Bol'shie opticheskie teleskopy budushego

Osnovnoi ob'em znanii o Vselennoi chelovechestvo pocherpnulo, ispol'zuya opticheskie instrumenty - teleskopy. Uzhe pervyi teleskop, izobretennyi Galileem v 1610 godu, pozvolil sdelat' velikie astronomicheskie otkrytiya. Sleduyushie stoletiya astronomicheskaya tehnika nepreryvno sovershenstvovalas', i sovremennyi uroven' opticheskoi astronomii opredelyaetsya dannymi, poluchennymi s pomosh'yu instrumentov, v sotni raz prevyshayushimi po razmeram pervye teleskopy.

Tendenciya sozdaniya vse bolee krupnyh instrumentov osobenno chetko proyavilas' v poslednie desyatiletiya. Teleskopy s zerkalom diametrom 8-10 m stanovyatsya obychnymi v praktike nablyudenii. Proekty 30-m i dazhe 100-m teleskopov ocenivayutsya kak vpolne osushestvimye uzhe cherez 10-20 let.

Zachem ih stroyat

Neobhodimost' postroeniya takih teleskopov opredelyayut zadachi, trebuyushie predel'noi chuvstvitel'nosti instrumentov dlya registracii izlucheniya ot samyh slabyh kosmicheskih ob'ektov. K takim zadacham otnosyatsya:

• proishozhdenie Vselennoi;
• mehanizmy obrazovaniya i evolyucii zvezd, galaktik i planetnyh sistem;
• fizicheskie svoistva materii v ekstremal'nyh astrofizicheskih usloviyah;
• astrofizicheskie aspekty zarozhdeniya i sushestvovaniya zhizni vo Vselennoi.

Chtoby poluchit' maksimum informacii ob astronomicheskom ob'ekte, sovremennyi teleskop dolzhen imet' bol'shuyu poverhnost' sobirayushei optiki i vysokuyu effektivnost' priemnikov izlucheniya. Krome togo, pomehi pri nablyudeniyah dolzhny byt' minimal'ny.

V nastoyashee vremya effektivnost' priemnikov v opticheskom diapazone, ponimaemaya kak dolya registriruemyh kvantov ot obshego chisla prishedshih na chuvstvitel'nuyu poverhnost', priblizhaetsya k teoreticheskomu predelu (100%), i dal'neishie puti sovershenstvovaniya svyazany s uvelicheniem formata priemnikov, uskoreniem obrabotki signala i t.d.

Pomehi pri nablyudeniyah - ves'ma ser'eznaya problema. Pomimo pomeh prirodnogo haraktera (naprimer, oblachnost', pylevye obrazovaniya v atmosfere) ugrozu sushestvovaniyu opticheskoi astronomii kak nablyudatel'noi nauki predstavlyaet narastayushaya zasvetka ot naselennyh punktov, promyshlennyh centrov, kommunikacii, tehnogennoe zagryaznenie atmosfery. Sovremennye observatorii stroyat, estestvenno, v mestah s blagopriyatnym astroklimatom. Takih mest na zemnom share ochen' malo, ne bolee desyatka. K sozhaleniyu, na territorii Rossii mest s ochen' horoshim astroklimatom net.

Edinstvennym perspektivnym napravleniem razvitiya vysokoeffektivnoi astronomicheskoi tehniki ostaetsya uvelichenie razmerov sobirayushih poverhnostei instrumentov.

Krupneishie teleskopy: opyt sozdaniya i ispol'zovaniya

V poslednee desyatiletie v mire realizovany ili nahodyatsya v processe razrabotki i sozdaniya bolee desyatka proektov krupnyh teleskopov. Nekotorymi proektami predusmotreno stroitel'stvo srazu neskol'kih teleskopov s zerkalom razmerom ne menee 8 m. Stoimost' instrumenta opredelyaetsya v pervuyu ochered' razmerom optiki. Stoletiya prakticheskogo opyta v teleskopostroenii priveli k prostomu sposobu sravnitel'noi ocenki stoimosti teleskopa S s zerkalom diametrom D (napomnyu, chto vse instrumenty s diametrom glavnogo zerkala bol'she 1 m - teleskopy-reflektory). Dlya teleskopov so sploshnym glavnym zerkalom, kak pravilo, S proporcional'no D³. Analiziruya tablicu, mozhno zametit', chto eto klassicheskoe sootnoshenie dlya samyh bol'shih instrumentov narushaetsya. Takie teleskopy deshevle, i dlya nih S proporcional'no D^a, gde a ne prevyshaet 2.

