November 12th, 2015
Первые телескопы диаметром чуть более 20 мм и скромным увеличением менее 10x, появившиеся в начале XVII столетия, совершили настоящую революцию в знаниях об окружающем нас космосе. Сегодня астрономы готовятся ввести в строй гигантские оптические инструменты диаметром в тысячи раз больше.
26 мая 2015 года стало настоящим праздником для астрономов всего мира. В этот день губернатор штата Гавайи Дэвид Игей разрешил начать нулевой цикл строительства вблизи вершины потухшего вулкана Мауна-Кеа гигантского приборного комплекса, который через несколько лет станет одним из крупнейших оптических телескопов в мире.
Вот как это будет выглядеть:
Гиганты на арене
Новый телескоп получил название Тридцатиметровый телескоп (Thirty Meter Telescope, TMT), поскольку его апертура (диаметр) составит 30 м. Если все пойдет по плану, TMT увидит первый свет в 2022 году, а спустя еще год начнутся регулярные наблюдения. Сооружение будет действительно исполинским - высотой 56 и шириной 66 м. Главное зеркало будет составлено из 492 шестиугольных сегментов общей площадью 664 м². По этому показателю TMT на 80% превзойдет Гигантский Магелланов телескоп (Giant Magellan Telescope, GMT) с апертурой 24,5 м, который в 2021 году вступит в строй в чилийской обсерватории Лас-Кампанас, принадлежащей Институту Карнеги.
Однако мировым чемпионом TMT пробудет недолго. На 2024 год запланировано открытие Чрезвычайно большого европейского телескопа (European Extremely Large Telescope, E-ELT) с рекордным диаметром 39,3 м, который станет флагманским инструментом Европейской южной обсерватории (ESO). Его сооружение уже началось на трехкилометровой высоте на горе Серро-Армазонес в чилийской пустыне Атакама. Главное зеркало этого исполина, составленное из 798 сегментов, будет собирать свет с площади 978 м².
Эта великолепная триада составит группу оптических супертелескопов нового поколения, у которых долго не будет конкурентов.
Тридцать метров науки Тридцатиметровый телескоп TMT построен по схеме Ричи-Кретьена, которая используется во многих ныне действующих крупных телескопах, в том числе и в крупнейшем на настоящий момент Gran Telescopio Canarias с главным зеркалом диаметром 10,4 м. На первом этапе TMT будет оснащен тремя ИК- и оптическими спектрометрами, а в будущем планируется добавить к ним еще несколько научных приборов.
Фото 2.
Анатомия супертелескопов
Оптическая схема TMT восходит к системе, которую сотню лет назад независимо предложили американский астроном Джордж Виллис Ричи и француз Анри Кретьен. В основе ее лежит комбинация из главного вогнутого зеркала и соосного с ним выпуклого зеркала меньшего диаметра, причем оба они имеют форму гиперболоида вращения. Лучи, отраженные от вторичного зеркала, направляются в отверстие в центре основного рефлектора и фокусируются позади него. Использование второго зеркала в этой позиции делает телескоп более компактным и увеличивает его фокусное расстояние. Эта конструкция реализована во многих действующих телескопах, в частности в крупнейшем на настоящий момент Gran Telescopio Canarias с главным зеркалом диаметром 10,4 м, в десятиметровых телескопах-близнецах гавайской Обсерватории Кека и в четверке 8,2-метровых телескопов обсерватории Серро-Параналь, принадлежащей ESO.
Оптическая система E-ELT также содержит вогнутое главное зеркало и выпуклое вторичное, но при этом имеет ряд уникальных особенностей. Она состоит из пяти зеркал, причем главное из них представляет собой не гиперболоид, как у TMT, а эллипсоид.
GMT сконструирован совершенно иначе. Его главное зеркало состоит из семи одинаковых монолитных зеркал диаметром 8,4 м (шесть составляют кольцо, седьмое находится в центре). Вторичное зеркало - не выпуклый гиперболоид, как в схеме Ричи-Кретьена, а вогнутый эллипсоид, расположенный перед фокусом основного зеркала. В середине XVII века такую конфигурацию предложил шотландский математик Джеймс Грегори, а на практике впервые воплотил Роберт Гук в 1673 году. По грегорианской схеме построены Большой бинокулярный телескоп (Large Binocular Telescope, LBT) в международной обсерватории на горе Грэм в штате Аризона (оба его «глаза» оснащены такими же главными зеркалами, как и зеркала GMT) и два одинаковых Магеллановых телескопа с апертурой 6,5 м, которые с начала 2000-х годов работают в обсерватории Лас-Кампанас.
