March 23rd, 2018

Телескоп "Джеймс Вебб" - це орбітальна інфрачервона обсерваторія, яка повинна замінити той самий знаменитий космічний телескоп "Хаббл". «Джеймс Вебб» матиме складове дзеркало 6,5 метрів у діаметрі і коштуватиме близько 6.8 млрд доларів. Для порівняння, діаметр дзеркала "Хаббла" - "всього" 2.4 метри.

Робота над ним триває близько 20 років! Спочатку запуск намічався на 2007 рік, надалі переносився на 2014 та на 2015 рік. Однак перший сегмент дзеркала був встановлений на телескоп лише наприкінці 2015 року, а повністю головне складове дзеркало було зібрано лише у лютому 2016 року. Потім оголосили про запуск у 2018 році, але за останніми даними, телескоп буде запущений за допомогою ракети «Аріан-5» навесні 2019 року.

Давайте подивимося як збирали цей унікальний пристрій:

Сама система дуже складна, її збирають поетапно, перевіряючи працездатність багатьох елементів та вже зібраної конструкції під час кожного етапу. Починаючи з середини липня, телескоп почали перевіряти на працездатність при наднизьких температурах — від 20 до 40 градусів Кельвіна. Протягом кількох тижнів тестувалася робота 18 головних дзеркальних секцій телескопа для того, щоб переконатися у можливості їхньої роботи як єдиного цілого. Діаметр складеного дзеркала телескопа дорівнює 6,5 метрів.

Пізніше після того, як виявилося, що все добре, вчені перевірили систему орієнтування, емулюючи світло далекої зірки. Телескоп зміг виявити це світло, всі оптичні системи працювали у штатному режимі. Потім телескоп зміг визначити місце розташування «зірки», відстеживши її характеристики та динаміку. Вчені переконалися, що у космосі телескоп працюватиме цілком коректно.

Телескоп Джеймс Вебб повинен бути розміщений на гало-орбіті в точці Лагранжа L2 системи Сонце - Земля. А у космосі холодно. Тут показані випробування, що проводяться 30 березня 2012 року, спрямовані на вивчення можливості протистояти холодним температурам простору. (Фото Chris Gunn | NASA):

2017 року телескоп «Джеймс Вебб» знову провів в екстремальних умовах. Його помістили в камеру, температура в якій досягала всього 20 градусів Цельсія вище за абсолютного нуля. Крім того, у цій камері не було повітря – вчені створили вакуум для того, щоб помістити телескоп у умови відкритого космосу.

"Тепер ми переконалися в тому, що НАСА та партнери агентства створили відмінний телескоп і набір наукових інструментів", - заявив Білл Очс, керівник проекту "Джеймс Вебб" у Центрі космічних польотів імені Годдарда.

«Джеймс Вебб» матиме складове дзеркало 6.5 метрів у діаметрі з площею збираючої поверхні 25 м². Чи багато це, чи мало? (Фото Chris Gunn):

Але і це ще не все, телескоп має пройти ще багато перевірок, перш ніж його визнають повністю готовим до відправки. Нещодавні тести показали, що пристрій може працювати у вакуумі за наднизьких температур. Саме такі умови панують у точці L2 Лагранжа у системі Земля-Сонце.

На початку лютого «Джеймс Вебб» перевезуть до Х'юстона, де його буде поміщено в літак Локхід C-5 «Гелексі». На борту цього гіганта телескоп полетить до Лос-Анджелеса, де його зберуть остаточно, змонтувавши сонцезахисний екран. Вчені після цього перевірять, чи працює вся система з таким екраном, і чи нормально витримує пристрій вібрації та навантаження під час польоту.

Порівняємо з «Хаббл». Дзеркало «Хаббла» (ліворуч) та «Вебба» (праворуч) в одному масштабі:

4. Повномасштабна модель космічного телескопа Джеймса Вебба в Остіні, штат Техас, 8 березня 2013 року. (Фото Chris Gunn):

5. Проект телескопу є міжнародним співробітництвом 17 країн, на чолі яких стоїть NASA, зі значним внеском Європейського та Канадського космічних агентств. (Фото Chris Gunn):

6. Спочатку запуск намічався на 2007 рік, надалі переносився на 2014 та на 2015 рік. Однак перший сегмент дзеркала був встановлений на телескоп лише наприкінці 2015 року, а повністю головне складове дзеркало було зібрано лише у лютому 2016 року. (Фото Chris Gunn):

7. Чутливість телескопа та його роздільна здатність безпосередньо пов'язані з розміром площі дзеркала, яке збирає світло від об'єктів. Вчені та інженери визначили, що мінімальний діаметр головного дзеркала має бути 6.5 метра, щоб виміряти світло від найдальших галактик.