Imenno potryasayushee snizhenie stoimosti i daet vozmozhnost' rassmatrivat' proekty sverhgigantskih teleskopov s diametrom zerkala v desyatki i dazhe sotnyu metrov ne kak fantazii, a kak vpolne real'nye v nedalekom budushem proekty. My rasskazhem o neskol'kih naibolee ekonomichnyh proektah. Odin iz nih, SALT, vvoditsya v stroi v 2005 g., stroitel'stvo gigantskih teleskopov 30-metrovogo klassa ELT i 100-metrovogo - OWL, eshe ne nachato, no, vozmozhno, oni poyavyatsya cherez 10 - 20 let.

TELESKOP Diametr zerkala, m Parametry glavnogo zerkala Mesto ustanovki teleskopa Uchastniki proekta Stoimost' proekta, mln. $ USD Pervyi svet KECK I KECK II 10 10 parabolicheskoe mnogosegmentnoe aktivnoe Mauna Kea, Gavaii, SShA SShA 94 78 1994 1996 VLT (chetyre teleskopa) 4h8.2 tonkoe aktivnoe Paranal, Chili ESO, kooperaciya devyati stran Evropy 200 1998 GEMINI North GEMINI South 8 8 tonkoe aktivnoe Mauna Kea, Gavaii, SShA Cerro Pachon, Chili SShA (25%), Angliya (25%), Kanada (15%), Chili (5%), Argentina (2,5%), Braziliya (2,5%) 176 1998 2000 SUBARU 8.2 tonkoe aktivnoe Mauna Kea, Gavaii, SShA Yaponiya 100 1998 LBT (binokulyarnyi) 2h8.4 sotovoe tolstoe Mt. Graham , Arizona, SShA SShA, Italiya 75 2001 HET (Hobby&Eberly) 11 (real'no 9.5) sfericheskoe mnogo-segmentnoe Mt. Fowlkes, Texac, SShA SShA, Germaniya 13.5 1998 MMT 6.5 sotovoe tolstoe Mt. Hopkins , Arizona, SShA SShA 1998 MAGELLAN dva teleskopa 2h6.5 sotovoe tolstoe Las Campanas, Chili SShA 1999 BTA SAO RAN 6.0 tolstoe Gora Pastuhova, Karachaevo-Cherkesiya Rossiya 1976 GTC 10 analog KECK II La Palma, Kanarskie ostrova, Ispaniya Ispaniya 51% 112 2002 SALT 11 analog NET Sutherland, Yuzhnaya Afrika Yuzhno-Afrikanskaya Respublika 10 2005? ELT 35 (real'no 28) analog NET   SShA 150-200 avanproekt 2012? OWL 100 sfericheskoe mnogosegmentnoe   Germaniya, Shveciya, Daniya i dr. Okolo 1000 avanproekt 2020?

Bol'shoi Yuzhno-Afrikanskii Teleskop SALT

V 1970-h gg. glavnye observatorii YuAR byli ob'edineny v Yuzhno-Afrikanskuyu Astronomicheskuyu Observatoriyu. Shtab-kvartira nahoditsya v g. Keiptaune. Osnovnye instrumenty - chetyre teleskopa (1.9-m, 1.0-m, 0.75-m i 0.5-m) - raspolozheny v 370 km ot goroda v glubine strany, na holme, vozvyshayushemsya na suhom plato Karu (Karoo).