Фото 3.
Сила - в приборах
TMT, который рассчитан на срок службы более чем в 50 лет, в первую очередь оснастят тремя измерительными инструментами, смонтированными на общей платформе - IRIS, IRMS и WFOS. IRIS (InfraRed Imaging Spectrometer) представляет собой комплекс из видеокамеры очень высокого разрешения, обеспечивающей обзор в поле 34 х 34 угловых секунды, и спектрометра инфракрасного излучения. IRMS - это многощелевой инфракрасный спектрометр, а WFOS - широкоугольный спектрометр, который может одновременно отслеживать до 200 объектов на площади не менее 25 квадратных угловых минут. В конструкции телескопа предусмотрено плоско-поворотное зеркало, направляющее свет на нужные в данный момент приборы, причем для переключения нужно меньше десяти минут. В дальнейшем телескоп оборудуют еще четырьмя спектрометрами и камерой для наблюдения экзопланет. Согласно нынешним планам, по одному дополнительному комплексу будет добавляться каждые два с половиной года. GMT и E-ELT также будут иметь чрезвычайно богатую приборную начинку.
Фото 4.
Европейский гигант
Супертелескопы следующего десятилетия обойдутся недешево. Точная сумма пока неизвестна, но уже ясно, что их общая стоимость превысит $3 млрд. Что же эти исполинские инструменты дадут науке о Вселенной?
«E-ELT будет использован для астрономических наблюдений самых разных масштабов - от Солнечной системы до сверхдальнего космоса. И на каждой масштабной шкале от него ожидают исключительно богатой информации, значительную часть которой не могут выдать другие супертелескопы, - рассказал «Популярной механике» член научной команды европейского гиганта Йохан Лиске, который занимается внегалактической астрономией и обсервационной космологией. - На это есть две причины: во-первых, E-ELT сможет собирать много больше света по сравнению со своими конкурентами, и во-вторых, его разрешающая способность будет гораздо выше. Возьмем, скажем, внесолнечные планеты. Их список быстро растет, к концу первой половины нынешнего года он содержал около 2000 названий. Сейчас главная задача состоит не в умножении числа открытых экзопланет, а в сборе конкретных данных об их природе. Именно этим и будет заниматься E-ELT. В частности, его спектроскопическая аппаратура позволит изучать атмосферы каменных землеподобных планет с полнотой и точностью, совершенно недоступной для ныне действующих телескопов. Эта исследовательская программа предусматривает поиск паров воды, кислорода и органических молекул, которые могут быть продуктами жизнедеятельности организмов земного типа. Нет сомнения, что E-ELT увеличит количество претендентов на роль обитаемых экзопланет».
Новый телескоп обещает и другие прорывы в астрономии, астрофизике и космологии. Как известно, существуют немалые основания для предположения, что Вселенная уже несколько миллиардов лет расширяется с ускорением, обусловленным темной энергией. Величину этого ускорения можно определить по изменениям в динамике красного смещения света далеких галактик. Согласно нынешним оценкам, этот сдвиг соответствует 10 см/с за десятилетие. Эта величина чрезвычайно мала для измерения с помощью ныне действующих телескопов, но для E-ELT такая задача вполне по силам. Его сверхчувствительные спектрографы позволят также получить более надежные данные для ответа на вопрос, постоянны ли фундаментальные физические константы или они меняются со временем.
E-ELT обещает подлинную революцию во внегалактической астрономии, которая занимается объектами, расположенными за пределами Млечного Пути. Нынешние телескопы позволяют наблюдать отдельные звезды в ближайших галактиках, но на больших дистанциях они пасуют. Европейский супертелескоп предоставит возможность увидеть самые яркие звезды в галактиках, отдаленных от Солнца на миллионы и десятки миллионов световых лет. С другой стороны, он будет способен принять свет и от самых ранних галактик, о которых еще практически ничего не известно. Он также сможет наблюдать за звездами вблизи сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики - не только измерять их скорости с точностью до 1 км/с, но и открывать неизвестные ныне звезды в непосредственной близости от дыры, где их орбитальные скорости приближаются к 10% скорости света. И это, как говорит Йохан Лиске, далеко не полный перечень уникальных возможностей телескопа.
