 ]} 

يتم بناء المرايا بواسطة مختبر ريتشارد إف كاريس للمرايا التابع لمرصد ستيوارد بجامعة أريزونا . ^{[ 38 ]}

تُستخدم في صب كل مرآة 20 طنًا من زجاج البوروسيليكات E6 من شركة أوهارا اليابانية، وتستغرق العملية حوالي 12-13 أسبوعًا. ^{[ 39 ]} بعد الصب، تحتاج المرايا إلى التبريد لمدة ستة أشهر تقريبًا. ^{[ 13 ]} تستغرق كل مرآة حوالي 4 سنوات للصب والتلميع، للحصول على سطح أملس للغاية، بحيث يكون أعلى النتوءات والانخفاضات أصغر من 1/1000 من عرض شعرة الإنسان. ^{[ 13 ]}

وبما أن هذا كان جزءًا خارج المحور، فقد كان لا بد من تطوير مجموعة واسعة من الاختبارات البصرية الجديدة والبنية التحتية للمختبرات لصقل المرآة.

الهدف هو بناء سبع مرايا متطابقة خارج المحور، بحيث تتوفر مرآة احتياطية لاستبدال أي جزء يُعاد طلاؤه، وهي عملية تستغرق من أسبوع إلى أسبوعين (لكل جزء) وتُجرى كل سنة إلى سنتين. ^{[ 40 ]} مع أن التلسكوب الكامل سيستخدم سبع مرايا، فمن المخطط أن يبدأ تشغيله بأربع مرايا. ^{[ 13 ]}

اعتبارًا من عام 2024، اكتملت الأجزاء من الأول إلى الثالث - اثنان منها مخزنان، والثالث يخضع لاختبارات بصرية لإثبات التحكم في الشكل باستخدام خلية مرآة اختبار تلسكوب ماجلان العملاق - بينما تم صب الأجزاء الأربعة المتبقية وهي في مراحل تصنيع مختلفة. ^{[ 41 ]} في أكتوبر 2024، تم تركيب جزء مكتمل في نموذج أولي لنظام الدعم في مختبر ريتشارد إف. كاريس للمرايا بجامعة أريزونا، ليبدأ بذلك اختبار بصري لمدة ستة أشهر لنظام دعم المرآة الرئيسي. ^{[ 42 ]}

ستكون نسبة البؤرة (البعد البؤري مقسومًا على القطر) لمصفوفة المرايا الرئيسية f/0.71. بالنسبة لجزء منفرد - ثلث هذا القطر - ينتج عن ذلك نسبة بؤرية f/2.14. ^{[ 25 ]} ستكون نسبة البؤرة الإجمالية للتلسكوب f/8، والمواصفات البصرية هي تلسكوب غريغوري لا كروي . ومثل جميع التلسكوبات الكبيرة الحديثة، سيستخدم هذا التلسكوب البصريات التكيفية . ^{[ 43 ] [ 44 ]}

يتوقع العلماء الحصول على صور عالية الجودة بفضل فتحة العدسة الكبيرة جدًا والبصريات التكيفية المتقدمة. تُعرض جودة الصورة على مجال رؤية يبلغ 20 دقيقة قوسية، قابلة للتصحيح من 0 إلى 20 دقيقة قوسية. ستكون الصور حادة بما يكفي لتمييز الشعلة المحفورة على عملة معدنية أمريكية من فئة عشرة سنتات من مسافة تقارب 160 كيلومترًا (100 ميل)، ومن المتوقع أن تتجاوز دقة تلسكوب هابل الفضائي . ^{[ 45 ]}

يحتوي مكتب مرصد كارنيجي في باسادينا على رسم تخطيطي لمصفوفة المرايا الرئيسية لتلسكوب ماجلان العملاق مرسومًا على جدار موقف السيارات التابع له. ويمكن رؤيته بوضوح في صور الأقمار الصناعية عند الإحداثيات 34 °09′21″ شمالًا 118 ° 08′00″ غربًا ( رسم تخطيطي ^{لتلسكوب} ماجلان العملاق ) . [ ^{46 ]}

تتكون المرآة الثانوية التكيفية لتلسكوب ماجلان العملاق من سبعة أجزاء يبلغ قطر كل منها حوالي 1.1 متر (3.61 قدم) . وهي مرايا قابلة للتشكيل تعمل بتقنية "البصريات التكيفية"، ومهمتها تصحيح التشوه الجوي للضوء الذي يجمعه التلسكوب. تتكون المرايا الثانوية التكيفية من طبقة رقيقة من الزجاج ملتصقة بأكثر من 7000 مشغل ملف صوتي يتم التحكم فيها بشكل مستقل. يمكن لكل جزء إعادة تشكيل سطحه الذي يبلغ سمكه 2 مليمتر 2000 مرة في الثانية لتصحيح تأثير التشويش البصري للغلاف الجوي للأرض. ^{[ 8 ]} 

بدأ العمل في الجزء الأول اعتبارًا من أغسطس 2022 وسيتم الانتهاء منه في عام 2024. ^{[ 8 ]}

سيحتوي تلسكوب ماجلان العملاق على ثلاثة أوضاع للبصريات التكيفية.