Просте виготовлення дзеркала, подібного до дзеркала телескопа «Хаббл», але більшого розміру, було неприйнятним, оскільки його маса була б занадто великою, щоб можна було запустити телескоп у космос. Команді вчених та інженерів необхідно було знайти рішення, щоб нове дзеркало мало 1/10 маси дзеркала телескопа "Хаббл" на одиницю площі. (Фото Chris Gunn):

8. Не тільки у нас все дорожчає від початкового кошторису. Так, вартість телескопа Джеймс Вебб перевищила початкові розрахунки щонайменше в 4 рази. Планувалося, що телескоп обійдеться в 1,6 млрд дол. і буде запущений у 2011 році, проте за новими оцінками вартість може становити 6.8 млрд, але вже є відомості про перевищення цього ліміту до 10 млрд. (Фото Chris Gunn):

9. Це спектрограф близького інфрачервоного діапазону. Він аналізуватиме спектр джерел, що дозволить отримувати інформацію як про фізичні властивості досліджуваних об'єктів (наприклад, температуру та масу), так і про їх хімічний склад. (Фото Chris Gunn):

Телескоп дозволить виявляти відносно холодні екзопланети з температурою поверхні до 300 К (що практично дорівнює температурі Землі), що знаходяться далі 12 а. е. від своїх зірок, і віддалені від Землі на відстань до 15 світлових років. До зони докладного спостереження потраплять понад два десятки найближчих до Сонця зірок. Завдяки «Джеймсу Веббу» очікується справжній прорив у екзопланетології — можливостей телескопа буде достатньо не лише для того, щоб виявляти самі екзопланети, а й навіть супутники та спектральні лінії цих планет.

11. Інженери тестують у камері. систему підйому телескопа, 9 вересня 2014 року. (Фото Chris Gunn):

12. Дослідження дзеркал, 29 вересня 2014 року. Шестикутна форма сегментів була обрана не випадково. Вона має високий коефіцієнт заповнення і має симетрію шостого порядку. Високий коефіцієнт заповнення означає, що сегменти підходять один до одного без проміжків. Завдяки симетрії 18 сегментів дзеркала можна розділити на три групи, у кожній з яких параметри сегментів ідентичні. Зрештою, бажано, щоб дзеркало мало форму, близьку до кругової — для максимально компактного фокусування світла на детекторах. Овальне дзеркало, наприклад, дало б витягнуте зображення, а квадратне надіслало б багато світла з центральної області. (Фото Chris Gunn):

13. Очищення дзеркала сухим льодом із двоокису вуглецю. Ганчірками тут ніхто не тре. (Фото Chris Gunn):

14. Камера A — це гігантська випробувальна камера з вакуумом, яка моделюватиме космічний простір при випробуваннях телескопа «Джеймса Вебба», 20 травня 2015 року. (Фото Chris Gunn):

17. Розмір кожного із 18 шестигранних сегментів дзеркала становить 1.32 метри від ребра до ребра. (Фото Chris Gunn):

18. Маса безпосередньо самого дзеркала в кожному сегменті - 20 кг, а маса всього сегмента в зборі - 40 кг. (Фото Chris Gunn):

19. Для дзеркала телескопа Джеймса Вебба використовується особливий тип берилію. Він є дрібним порошком. Порошок поміщається у контейнер із нержавіючої сталі та пресується у плоску форму. Після того, як сталевий контейнер видалений, шматок берилію розрізається навпіл, щоб зробити дві заготівлі дзеркала близько 1.3 метра в поперечнику. Кожна заготівля дзеркала використовується створення одного сегмента. (Фото Chris Gunn):

20. Потім поверхня кожного дзеркала сточується надання форми, близької до розрахункової. Після цього дзеркало ретельно згладжують та полірують. Цей процес повторюється до того часу, поки форма сегмента дзеркала стане близька до ідеальної. Далі сегмент охолоджується до температури −240 °C і за допомогою лазерного інтерферометра проводяться вимірювання розмірів сегмента. Потім дзеркало з урахуванням отриманої інформації проходить остаточне полірування. (Фото Chris Gunn):

21. Після завершення обробки сегмента передня частина дзеркала покривається тонким шаром золота для кращого відображення інфрачервоного випромінювання в діапазоні 0,6-29 мкм, і готовий сегмент проходить повторні випробування при кріогенних температурах. (Фото Chris Gunn):

22. Робота над телескопом у листопаді 2016 року. (Фото Chris Gunn):

23. НАСА завершило складання космічного телескопа «Джеймс Вебб» у 2016 році та розпочало його випробування. Це знімок від 5 березня 2017 року. На довгій витримці техніки виглядають примарами. (Фото Chris Gunn):

26. Двері в ту саму камеру А з 14-ї фотографії, в якій моделюється космічний простір. (Фото Chris Gunn):

28. Поточні плани передбачають, що телескоп буде запущено за допомогою ракети Аріан-5 навесні 2019 року. Відповідаючи на запитання, що вчені очікують дізнатися за допомогою нового телескопа, провідний науковий співробітник проекту Джон Метер сказав: «Сподіваюся, ми знайдемо щось, про що ніхто нічого не знає». (Фото Chris Gunn):