Фото 5.
Магелланов телескоп
Сооружает гигантский Магелланов телескоп интернациональный консорциум, объединяющий более десятка различных университетов и исследовательских институтов США, Австралии и Южной Кореи. Как объяснил «ПМ» профессор астрономии Аризонского университета и заместитель директора Стюартовской обсерватории Деннис Заритски, грегорианская оптика была выбрана по той причине, что она повышает качество изображений в широком поле зрения. Такая оптическая схема в последние годы хорошо зарекомендовала себя на нескольких оптических телескопах 6−8-метрового диапазона, а еще раньше ее применяли на крупных радиотелескопах.
Несмотря на то что по диаметру и, соответственно, площади светособирающей поверхности GMT уступает TMT и E-ELT, у него есть немало серьезных преимуществ. Его аппаратура сможет одновременно измерять спектры большого числа объектов, что чрезвычайно важно для обзорных наблюдений. Кроме того, оптика GMT обеспечивает очень высокую контрастность и возможность забраться далеко в инфракрасный диапазон. Диаметр его поля зрения, как и у TMT, составит 20 угловых минут.
По словам профессора Заритски, GMT займет достойное место в триаде будущих супертелескопов. Например, с его помощью можно будет получать информацию о темной материи - главном компоненте многих галактик. О ее распределении в пространстве можно судить по движению звезд. Однако большинство галактик, где она доминирует, содержат сравнительно мало звезд, к тому же довольно тусклых. Аппаратура GMT будет в состоянии отслеживать движения много большего числа таких звезд, чем приборы любого из ныне действующих телескопов. Поэтому GMT позволит точнее составить карту темной материи, и это, в свою очередь, даст возможность выбрать наиболее правдоподобную модель ее частиц. Такая перспектива приобретает особую ценность, если учесть, что до сих пор темную материю не удавалось ни обнаружить путем пассивного детектирования, ни получить на ускорителе. На GMT также будут выполнять и другие исследовательские программы: поиск экзопланет, включая планеты земного типа, наблюдение самых древних галактик и исследование межзвездного вещества.
Супергигант E-ELT станет самым большим в мире телескопом с главным зеркалом диаметром 39,3 м. Он будет оснащен суперсовременной системой адаптивной оптики (АО) с тремя деформируемыми зеркалами, способными устранить искажения, возникающие на различных высотах, и сенсорами волнового фронта для анализа света от трех природных опорных звезд и четырех-шести искусственных (порожденных в атмосфере с помощью лазеров). Благодаря этой системе разрешающая способность телескопа в ближней инфракрасной зоне при оптимальном состоянии атмосферы достигнет шести угловых миллисекунд и вплотную приблизится к дифракционному пределу, обусловленному волновой природой света.
Гавайский проект
«TMT - единственный из трех будущих супертелескопов, место для которого выбрано в Северном полушарии, - говорит член совета директоров гавайского проекта, профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус Майкл Болте. - Однако его смонтируют не очень далеко от экватора, на 19-м градусе северной широты. Поэтому он, как и прочие телескопы обсерватории Мауна-Кеа, сможет обозревать небосвод обоих полушарий, тем более что по части условий наблюдения эта обсерватория - одно из лучших мест на планете. Кроме того, TMT будет работать в связке с группой расположенных по соседству телескопов: двух 10-метровых близнецов Keck I и Keck II (которые можно считать прототипами TMT), а также 8-метровых Subaru и Gemini-North. Система Ричи-Кретьена вовсе не случайно задействована в конструкции многих крупных телескопов. Она обеспечивает хорошее поле зрения и весьма эффективно защищает и от сферической, и от коматической аберрации, искажающей изображения объектов, не лежащих на оптической оси телескопа. К тому же для TMT запланирована поистине великолепная адаптивная оптика. Понятно, что астрономы с полным основанием ожидают, что наблюдения на TMT принесут немало замечательных открытий».
По мнению профессора Болте, и TMT, и другие супертелескопы будут способствовать прогрессу астрономии и астрофизики прежде всего тем, что в очередной раз отодвинут границы известной науке Вселенной и в пространстве, и во времени. Еще 35−40 лет назад наблюдаемый космос в основном был ограничен объектами не старше 6 млрд лет. Сейчас удается надежно наблюдать галактики возрастом около 13 млрд лет, чей свет был испущен через 700 млн лет после Большого взрыва. Имеются кандидаты в галактики с возрастом 13,4 млрд лет, однако это пока не подтверждено. Можно ожидать, что приборы TMT смогут регистрировать источники света возрастом лишь чуть меньше (на 100 млн лет) самой Вселенной.