• البصريات التكيفية للطبقة الأرضية (GLAO): يسمح تصميم غريغوريان ونظام البصريات التكيفية المتكامل بتصحيح اضطراب الغلاف الجوي في الطبقة الأرضية على مجال رؤية واسع، مما يحسن جودة الصورة الطبيعية بنسبة 20-50% من نطاق الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة (مع أكبر تحسينات عند الأطوال الموجية الحمراء). يستخدم تلسكوب ماجلان العملاق مستشعرات جبهة الموجة التي تُمكّن أي جهاز من استقبال صور مصححة بتقنية GLAO.

• البصريات التكيفية للنجم الدليل الطبيعي (NGAO): يستخدم NGAO نجم دليل طبيعي واحد (ساطع) لتقديم صور محدودة الانعراج وعالية نسبة ستريل (>75% ستريل في النطاق K) بأطوال موجية من 0.6 ميكرومتر إلى الأشعة تحت الحمراء المتوسطة على مجال رؤية يبلغ قطره بضع ثوانٍ قوسية.

• البصريات التكيفية للتصوير المقطعي بالليزر (LTAO): يستخدم LTAO ستة نجوم توجيه ليزرية ونجم توجيه طبيعي واحد (خافت) لتوسيع الأداء المحدود بالحيود إلى كامل السماء تقريبًا بنسبة ستريل معتدلة (>30% ستريل في النطاق H) عند أطوال موجية الأشعة تحت الحمراء على مجال رؤية أوسع بكثير من NGAO (~20 ثانية عند 1 ميكرومتر) وهو متاح لأي جهاز مصمم لاستخدام هذا الوضع.

يُعد تلسكوب ماجلان العملاق التلسكوب الوحيد من فئة 30 متراً المزود ببصريات تكيفية للطبقة الأرضية تغطي مجال رؤية كامل. ^{[ 47 ]}

يستوعب تصميم تلسكوب ماجلان العملاق، المصمم وفقًا لنموذج غريغوريان، ما يصل إلى 10 أجهزة علمية تعمل في نطاق الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، بدءًا من أجهزة التصوير واسعة المجال وأجهزة قياس الطيف التي تصل إلى مئات الأجرام في وقت واحد، وصولًا إلى أجهزة التصوير عالية الدقة وأجهزة قياس الطيف التي يمكنها دراسة الكواكب الخارجية وحتى اكتشاف المؤشرات الحيوية . وقد صُمم كل جهاز علمي للاستفادة من أوضاع الرصد الأربعة للتلسكوب.

سيحتوي التلسكوب على نظام ألياف بصرية متطور يستخدم أجهزة تحديد المواقع الروبوتية الدقيقة لتعزيز قدرات أجهزة التحليل الطيفي، مما يتيح لها الوصول إلى أعلى دقة بين جميع التلسكوبات في فئة 30 مترًا على مجال رؤية كامل يبلغ 20 دقيقة قوسية. وباستخدام هذا النظام، يُمكن رصد أهداف متعددة على كامل مجال الرؤية باستخدام جهاز تحليل طيفي واحد أو أكثر. وهذا يمكّن التلسكوب من رؤية الأجرام الخافتة بدقة وحساسية لا مثيل لهما. وتُعد هذه الميزة بالغة الأهمية في مجال التحليل الطيفي والقياسات الدقيقة للمسافات والديناميكيات والتركيب الكيميائي وكتل الأجرام السماوية في أعماق الفضاء.

• مكتشف الأرض الكبير التابع لاتحاد GMT (G-CLEF) - مطياف إيشيل ذو النطاق البصري ^{[ 48 ]}
• مطياف GMT متعدد الأجسام الفلكي والكوني (GMACS) - مطياف مرئي متعدد الأجسام ^{[ 49 ]}
• مطياف المجال المتكامل بتوقيت جرينتش (GMTIFS) – جهاز تصوير IFU وAO قريب من الأشعة تحت الحمراء ^{[ 50 ]}
• مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة لتلسكوب غرينتش (GMTNIRS) - مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة ^{[ 51 ]}
• نظام الألياف متعدد الأجهزة (MANIFEST) - نظام ألياف للمنشأة ^{[ 52 ]}

بالإضافة إلى ذلك، سيتم استخدام كاميرا التشغيل (ComCam) للتحقق من أداء البصريات التكيفية للطبقة الأرضية لنظام البصريات التكيفية لمنشأة GMT. ^{[ 53 ]}

تشمل الدوافع العلمية لتلسكوب ماجلان العملاق دراسة الكواكب في المناطق الصالحة للسكن حول نجومها الأم بحثًا عن الحياة؛ وطبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة والجاذبية والعديد من الجوانب الأخرى للفيزياء الأساسية؛ وتكوين وتطور النجوم والمجرات الأولى؛ وكيفية تطور الثقوب السوداء والمجرات معًا. ^{[ 54 ]}