"Джеймс Вебб" дуже складна система, яка складається з тисяч окремих елементів. Вони формують дзеркало телескопа та його наукові інструменти. Щодо останніх, то це такі пристрої:

Камера ближнього інфрачервоного діапазону (Near-Infrared Camera);
- пристрій для роботи в середньому діапазоні інфрачервоного випромінювання (Mid-Infrared Instrument);
- спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (Near-Infrared Spectrograph);
- Датчик точного наведення із пристроєм формування зображення в ближньому інфрачервоному діапазоні та безщілинним спектрографом (Fine Guidance Sensor/Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph).

Дуже важливо захистити телескоп екраном, який закриє його від Сонця. Справа в тому, що саме завдяки цьому екрану «Джеймс Вебб» зможе виявити навіть дуже слабке світло найвіддаленіших зірок. Для розгортання екрану створено складну систему із 180 різних пристроїв та інших елементів. Розміри його становлять 14*21 метр. "Це змушує нас нервувати", - визнав глава проекту розробки телескопа.

Основними завданнями телескопа, який змінить у строю «Хаббл» є: виявлення світла перших зірок та галактик, сформованих після Великого вибуху, вивчення формування та розвитку галактик, зірок, планетних систем та походження життя. Також «Вебб» зможе розповісти про те, коли і де почалася реіонізація Всесвіту і що його викликало.

джерела

Перший телескоп був побудований в 1609 італійським астрономом Галілео Галілеєм. Вчений, ґрунтуючись на чутках про винахід голландцями зорової труби, розгадав її пристрій та виготовив зразок, який уперше використав для космічних спостережень. Перший телескоп Галілея мав скромні розміри (довжина труби 1245 мм, діаметр об'єктива 53 мм, окуляр 25 діоптрій), недосконалу оптичну схему і 30-кратне збільшення. Але дозволив зробити цілу серію чудових відкриттів: виявити чотири супутники планети Юпітер, Сонце, гори на поверхні Місяця, наявність у диску Сатурна придатків у двох протилежних точках.

Минуло понад чотириста років – на землі і навіть у космосі сучасні телескопи допомагають землянам зазирнути у далекі космічні світи. Чим більший діаметр дзеркала телескопа, тим потужніша оптична установка.

Багатодзеркальний телескоп

Розташований на горі Маунт-Хопкінс, на висоті 2606 метрів над рівнем моря, в штаті Арізона в США. Діаметр дзеркала цього телескопа – 6,5 метра. Цей телескоп було збудовано ще 1979 року. 2000 року він був удосконалений. Багатодзеркальним він називається, тому що складається з 6 точно підігнаних сегментів, що становлять одне велике дзеркало.

Телескопи Магеллана

Два телескопи, "Магеллан-1" та "Магеллан-2", знаходяться в обсерваторії "Лас-Кампанас" у Чилі, в горах, на висоті 2400 м, діаметр їх дзеркал 6,5 м у кожного. Телескопи почали працювати у 2002 році.

А 23 березня 2012 року розпочато будівництво ще одного потужнішого телескопа «Магеллан» - «Гігантського Магелланова Телескопа», він має вступити в дію у 2016-му. А поки що вибухом було знесено вершину однієї з гір, щоб розчистити місце для будівництва. Гігантський телескоп складатиметься з семи дзеркал по 8,4 метрикожне, що еквівалентно одному дзеркалу діаметром 24 метри, за це його вже прозвали "Семіглаз".

Розлучені близнюки телескопи «Джеміні»

Два телескопи-брати, кожен з яких розташований в іншій частині світу. Один - "Джеміні північ" стоїть на вершині згаслого вулкана Мауна-Кеа на Гаваях, на висоті 4200 м. Інший - "Джеміні південь", знаходиться на горі Серра-Пачон (Чилі) на висота 2700 м-коду.

Обидва телескопи ідентичні, діаметри їх дзеркал становлять 8,1 метра, побудовані вони у 2000 р. та належать обсерваторії «Джеміні». Телескопи розташовані на різних півкуль Землі, щоб було доступне для спостереження все зоряне небо. Системи керування телескопами пристосовані для роботи через інтернет, тому астрономам не доводиться здійснювати подорожі до різних півкуль Землі. Кожне із дзеркал цих телескопів складено з 42 шестикутних фрагментів, які були спаяні та відполіровані. Ці телескопи створені за найдосконалішими технологіями, що робить обсерваторію «Джеміні» однією з передових астрономічних лабораторій на сьогоднішній день.