TMT предоставит астрономии и множество других возможностей. Результаты, которые будут на нем получены, позволят уточнить динамику химической эволюции Вселенной, лучше понять процессы формирования звезд и планет, углубить знания о структуре нашей Галактики и ее ближайших соседей и, в частности, о галактическом гало. Но главное в том, что TMT, так же как GMT и E-ELT, скорее всего, позволит исследователям ответить на вопросы фундаментальной важности, которые сейчас нельзя не только корректно сформулировать, но и даже вообразить. В этом, по мнению Майкла Болте, и состоит основная ценность проектов супертелескопов.
Оптика для супертелескопов
Три самых крупных телескопа первой половины XXI века будут использовать разные оптические схемы. TMT построен по схеме Ричи-Кретьена с вогнутым главным зеркалом и выпуклым вторичным (оба гиперболические). E-ELT имеет вогнутое главное зеркало (эллиптическое) и выпуклое вторичное (гиперболическое). GMT использует оптическую схему Грегори с вогнутыми зеркалами: главным (параболическим) и вторичным (эллиптическим).
Апертура (диаметр) нового телескопа составит 30 метров. Если все пойдет по плану, TMT впервые увидит свет звезд в 2022 году, а спустя еще год начнутся регулярные наблюдения.
Супертелескоп E-ELT обещает подлинную революцию во внегалактической астрономии, которая занимается объектами, расположенными за пределами Млечного Пути.
Любой телескоп сам по себе - просто очень большая зрительная труба. Для превращения в астрономическую обсерваторию его необходимо снабдить высокочувствительными спектрографами и видеокамерами.
Фото 6.
На земле и в небесах
В октябре 2018 года планируется вывести в космос телескоп James Webb (JWST). Он будет работать только в оранжевой и красной зонах видимого спектра, но зато сможет вести наблюдения почти во всем среднем инфракрасном диапазоне вплоть до волн длиной 28 мкм (инфракрасные лучи с длинами волн свыше 20 мкм практически полностью поглощаются в нижнем слое атмосферы молекулами углекислого газа и воды, так что наземные телескопы их не замечают). Поскольку он будет защищен от тепловых помех земной атмосферы, его спектрометрические приборы будут гораздо чувствительнее наземных спектрографов. Однако диаметр его главного зеркала - 6,5 м, и поэтому благодаря адаптивной оптике угловое разрешение наземных телескопов будет в несколько раз выше. Так что, по словам Майкла Болте, наблюдения на JWST и на наземных супертелескопах будут идеально дополнять друг друга. Что касается перспектив 100-метрового телескопа, то профессор Болте весьма осторожен в оценках: «По моему мнению, в ближайшие 20−25 лет просто не удастся создать системы адаптивной оптики, способные эффективно работать в паре со стометровым зеркалом. Возможно, это произойдет где-то лет через сорок, во второй половине столетия».
Фото 7.
Фото 9.
Фото 10.
Фото 11.
Фото 12.
Фото 13.
Фото 14.
И Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -
Последний «рекордсмен» среди оптических телескопов заработал в 2008 году, правда крупнейшая радиоастрономическая обсерватория ALMA или Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решётка) вступила в строй совсем недавно - в марте 2013 года. Но мы сейчас находимся на пороге множества новых открытий - в ближайшие десять лет планируется ввести в строй множество новых, крупнейших в своих областях телескопов. Об этих телескопах я и расскажу далее.
Слева направо - Квадратная километровая решётка, Телескоп с пятисот метровой апертурой, Чрезвычайно большой телескоп, Тридцатиметровый телескоп, Гигансткий Магелланов телескоп и космический телескоп «Джеймс Уэбб».