V 1948 g. v YuAR postroili 1,9-m teleskop, eto byl samyi bol'shoi instrument v Yuzhnom polusharii. V 90-h gg. proshlogo veka nauchnye krugi i pravitel'stvo YuAR reshili, chto yuzhno-afrikanskaya astronomiya ne mozhet ostavat'sya konkurentosposobnoi v XXI stoletii bez sovremennogo bol'shogo teleskopa. Pervonachal'no rassmatrivalsya proekt 4-m teleskopa, podobnogo ESO NTT (New Technology Telescope - Teleskop Novoi Tehnologii) ili bolee sovremennomu, WIYN, - na observatorii Kitt-Pik. Odnako, v konce koncov vybrana koncepciya bol'shogo teleskopa - analoga ustanovlennogo na observatorii Mak-Donal'd (SShA) teleskopa Hobbi-Eberli (Hobby-Eberly Telescope - HET). Proekt poluchil nazvanie - Bol'shoi Yuzhno-Afrikanskii Teleskop, v originale - Southern African Large Telescope (SALT).

Stoimost' proekta dlya teleskopa takogo klassa ves'ma nizka - vsego 20 mln. dollarov SShA. Prichem stoimost' samogo teleskopa sostavlyaet lish' polovinu etoi summy, ostal'noe - zatraty na bashnyu i infrastrukturu. Eshe v 10 mln. dollarov, po sovremennoi ocenke, oboidetsya obsluzhivanie instrumenta v techenie 10 let. Stol' nizkaya stoimost' obuslovlena i uproshennoi konstrukciei, i tem, chto on sozdaetsya kak analog uzhe razrabotannogo.

SALT (sootvetstvenno i HET) radikal'no otlichayutsya ot predydushih proektov bol'shih opticheskih (infrakrasnyh) teleskopov. Opticheskaya os' SALT ustanovlena pod fiksirovannym uglom 35œ k zenitnomu napravleniyu, prichem teleskop sposoben povorachivat'sya po azimutu na polnyi krug. V techenie seansa nablyudenii instrument ostaetsya stacionarnym, a sledyashaya sistema, raspolozhennaya v ego verhnei chasti, obespechivaet soprovozhdenie ob'ekta na uchastke 12œ po krugu vysot. Takim obrazom, teleskop pozvolyaet nablyudat' ob'ekty v kol'ce shirinoi 12œ v oblasti neba, otstoyashei ot zenita na 29 - 41œ. Ugol mezhdu os'yu teleskopa i zenitnym napravleniem mozhno menyat' (ne chashe chem raz v neskol'ko let), izuchaya raznye oblasti neba.

Diametr glavnogo zerkala - 11 m. Odnako ego maksimal'naya oblast', ispol'zuemaya dlya postroeniya izobrazhenii ili spektroskopii, sootvetstvuet 9,2-m zerkalu. Ono sostoit iz 91 shestiugol'nogo segmenta, kazhdyi diametrom 1 m. Vse segmenty imeyut sfericheskuyu poverhnost', chto rezko udeshevlyaet ih proizvodstvo. Kstati, zagotovki segmentov sdelany na Lytkarinskom zavode opticheskogo stekla, pervichnuyu obrabotku vypolnyali tam zhe, okonchatel'nuyu polirovku provodit (na moment napisaniya stat'i eshe ne zakonchena) firma Kodak. Korrektor Gregori, ubirayushii sfericheskuyu aberraciyu, effektiven v oblasti 4œ. Svet mozhet po opticheskim voloknam peredavat'sya k spektrografam razlichnyh razreshenii v termostatiruemyh pomesheniyah. Vozmozhno takzhe ustanovit' legkii instrument v pryamom fokuse.