Північний "Джеміні" на Гаваях

Телескоп «Субару»

Цей телескоп належить Японській Національній Астрономічній Обсерваторії. А розташований на Гаваях, на висоті 4139 м-коду, по сусідству з одним з телескопів «Джеміні». Діаметр його дзеркала – 8,2 метра. "Субару" оснащений найбільшим у світі "тонким" дзеркалом.: його товщина - 20 см., його вага - 22,8 т. Це дозволяє використовувати систему приводів, кожен з яких передає своє зусилля на дзеркало, надаючи йому ідеальну поверхню в будь-якому положенні, що дозволяє досягти найкращої якості зображення.

За допомогою цього пильного телескопа було відкрито найдальшу з відомих на сьогоднішній день галактик, розташовану на відстань 12,9 млрд. св. років, 8 нових супутників Сатурна, сфотографовані протопланетні хмари.

До речі, «субару» японською означає «Плеяди» - назва цього красивого зоряного скупчення.

Японський телескоп "Субару" на Гаваях

Телескоп Хобі-Еберлі (НІ)

Розташований у США на горі Фолкс, на висоті 2072 м, належить обсерваторії Мак-Дональд. Діаметр його дзеркала близько 10 м. Незважаючи на значні розміри, Хобі-Еберлі коштував своїм творцям лише 13,5 млн. доларів. Заощадити бюджет вдалося завдяки деяким конструктивним особливостям: дзеркало цього телескопа не параболічне, а сферичне, не цільне – складається з 91 сегмента. До того ж, дзеркало знаходиться під фіксованим кутом до горизонту (55°) і може обертатися тільки на 360° навколо своєї осі. Все це значно здешевлює конструкцію. Спеціалізується цей телескоп на спектрографії та успішно використовується для пошуку екзопланет та вимірювання швидкості обертання космічних об'єктів.

Великий південноафриканський телескоп (SALT)

Належить Південно-Африканській Астрономічній Обсерваторії і знаходиться в ПАР, на плато Кару, на висоті 1783 м-коду. Розміри його дзеркала 11х9,8 м. Воно найбільше у Південній півкулі нашої планети. А виготовлено в Росії, на «Литкаринському заводі оптичного скла». Цей телескоп став аналогом телескопа Хобі-Еберлі у США. Але було модернізовано – відкориговано сферичну аберацію дзеркала та збільшено поле зору, завдяки чому окрім роботи в режимі спектрографа, цей телескоп здатний отримувати чудові фотографії небесних об'єктів з великою роздільною здатністю.

Найбільший телескоп у світі ()

Стоїть на вершині згаслого вулкана Мучачос на одному з Канарських островів, на висоті 2396 м-коду. Діаметр головного дзеркала – 10,4 м. У створенні цього телескопа брали участь Іспанія, Мексика та США. Між іншим, цей міжнародний проект коштував 176 млн. доларів США, з яких 51% заплатила Іспанія.

Дзеркало Великого Канарського Телескопа, складене з 36 шестикутних частин - найбільше з існуючих на сьогоднішній день у світі. Хоча це і найбільший телескоп у світі за розміром дзеркала, не можна назвати його найпотужнішим за оптичними показниками, оскільки у світі існують системи, що перевершують його за своєю пильністю.

Розташований на горі Грехем, на висоті 3,3 км, у штаті Арізона (США). Цей телескоп належить Міжнародній Обсерваторії Маунт-Грем і будувався на гроші США, Італії та Німеччини. Споруда є системою з двох дзеркал діаметром по 8,4 метра, що за світлочутливістю еквівалентно одному дзеркалу діаметром 11,8 м . Центри двох дзеркал знаходяться на відстані 14,4 метра, що робить роздільну здатність телескопа еквівалентною 22-метровому, а це майже в 10 разів більше, ніж у знаменитого космічного телескопа "Хаббла". Обидва дзеркала Великого Бінокулярного Телескопа є частиною одного оптичного приладу і разом є одним величезним біноклем – найпотужнішим оптичним приладом у світі на даний момент.

Keck I та Keck II – ще одна пара телескопів-близнюків. Розташовуються по сусідству з телескопом Субару на вершині гавайського вулкана Мауна-Кеа (висота 4139 м). Діаметр головного дзеркала кожного з Кеків становить 10 метрів - кожен із них окремо є другим за величиною у світі телескопом після Великого Канарського. Але ця система телескопів перевершує Канарський за «зоркістю». Параболічні дзеркала цих телескопів складені з 36 сегментів, кожен з яких має спеціальну опорну систему, з комп'ютерним управлінням.

Дуже великий телескоп розташований у пустелі Атакама в гірському масиві чилійських Анд, на горі Параналь, 2635 м над рівнем моря. І належить Європейській Південній Обсерваторії (ESO), що включає 9 європейських країн.

Система з чотирьох телескопів по 8,2 метра, і ще чотирьох допоміжних по 1,8 метра за світлосилою еквівалентна одному приладу з дзеркалом діаметром 16,4 метра.