Оптические телескопы
Ближайшим телескопом, превосходящим возможности современных инструментов станет «Джеймс Уэбб» или JWST (James Webb Space Telescope), который планируется запустить в октябре 2018 года:
Он будет иметь диаметр главного зеркала 6,5 метра и превосходить телескоп «Хаббл» по этому параметру в 2,7 раза. Правда хоть он и предполагается, как замена «Хаббла» - он будет работать в инфракрасном диапазоне, и по этому его скорее стоит сравнивать с космическим телескопом «Гершель», относительно которого, разница не столь велика - примерно 1,9 раза. Приёмники инфракрасного излучения позволяют ему фиксировать экзопланеты с температурой, близкую к Земной. Он так же сможет значительно продвинуться в изучении очень далеких от нас объектов:
Для обеспечения хороших условий наблюдений телескоп будет отправлен в точку Лагранжа L2, а для дополнительного охлаждения будет использоваться пять последовательно расположенных экранов из полиамидной плёнки, покрытых с разных сторон алюминием и кремнием, которые будут очень хорошо рассеивать доходящие до телескопа свет и тепло Солнца. Эти пассивные средства позволят добиться температуры главного зеркала и аппаратуры телескопа ниже 50 К, а часть из датчиков будут так же охлаждаться дополнительно.
Применение одного цельного зеркала, как для «Хаббла» для данного телескопа оказалось невозможным - оно было бы слишком тяжёлым (а носителем для нового телескопа должен стать Ариан-5, который имеет в два раза меньшую полезную нагрузку, нежели Шаттл выводивший «Хаббл») и зеркало такого диаметра просто «не влезало» бы в обтекатель этого ракетоносителя, поэтому зеркало имеет складную конструкцию - две части главного зеркала по три сегмента будут вставать на своё место уже в процессе полёта телескопа в точку своего базирования (видео-обзор на этот и другие телескопы находятся в конце статьи).
За основу главного зеркала были взяты бериллиевые шестигранники диаметром около 1,5 метров, покрытые золотым напылением толщиной 120 нм, для лучшего отражения инфракрасного света. Всего телескоп состоит из 18 зеркал весом около 20 кг каждое. Благодаря всем ухищрениям вес удалось снизить до 6,5 тонн - против 11 тонн у «Хаббла». Однако все эти проблемы сделали своё чёрное дело - и стоимость проекта выросла до астрономических 8,8 млрд $, и по этому показателю он занял четвёртое место среди всех научных проектов, после международной космической станции, ITER и большого адронного коллайдера.
Гигантский Магелланов телескоп (GMT) с диаметром 25,4 м, является лишь третьим по размерам из строящихся оптических, и будет состоять из семи сегментов по 8,4 м диаметром каждое:
Точности изготовления зеркал для всех трёх телескопов - просто потрясающие, ведь неровности поверхности не должны превышать 1/10 от длинны волны (а это для видимого света - 380-780 нм), то есть метровых размеров зеркала необходимо изготавливать с отклонениями от идеальной поверхности 40 нм, и даже менее. Телескоп располагаться в обсерватории Лас-Кампанас в Чили, довольно далеко от старых Магеллановых телескопов (целых 115 км). На данный момент готовы уже четыре зеркала, однако различные проблемы привели к тому, что закончить его планируется только к 2025 году (эта дата «съехала» с планируемой - уже на пять лет). Подобные проблемы преследуют и двух других великанов - их даты окончания строительства также серьёзно сдвигались.
Следующий крупный телескоп, который планируется построить - TMT (тридцатиметровый телескоп):
Он будет строиться на горе Мауна Кеа на Гавайях, эта гора уже буквально «кишит» телескопами:
Главными из которых сейчас бесспорно являются 10-метровые телескопы Кек 1 и Кек 2, которые обычно и ассоциируют с обсерваторией:
Главное зеркало нового телескопа будет состоять из 492 1,4-метровых шестиугольных сегментов, как и в телескопах Кека тут будет использоваться адаптивная оптика*, управляющая каждым зеркалом отдельно. Высота расположения даёт ему значительные преимущества: для наблюдений будет использоваться видимый свет, ближний ультрафиолет, ближний и средний инфракрасный диапазон. Планируемая дата окончания строительства - 2024 год.
Самым крупным оптическим телескопом на ближайшее будущее станет E-ELT (чрезвычайно большой телескоп) с диаметром главного зеркала 39,3 м состоящим из 798 сегментов(этот размер уже был сокращён с изначальных 45 м, а ещё раньше в пользу этого проекта отказались от проекта 100-метрового телескопа, который посчитали слишком дорогим). Размер вторичного зеркала этого гиганта - 4,1 м, или почти в два раза больше, чем основное зеркало «Хаббла». На телескоп будет установлена самая совершенная система адаптивной оптики - она состоит из 6 сенсоров, 3 электромоторов для перемещения сегмента зеркала и 12 электромоторов - для его деформации, всё это необходимо для сохранения изгибов поверхности (допустимые отклонения от идеальной формы не более 30 нм) и для парирования возмущений атмосферы - для этого считывание данных с датчиков будет проводиться 1000 раз в секунду. В итоге это позволит получить разрешающую способность почти в пять раз лучше, чем без этой системы. Общий вес конструкции телескопа - 2 800 тонн.