Teleskop Hobbi-Eberli, a znachit i SALT, razrabotany, po sushestvu, kak spektroskopicheskie instrumenty dlya dlin voln v intervale 0.35-2.0 mkm. SALT naibolee konkurentosposoben s nauchnoi tochki zreniya pri nablyudenii astronomicheskih ob'ektov, ravnomerno raspredelennyh po nebu ili raspolagayushihsya v gruppah razmerom neskol'ko uglovyh minut. Poskol'ku rabota teleskopa budet osushestvlyat'sya v paketnom rezhime (queue-scheduled), osobenno effektivny issledovaniya peremennosti v techenie sutok i bolee. Spektr zadach dlya takogo teleskopa ochen' shirok: issledovaniya himicheskogo sostava i evolyucii Mlechnogo Puti i blizlezhashih galaktik, izuchenie ob'ektov s bol'shim krasnym smesheniem, evolyuciya gaza v galaktikah, kinematika gaza, zvezd i planetarnyh tumannostei v udalennyh galaktikah, poisk i izuchenie opticheskih ob'ektov, otozhdestvlyaemyh s rentgenovskimi istochnikami. Teleskop SALT raspolozhen na vershine, gde uzhe razmesheny teleskopy Yuzhno-Afrikanskoi Observatorii, priblizitel'no v 18 km k vostoku ot poselka Sazerlend (Sutherland) na vysote 1758 m. Ego koordinaty - 20œ49' vostochnoi dolgoty i 32œ23' yuzhnoi shiroty. Stroitel'stvo bashni i infrastruktury uzhe zakoncheno. Doroga avtomobilem iz Keiptauna zanimaet priblizitel'no 4 chasa. Sazerlend raspolozhen daleko ot vseh glavnyh gorodov, poetomu zdes' ochen' yasnoe i temnoe nebo. Statisticheskie issledovaniya rezul'tatov predvaritel'nyh nablyudenii, kotorye provodilis' bolee 10 let, pokazyvayut, chto dolya fotometricheskih nochei prevyshaet 50%, a spektroskopicheskih sostavlyaet v srednem 75%. Poskol'ku etot bol'shoi teleskop prezhde vsego optimizirovan dlya spektroskopii, 75% - vpolne priemlemyi pokazatel'.

Srednee atmosfernoe kachestvo izobrazheniya, izmerennoe differencial'nym monitorom dvizheniya izobrazheniya (DIMM), sostavilo 0.9". Eta sistema, razmeshaetsya nemnogo vyshe 1 m nad urovnem pochvy. Otmetim, chto opticheskoe kachestvo izobrazheniya SALT - 0.6". Etogo dostatochno dlya rabot po spektroskopii.

Proekty Chrezvychaino Bol'shih Teleskopov ELT i GSMT

V SShA, Kanade i Shvecii razrabatyvaetsya srazu neskol'ko proektov teleskopov 30-m klassa - ELT, MAXAT, CELT i dr. Takih proektov ne menee shesti. Po moemu mneniyu, naibolee prodvinutye iz nih - amerikanskie proekty ELT i GSMT.

Proekt ELT (Extremely Large Telescope - Chrezvychaino Bol'shoi Teleskop) - bolee masshtabnaya kopiya teleskopa HET (i SALT), budet imet' diametr vhodnogo zrachka 28 m pri diametre zerkala 35 m. Teleskop dostignet pronicayushei sily na poryadok vyshe, chem u sovremennyh teleskopov 10-m klassa. Obshaya stoimost' proekta ocenivaetsya primerno v 100 mln. dollarov SShA. On razrabatyvaetsya v Tehasskom universitete (g. Ostin), gde uzhe nakoplen opyt po sozdaniyu teleskopa HET, Pensil'vanskom universitete i observatorii Mak-Donal'd. Eto naibolee real'nyi proekt dlya osushestvleniya ne pozdnee serediny sleduyushego desyatiletiya.

Proekt GSMT (Giant Segmented Mirror Telescope - Gigantskii Segmentirovannyi Zerkal'nyi Teleskop) mozhno schitat' v kakoi-to stepeni ob'edinyayushim proekty MAXAT (Maximum Aperture Telescope) i CELT (California Extremely Lerge Telescope). Konkurentnyi sposob razrabotki i proektirovaniya takih dorogih instrumentov chrezvychaino polezen i ispol'zuetsya v mirovoi praktike. Okonchatel'noe reshenie po GSMT eshe ne prinyato.

Teleskop GSMT sushestvenno bolee sovershenen, chem ELT, prichem ego stoimost' sostavit okolo 700 mln. dollarov SShA. Eto namnogo vyshe, chem u ELT, chto obuslovleno vvedeniem asferichnogo glavnogo zerkala i planiruemoi polnopovorotnost'yu.