Кожен із чотирьох телескопів може працювати і окремо, отримуючи фотографії, на яких видно зірки до 30-ї зіркової величини. Усі телескопи одразу працюють рідко, це надто затратно. Найчастіше кожен із великих телескопів працює у парі зі своїм 1,8 метровим помічником. Кожен із допоміжних телескопів може рухатися рейками щодо свого «великого брата», займаючи найвигідніше для спостереження даного об'єкта положення. Дуже Великий Телескоп – найпросунутіша астрономічна система у світі. На ньому було зроблено масу астрономічних відкриттів, наприклад, було отримано перше у світі пряме зображення екзопланети.

Космічний телескоп «Хаббл»

Космічний телескоп «Хаббл» – спільний проект NASA та Європейського космічного агентства, автоматична обсерваторія на земній орбіті, названа на честь американського астронома Едвіна Хаббла. Діаметр його дзеркала лише 2,4 м,що менше найбільших телескопів Землі. Але через відсутність впливу атмосфери, роздільна здатність телескопа в 7 - 10 разів більша за аналогічний телескоп, розташований на Землі. «Хаббл» належить безліч наукових відкриттів: зіткнення Юпітера з кометою, зображення рельєфу Плутона, полярні сяйва на Юпітері та Сатурні.

Телескоп "Хаббл" на земній орбіті

Цікаво про астрономію Томілін Анатолій Миколайович

3. Найбільший у світі телескоп-рефрактор

Найбільший у світі телескоп-рефрактор встановлений у 1897 році в Єркській обсерваторії університету в Чикаго (США). Його діаметр D = 102 сантиметри, а фокусна відстань - 19,5 метра. Уявляєте скільки місця йому треба в вежі!

Головними характеристиками рефрактора є:

1. Збірна здатність - тобто здатність виявляти слабкі джерела світла.

Якщо врахувати, що людське око, що збирає промені через зіницю з діаметром d приблизно 0,5 сантиметра, у темну ніч може помітити вогник сірника за 30 кілометрів, то легко підрахувати, скільки разів збірна здатність 102-сантиметрового рефрактора більша, ніж у ока.

Значить, будь-яка зірка, на яку спрямований 102-сантиметровий рефрактор, здається в сорок із зайвим тисяч разів яскравішим, ніж якби спостерігати її без жодного інструменту.

2. Наступною характеристикою є роздільна здатність телескопа, тобто властивість інструмента сприймати окремо два близько розташованих об'єкта спостереження. Оскільки відстані між зірками на небесній сфері оцінюються кутовими величинами (градуси, хвилини, секунди), те й роздільна здатність телескопа виявляється у кутових секундах. Так, наприклад, роздільна здатність єркського рефрактора приблизно дорівнює 0,137 секунди.

Тобто на відстані в тисячу кілометрів він дозволить вільно розглянути два котячі очі, що світяться.

3. І остання характеристика – збільшення. Ми звикли до того, що існують мікроскопи, які збільшують предмети у багато тисяч разів. З телескопами справа складніша. На шляху до чіткого збільшеного зображення небесного тіла стоять повітряні вихори атмосфери Землі, дифракція світла зірок та оптичні дефекти. Ці обмеження зводять нанівець зусилля оптиків. Зображення розмазується. Так, незважаючи на те, що збільшення можна зробити і великим, як правило, воно не перевищує 1000. (До речі, про дифракцію світла - це явище пов'язане з хвильовою природою світла. Полягає воно в тому, що крапка, що світиться, - зірка спостерігається у вигляді плями , оточеного ореолом яскравих кілець.Це явище ставить межу роздільної здатності будь-яких оптичних приладів.)

Телескоп-рефрактор надзвичайно складна та дорога споруда. Існує навіть думка, що рефрактори дуже великого розміру взагалі не практичні через труднощі під час їх виготовлення. Хто не вірить у це, нехай спробує підрахувати, скільки важить лінза об'єктива йєркського телескопа, і подумає, як її зміцнити, щоб скло не гнулося від власної ваги.

З книги Нова книга фактів. Том 3 [Фізика, хімія та техніка. Історія та археологія. Різне] автора Кондрашов Анатолій Павлович

З книги Цікаво про астрономію автора Томілін Анатолій Миколайович

З книги Фізика на кожному кроці автора Перельман Яків Ісидорович

З книги Достукатися до небес [Науковий погляд на пристрій Всесвіту] автора Рендалл Ліза

З книги Твіти про всесвіт автора Чаун Маркус

Як зрозуміти складні закони фізики. 100 простих та захоплюючих досвідів для дітей та їх батьків автора Дмитрієв Олександр Станіславович

4. Телескоп-рефлектор Головним недоліком рефракторів завжди були спотворення, що виникають у лінзах. Важко отримати велику скляну виливок абсолютно однорідної і без жодної бульбашки та раковини. Усього цього не бояться телескопи-рефлектори – інструменти, засновані