Здесь можно различить фигуры людей, и шестигранные сегменты зеркала (их размеры составляют 1,4 м)
Он будет строиться на горе Армасонес в Чили, рядом с VLT (очень большой телескоп). Выбор места обусловлен атмосферными условиями в данной местности - эта гора расположена в пустыне Атакама, и воздух в этих местах очень сухой, что позволяет кроме оптических инструментов применять также рассчитанные на ближний инфракрасный свет - ведь их поглощение в Земной атмосфере обусловлены в основном водяными парами, и углекислым газом. Его также планируется ввести в строй в 2024 году.
Все три телескопа имеют значительные преимущество по разрешению относительно существующих телескопов:
Любовь учёных к «эффектным» названиям своих телескопов привела к появлению шуточного плана, по строительству телескопов:
Радиотелескопы
Телескоп FAST (телескоп с пятисот метровой апертурой) - откроется уже в сентябре 2016 года, и станет крупнейшим телескопом использующим одну апертуру (то есть «одну тарелку» грубо говоря), из когда-либо созданных. Он будет состоять из 4600 отдельных треугольных панелей значительно превысит телескоп в Аресибо диаметром 305 м (людям не знакомым с астрономией этот телескоп может быть известен по фильму «Золотой глаз» из «бондианы»). FAST будет использовать тот же принцип - когда отражающая поверхность (рефлектор) остаётся на месте, а облучатель двигается для наведения на определённую точку в небе. Можно отметить, что благодаря использованию природного рельефа (как и в случае с предыдущем рекордсменом) его строительство будет не столь дорогим - 196 млн $, это меньше стоимости уже существующих оптических телескопов, и значительно уступает - строящимся.
Последний из представленных здесь астрономическим инструментов является SKA (квадратная километровая решётка). Общая площадь этого радиоинтерферометра (сети из нескольких радиотелескопов, разнесённых на местности) как ясно из названия, будет составлять целый квадратный километр. Его части должны быть построены в Австралии, Аргентине, Чили и Южной Африке, при этом штаб-квартира телескопа будет находиться в Астрофизическом центре Джодрелл Бэнк рядом с Манчестером, Англия. Он будет состоять из сети в 90 штук 100-метровых, несколько тысяч радиотелескопов 15 × 12 метров и сети 12-15 метровых параболических антенн.
Телескоп будет производить 160 терабайт необработанных данных в секунду. Его постройка, разбитая на две фазы, должна будет проходить в течении целых 12 лет - с 2018 по 2030, однако использовать его можно будет уже начиная с 2020 года (не в полную мощность, конечно). Общая стоимость проекта - 2 млрд $, из которых 650 $ млн уже выделено. База радиотелескопа будет составлять 5 000 километров, что позволит ему на максимальной частоте в 14 ГГц получить разрешение в 1 угловую микросекунду. Он сможет «увидеть» процессы флуктуации плотности в ранней Вселенной и формирования первых галактик, тестирование космологических моделей и моделей тёмной энергии.
С грустью надо отметить, что Россия не участвует не в одном из этих проектов, нам предлагали поучаствовать в проекте E-ELT - но не срослось.