З книги автора

6. Менісковий телескоп системи Д. Д. Максутова Приблизно в сорокових роках ХХ століття арсенал давньої науки поповнився ще однією новим типом телескопів. Радянський оптик член-кореспондент Академії наук СРСР Д. Д. Максутов запропонував замінити лінзу Шмідта, що має

З книги автора

Який метал найважчий? У побуті свинець вважається важким металом. Він важчий цинку, олова, заліза, міді, але все ж таки його не можна назвати найважчим металом. Ртуть, рідкий метал, важчий за свинець; якщо кинути в ртуть шматок свинцю, він не потоне в ній, а триматиметься

З книги автора

Який метал найлегший? Техніки називають «легкими» всі ті метали, які легші заліза у два і більше разів. Найпоширеніший легкий метал, що застосовується в техніці, - алюміній, який легший за залізо втричі. Ще легковажніший метал магній: він легший за алюміній в 1 1/2 разу. У

З книги автора

РОЗДІЛ 1. ТЕБЕ - МАЛО, МЕНІ - НА НАЙБІЛЬШ РАЗІВ Серед безлічі причин, з яких я обрала своєю професією фізику, було бажання зробити що-небудь довготривале, навіть вічне. Якщо, міркувала я, мені доведеться вкласти стільки часу, енергії та ентузіазму в якусь справу, то

З книги автора

Телескоп 122. Хто винайшов телескоп? Ніхто напевно не знає. Перші примітивні телескопи, можливо, вже були наприкінці XVI ст., можливо, навіть раніше. Хоча дуже низької якості. Перша згадка про телескоп («труби, щоб бачити далеко») – у патентній заявці від 25 вересня

З книги автора

122. Хто винайшов телескоп? Ніхто напевно не знає. Перші примітивні телескопи, можливо, вже були наприкінці XVI ст., можливо, навіть раніше. Хоча дуже низької якості. Перша згадка про телескоп («труби, щоб бачити далеко») - у патентній заявці від 25 вересня 1608 р.,

З книги автора

123. Як працює телескоп? Телескоп буквально збирає зоряне світло у фокусі. Лінза (кришталик) очі робить те саме, але телескоп збирає більше світла, тому зображення яскравіше/докладніше. Перші телескопи використовували увігнуті лінзи для фокусування зоряного світла. Світло

З книги автора

128. Коли буде замінено Космічний телескоп Хаббл? Космічний телескоп Хаббл, розташований на низькій навколоземній орбіті, названий на честь американського космолога Едвіна Хаббла. Він був запущений у квітні 1990. Чому космос? 1. Небо чорне, 24 години 7 днів на тиждень. 2. Ні

З книги автора

130. Як працює нейтринний "телескоп"? Нейтрино: субатомні частинки, що виникають у ядерних реакціях, що генерують сонячне світло. Підніміть вгору великий палець: 100 млн. таких частинок пронизують його кожну секунду. Визначальна характеристика нейтрино: асоціальні

З книги автора

80 Телескоп з окулярів Для досвіду нам знадобляться: окуляри далекозорої людини, окуляри короткозорої людини. Зоряне небо чудово! Тим часом більшість міських жителів бачать зірки дуже рідко і, мабуть, тому не знають їх. Є таке поняття – «світлове забруднення

Найдетальніший знімок сусідньої галактики. Андромеду сфотографували за допомогою нової камери надвисокої роздільної здатності Hyper-Suprime Cam (HSC), встановленої на японському телескопі "Субару". Це один із найбільших у світі працюючих оптичних телескопів – з діаметром головного дзеркала понад вісім метрів. В астрономії розмір часто має вирішальне значення. Давайте познайомимося з іншими гігантами, що розширюють межі наших спостережень за космосом.

1. "Субару"

Телескоп "Субару" розташований на вершині вулкана Мауна-Кеа (Гавайї) і працює вже чотирнадцять років. Це телескоп-рефлектор, виконаний за оптичною схемою Річі – Кретьєна з головним дзеркалом гіперболічної форми. Для мінімізації спотворень його становище постійно коригує система із двохсот шістдесяти одного незалежного приводу. Навіть корпус будівлі має особливу форму, що знижує негативний вплив турбулентних потоків повітря.

Телескоп "Субару" (фото: naoj.org).

Зазвичай зображення з таких телескопів недоступне безпосередньому сприйняттю. Воно фіксується матрицями камер, звідки передається на монітори високої роздільної здатності та зберігається до архіву для детального вивчення. "Субару" примітний ще й тим, що раніше дозволяв вести спостереження по-старому. До встановлення камер було сконструйовано окуляр, у який дивилися не лише астрономи національної обсерваторії, а й перші особи країни, включаючи принцесу Саяко Курода – дочку імператора Японії Акіхіто.

Сьогодні на “Субару” може бути одночасно встановлено до чотирьох камер та спектрографів для спостережень у діапазоні видимого та інфрачервоного світла. Найдосконаліша з них (HSC) була створена Canon і працює з 2012 року.

Камера HSC проектувалась у Національній астрономічній обсерваторії Японії за участю багатьох партнерських організацій з інших країн. Вона складається з блоку лінз висотою 165 см, світлофільтрів, затвора, шести незалежних приводів та CCD матриці. Її ефективна роздільна здатність становить 870 мегапікселів. Використовувана раніше камера Subaru Prime Focus мала на порядок меншу роздільну здатність - 80 мегапікселів.

Оскільки HSC розроблялася для конкретного телескопа, діаметр її першої лінзи становить 82 см – рівно в десять разів менше від діаметра головного дзеркала “Субару”. Для зниження шумів матрицю встановлено у вакуумній кріогенній камері Дьюара і працює при температурі -100 °С.

Телескоп Субару утримував пальму першості аж до 2005 року, коли завершилося будівництво нового гіганта - SALT.

2. SALT

Великий південно-африканський телескоп (SALT) розташований на вершині пагорба за триста сімдесят кілометрів на північний схід від Кейптауна, поблизу містечка Сазерленд. Це найбільший з оптичних телескопів, що діють, для спостережень за південною півсферою. Його головне дзеркало з розмірами 11,1×9,8 метра складається із дев'яносто однієї шестикутної пластини.

Первинні дзеркала великого діаметра винятково складно виготовити як монолітну конструкцію, тому у найбільших телескопів вони є складовими. Для виготовлення пластин використовують різні матеріали з мінімальним температурним розширенням, такі як склокераміка.

Основне завдання SALT – дослідження квазарів, далеких галактик та інших об'єктів, світло від яких занадто слабке для спостереження за допомогою більшості інших астрономічних інструментів. За своєю архітектурою SALT подібний до "Субару" та пари інших відомих телескопів обсерваторії Мауна-Кеа.

3. Keck

Десятиметрові дзеркала двох головних телескопів Кека обсерваторії складаються з тридцяти шести сегментів і вже самі по собі дозволяють досягти високого дозволу. Однак головна особливість конструкції в тому, що два телескопи можуть працювати спільно в режимі інтерферометра. Пара Keck I і Keck II за роздільною здатністю еквівалентна гіпотетичному телескопу з діаметром дзеркала 85 метрів, створення якого на сьогодні технічно неможливе.

Вперше на телескопах Keck була випробувана система адаптивної оптики з підстроюванням лазерного променя. Аналізуючи характер її поширення, автоматика компенсує атмосферні перешкоди.

Піки згаслих вулканів – один із найкращих майданчиків для будівництва гігантських телескопів. Велика висота над рівнем моря і віддаленість від міст забезпечують відмінні умови для спостережень.

4. GTC

Великий Канарський телескоп (GTC) також розташований на вершині вулкана в обсерваторії Ла-Пальма. У 2009 році він став найбільшим і найдосконалішим наземним оптичним телескопом. Його головне дзеркало діаметром 10,4 метра складається з тридцяти шести сегментів і вважається найдосконалішим із будь-коли створених. Тим більше дивує порівняно низька вартість цього грандіозного проекту. Разом із камерою інфрачервоного діапазону CanariCam та допоміжним обладнанням на будівництво телескопа було витрачено лише $130 млн.

Завдяки CanariCam виконуються спектроскопічні, коронографічні та поляриметричні дослідження. Оптична частина охолоджується до 28 К, а сам детектор - до 8 градусів вище за абсолютного нуля.

5. LSST

Покоління великих телескопів із діаметром головного дзеркала до десяти метрів закінчується. В рамках найближчих проектів передбачено створення серії нових зі збільшенням розмірів дзеркал у два-три рази. Вже наступного року у північній частині Чилі заплановано будівництво ширококутного оглядового телескопа-рефлектора Large Synoptic Survey Telescope (LSST).

LSST – великий оглядовий телескоп (зображення: lsst.org).

Очікується, що він матиме найбільше поле зору (сім видимих ​​діаметрів Сонця) і камеру з роздільною здатністю 3,2 гігапікселя. За рік LSST повинен робити понад двісті тисяч фотографій, загальний обсяг яких у стислому вигляді перевищить петабайт.

Основним завданням стануть спостереження за об'єктами з надслабкою світністю, включаючи астероїди, що загрожують Землі. Заплановано також вимірювання слабкого гравітаційного лінзування для виявлення ознак темної матерії та реєстрацію короткочасних астрономічних подій (таких як вибух наднової). За даними LSST, передбачається будувати інтерактивну і постійно оновлювану карту зоряного неба з вільним доступом через інтернет.

За належного фінансування телескоп буде введений у лад уже в 2020 році. На першому етапі потрібно $465 млн.

6. GMT

Гігантський телескоп Магеллана (GMT) – перспективний астрономічний інструмент, створюваний в обсерваторії Лас-Кампанас в Чилі. Головним елементом цього телескопа нового покоління стане складове дзеркало із семи увігнутих сегментів загальним діаметром 24,5 метра.