*Атмосфера Земли помогает нам от высокоэнергетических частиц, приходящих из космоса и от излучения Солнца, но сильно мешает астрономам - толщина земной атмосферы примерно соответствует толще воды в 10 метров - не очень то удобно глядеть на объекты находящиеся в миллиардах световых лет от тебя, сквозь такой слой вещества, который ещё и постоянно перемещается ветрами. Поэтому с 90-х годов на уже существующих, и строящихся телескопах стали применять адаптивную оптику - принцип её работы заключается в следующем:
Фотография двух телескопов обсерватории Кека работающими в режиме интерферометра
Лазерный луч специальной частоты направляется в ту область, в которую смотрит телескоп, этот луч достигает высоты в 90 км, где ионизирует атомы натрия, которые начинают светиться «как маленькая звезда». За этим свечением наблюдает прибор, который выдаёт команды электродвигателям на перемещения частей зеркала так, чтобы скомпенсировать турбулентность воздуха. Конструкция получается невероятно сложной (у телескопов обсерватории Кека по 38 сегментов зеркал, и каждый - управляется отдельно) но результат работы этой системы поражает:
Система телескопа E-ELT будет ещё сложнее, и будет состоять из четырёх лучей:
**Здесь указывается максимально возможное разрешение (у телескопа «Хаббл» для сравнения - оно составляет 120 миллисекунд), на самом деле оно также зависит от частоты по формуле:
где θ - угловое разрешение, λ - длина волны и D - диаметр телескопа, так что разрешение в ультрафиолетовом спектре для телескопа примерно на порядок выше, чем в инфракрасном. С учётом углового диаметра Бетельгейзе в 55 угловых миллисекунд, телескоп E-ELT сможет получить её фотографию 11 × 11 пикселей, для Беты Живописца - это будет фотография 10 × 10. Но с учётом гигантских дистанций до звёзд (расстояние до Бетельгейзе оценивается в 643±146 световых лет) - это огромное достижение для астрономии. В перспективе это позволит проводить спектроскопию атмосфер звёзд, близко расположенных к своим звёздам планет (это можно делать и сейчас - но сигнал приходится «вычленять» из света звезды - что сильно ограничивает точность измерений). Так же увеличение углового разрешения позволяет видеть отдельные звёзды с больших дистанций - это важно при исследованиях тел на дистанциях в млрд световых лет. Основными целями этих оптических телескопов и будет как раз наблюдения за тем, что сейчас просто не видно (из-за слабого света - далёкие звёзды, экзопалнеты), очень далеко находится (а следователь - и являются очень старыми объектами - вплоть до нескольких сот млн лет от большого взрыва), или слишком близко расположено друг к другу.
Видео обзоры данных телескопов.
Телескоп «Джеймс Уэбб»
Космические телескопы всегда будут на острие познания космоса - им не мешает ни с ее искажениями и облачностью, ни вибрации и шумы на поверхности планеты. Именно внеземные устройства позволили получить детальные и красивые фотографии отдаленных туманностей и галактик, которые даже не видны человеческому глазу на ночном небе. Однако в 2018 году начнется новая эпоха в изучении космоса, которая отодвинет дальше видимые границы Вселенной - будет запущен космический телескоп «Джеймс Уэбб», рекордсмен индустрии. Причем рекорды от бьет не только по характеристикам: стоимость проекта на сегодняшний день достигает 8,8 миллиарда долларов.
Прежде чем говорить об устройстве и функционале «Джеймса Уэбба», стоить разобраться, для чего он нужен. Казалось бы, изучению Вселенной мешает всего-то одна атмосфера Земли, и можно попросту доставить телескоп с прикрученной к нему камерой на орбиту и радоваться жизни. Но при этом «Джеймса Уэбба» разрабатывают уже больше десятка лет, а итоговый бюджет еще на стадии раннего проецирования превысил стоимость его предшественника, ! Следовательно, орбитальный телескоп - это нечто более сложное, чем любительская подзорная труба на треноге, и его открытия будут в сотни раз ценнее. Но что такого особенного можно исследовать телескопом, тем более космическим?
Подняв голову к небу, каждый может увидеть звезды. Но изучение отдаленных на миллиарды километров объектов - достаточно сложная задача. Свет звезд и галактик, который движется миллионами, а то и миллиардами лет, претерпевает значительные изменения - а то и вовсе не доходит до нас. Так, пылевые облака, которые часто распространены в галактиках, способны полностью поглотить все видимое излучение звезды. Еще непрестанное расширение Вселенной приводит к света - его волны стают длиннее, изменяя диапазон в сторону красного, или же невидимого инфракрасного. А сияние даже самых больших объектов, пролетев расстояние в миллиарды световых лет, становится подобно свету карманного фонарика среди сотен прожекторов - для обнаружения сверхотдаленных галактик требуются приборы невиданной чувствительности.
Правообладатель иллюстрации NASA Image caption С октября прошлого года научные приборы телескопа проходят испытания в вакуумной камере Центра Годдарда
Работа по подготовке к запуску преемника орбитального телескопа "Хаббл" - космической обсерватории "Джеймс Уэбб" - вступила в решающий этап.