Навіть з урахуванням спотворень, що вносяться атмосферою, детальність зроблених ним знімків буде приблизно в десять разів вище, ніж у орбітального телескопа "Хаббл". У серпні 2013 року завершується виливок третього дзеркала. Введення телескопа в експлуатацію намічено у 2024 році. Вартість проекту сьогодні оцінюється у $1,1 млрд.

7. TMT

Тридцятиметровий телескоп – ще один проект оптичного телескопа нового покоління для обсерваторії Мауна-Кеа. Головне дзеркало діаметром 30 метрів буде виконано з 492 сегментів. Його роздільна здатність оцінюється як у дванадцять разів, що перевищує таку у “Хаббла”.

Початок будівництва запланований на наступний рік, завершення – до 2030-го. Розрахункова вартість – $1,2 млрд.

8. E-ELT

Європейський надзвичайно великий телескоп (E-ELT) сьогодні виглядає найпривабливішим за співвідношенням можливостей та витрат. Проектом передбачено його створення у пустелі Атакама у Чилі до 2018 року. Поточна вартість оцінюється в $1,5 млрд. Діаметр головного дзеркала становитиме 39,3 метри. Воно складатиметься з 798 шестикутних сегментів, кожен з яких – близько півтора метра в поперечнику. Система адаптивної оптики усуватиме спотворення за допомогою п'яти додаткових дзеркал та шести тисяч незалежних приводів.

Європейський дуже великий телескоп – E-ELT (фото: ESO).

Розрахункова маса телескопа становить понад 2800 тонн. На ньому будуть встановлені шість спектрографів, камера ближнього ІЧ-діапазону MICADO та спеціалізований інструмент EPICS, оптимізований для пошуку планет земного типу.

Основним завданням колективу обсерваторії E-ELT стане детальне дослідження відкритих на цей час екзопланет та пошук нових. Як додаткові цілі вказується виявлення ознак наявності в їх атмосфері води та органічних речовин, а також вивчення формування планетарних систем.

Оптичний діапазон становить лише малу частину електромагнітного спектру і має низку властивостей, що обмежують можливості спостереження. Багато астрономічних об'єктів практично не виявляються у видимому та ближньому інфрачервоному спектрі, але при цьому видають себе за рахунок радіочастотних імпульсів. Тому в сучасній астрономії велика роль приділяється радіотелескопам, розмір яких безпосередньо впливає на їхню чутливість.

9. Arecibo

В одній із провідних радіоастрономічних обсерваторій Аресібо (Пуерто-Ріко) розташований найбільший радіотелескоп на одній апертурі з діаметром рефлектора триста п'ять метрів. Він складається з 38778 алюмінієвих панелей сумарною площею близько сімдесяти трьох тисяч квадратних метрів.

Радіотелескоп обсерваторії Аресібо (фото: NAIC - Arecibo Observatory).

З його допомогою вже було зроблено низку астрономічних відкриттів. Наприклад, у 1990 році виявлено перший пульсар з екзопланетами, а в рамках проекту розподілених обчислень Einstein@home за останні роки було знайдено десятки подвійних радіопульсарів. Однак для низки завдань сучасної радіоастрономії можливостей "Аресібо" вже ледве вистачає. Нові обсерваторії будуть створюватися за принципом масивів, що масштабуються, з перспективою зростання до сотень і тисяч антен. Одними з таких стануть ALMA та SKA.

10. ALMA та SKA

Атакамські великі міліметрові/субміліметрові грати (ALMA) є масивом з параболічних антен діаметром до 12 метрів і масою більше ста тонн кожна. До середини осені 2013 число антен, об'єднаних в єдиний радіоінтерферометр ALMA, досягне шістдесяти шести. Як і більшість сучасних астрономічних проектів, вартість ALMA перевищує мільярд доларів.

Квадратні кілометрові ґрати (SKA) – інший радіоінтерферометр із масиву праболічних антен, розташованих у Південній Африці, Австралії та Новій Зеландії на загальній площі близько одного квадратного кілометра.

Антени радіоінтерферометра "Квадратні кілометрові грати" (фото: stfc.ac.uk).

Його чутливість приблизно в п'ятдесят разів перевершує можливості радіотелескопа обсерваторії Аресібо. SKA здатний вловити надслабкі сигнали від астрономічних об'єктів, розташованих на відстані 10-12 млрд світлових років від Землі. Розпочати перші спостереження планується у 2019 році. Проект оцінюється у $2 млрд.

Незважаючи на величезні масштаби сучасних телескопів, їхню надмірну складність і багаторічні спостереження, дослідження космосу тільки починається. Навіть у Сонячній системі досі виявлена ​​лише мала частина об'єктів, які заслуговують на увагу і здатні вплинути на долю Землі.