Инженеры НАСА заканчивают сборку основного зеркала нового телескопа. Запуск нового телескопа планируется теперь на октябрь 2018 года.
Завершаются также криогенные испытания и калибровка четырех основных блоков научной аппаратуры телескопа.
Проект НАСА по запуску новой орбитальной обсерватории вступил таким образом в финальную стадию, и в ближайшие месяцы можно ожидать быстрого завершения остающихся этапов подготовки к старту.
Телескоп планируется запустить с помощью европейской ракеты-носителя "Ариан-5", что определило многие особенности конструкции телескопа, в частности, тот факт, что главное его зеркало состоит из сегментов.
Орбитальный телескоп "Джеймс Уэбб", названный так по имени второго руководителя NASA, финансируется американским аэрокосмическим агентством, Европейским космическим агентством и Канадским космическим агентством.
Правообладатель иллюстрации NASA Image caption Каждый изготовленный из бериллия сегмент зеркала приклеивается на местоПервичными задачами нового телескопа являются обнаружение света первых звёзд и галактик, сформированных после Большого взрыва, изучение формирования и развития галактик, звёзд, планетных систем и происхождения жизни. Также "Уэбб" сможет рассказать о том, когда и где началась реионизация Вселенной и что её вызвало.
Телескоп позволит обнаруживать относительно холодные экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (что практически равно температуре поверхности Земли), находящиеся дальше 12 астрономических единиц (а. е.) от своих звёзд и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет.
В зону подробного наблюдения попадут более двух десятков ближайших к Солнцу звезд. Благодаря новому телескопу ожидается настоящий прорыв в экзопланетологии - возможностей телескопа будет достаточно не только для того, чтобы обнаруживать сами экзопланеты, но даже спутники и спектральные линии этих планет, что будет являться недостижимым показателем для любого наземного и орбитального телескопа вплоть до начала 2020-х годов, когда в строй будет введен Европейский чрезвычайно большой телескоп с диаметром зеркала в 39,3 м.
Правообладатель иллюстрации NASA Image caption Два последних сегмента главного зеркала ожидают установкиСрок работы телескопа составит не менее пяти лет.
В последние недели инженеры НАСА были заняты приклеиванием сегментов главного зеркала, изготовленных из бериллия, к несущей конструкции зеркала.
В ближайшие несколько дней последние два восьмиугольных сегмента будут установлены в нужное для закрепления положение.
Тем временем в соседнем помещении центра имени Годдарда в штате Мэриленд рядом с цехом сборки завершаются криогенно-вакуумные испытания научной аппаратуры будущего телескопа.
"Джеймс Уэбб" будет иметь следующие научные инструменты для проведения исследования космоса:
- Камера ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Camera);
- Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (Mid-Infrared Instrument);
- Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (Near-Infrared Spectrograph);
- Датчик точного наведения c устройством формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевым спектрографом (Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph).
Начиная с октября прошлого года, эти приборы находились в вакуумной камере, температура в которой была снижена до минус 233 градусов Цельсия.
Правообладатель иллюстрации NASA Image caption В Центре Джонсона уже проводятся макетные испытанияУже получены данные калибровки приборов, которые будут иметь огромное значение для управления телескопом в глубоком космосе.
Эти испытания помогли выявить ряд дефектов и заменить ненадежное оборудование и детали. В телескопе имеется 250 тысяч крышек и затворов, часть которых имеют неприятный дефект "залипания" в вакууме под воздействием вибраций при запуске с Земли.
Вибрация ракеты-носителя была симулирована в ходе нынешних испытаний, и замененные детали доказали свою повышенную надежность.
Остается провести более общие оптические, вибрационные и акустические испытания всех систем телескопа.
Затем зеркало и научные приборы будут доставлены в Центр имени Джонсона для дальнейших криогенно-вакуумных испытаний в камере, которая была построена в 1960-е годы для испытаний ракетной техники проекта "Аполлон". Эти испытания начнутся примерно через год.
После их завершения к телескопу будет присоединен модуль систем управления, в котором будут установлены бортовые компьютеры и системы связи.
В последнюю очередь на телескоп будет установлен гигантский солнечный щит размером с теннисный корт, который защитит оптические системы от воздействия солнечных лучей.
До октября 2018 года осталось ждать не так уж долго.
Загрузка...