Oshelomlyayushe Bol'shoi Teleskop OWL

Ambiciozneishii proekt nachala XXI v. - eto, konechno, proekt OWL (OverWhelmingly Large Telescope - Oshelomlyayushe Bol'shoi Teleskop). OWL proektiruetsya Evropeiskoi Yuzhnoi Observatoriei kak al't-azimutal'nyi teleskop s segmentirovannym sfericheskim glavnym zerkalom i ploskimi vtorichnymi. Dlya ispravleniya sfericheskoi aberracii vvoditsya 4-elementnyi korrektor diametrom okolo 8 m. Pri sozdanii OWL ispol'zuyutsya uzhe narabotannye v sovremennyh proektah tehnologii: aktivnaya optika (kak na teleskopah NTT, VLT, Subaru, Gemini), pozvolyayushaya poluchit' izobrazhenie optimal'nogo kachestva; segmentaciya glavnogo zerkala (kak na Keck, HET, GTC, SALT), konstrukcii nizkoi stoimosti (kak na HET i SALT) i razrabatyvaetsya mnogostupenchataya adaptivnaya optika ("Zemlya i Vselennaya", 2004, N1).

Nuzhno otmetit', chto etot teleskop budet imet' ogromnoe rabochee pole (sotni milliardov obychnyh pikselei!). Skol'ko zhe moshnyh priemnikov mozhno razmestit' na etom teleskope!

Prinyata koncepciya postepennogo vvoda OWL v stroi. Predlagaetsya nachat' ispol'zovat' teleskop eshe za 3 goda do zapolneniya glavnogo zerkala. Planiruetsya zapolnit' 60 m aperturu k 2012 g. (esli finansirovanie otkroetsya v 2006 g). Stoimost' proekta - ne bolee 1 mlrd. evro (poslednyaya ocenka 905 mln. evro).

Rossiiskie perspektivy

Okolo 30 let nazad v SSSR postroen i vveden v ekspluataciyu 6-m teleskop BTA (Bol'shoi Teleskop Azimutal'nyi). Dolgie gody on ostavalsya krupneishim v mire i, estestvenno, byl gordost'yu otechestvennoi nauki. BTA prodemonstriroval ryad original'nyh tehnicheskih reshenii (naprimer, al't-azimutal'nuyu ustanovku s komp'yuternym vedeniem), stavshih vposledstvii mirovym tehnicheskim etalonom. BTA po-prezhnemu moshnyi instrument (osobenno dlya spektroskopicheskih issledovanii), no v nachale XXI v. on uzhe okazalsya lish' vo vtorom desyatke krupnyh teleskopov mira. Krome togo, postepennaya degradaciya zerkala (seichas ego kachestvo uhudshilos' na 30% po sravneniyu s pervonachal'nym) vyvodit ego iz chisla effektivnyh instrumentov.

S raspadom SSSR BTA ostalsya prakticheski edinstvennym krupnym instrumentom, dostupnym dlya rossiiskih issledovatelei. Vse nablyudatel'nye bazy s teleskopami umerennogo razmera na Kavkaze i v Srednei Azii sushestvenno poteryali svoyu znachimost' kak regulyarnye observatorii v silu ryada geopoliticheskih i ekonomicheskih prichin. Seichas nachaty raboty po vosstanovleniyu svyazei i struktur, no istoricheskie perspektivy etogo processa tumanny, i v lyubom sluchae potrebuetsya mnogo let tol'ko dlya chastichnogo vosstanovleniya utrachennogo.

Razumeetsya, razvitie parka krupnyh teleskopov v mire predostavlyaet vozmozhnost' rossiiskim nablyudatelyam dlya raboty v tak nazyvaemom gostevom rezhime. Vybor takogo passivnogo puti neizmenno oznachal by, chto rossiiskaya astronomiya budet vsegda igrat' tol'ko vtorostepennye (zavisimye) roli, a otsutstvie bazy dlya otechestvennyh tehnologicheskih razrabotok privedet k uglubleniyu otstavaniya, i ne tol'ko v astronomii. Vyhod ocheviden - korennaya modernizaciya BTA, a takzhe polnocennoe uchastie v mezhdunarodnyh proektah.

Stoimost' krupnyh astronomicheskih instrumentov, kak pravilo, ischislyaetsya desyatkami i dazhe sotnyami millionov dollarov. Takie proekty, za isklyucheniem neskol'kih nacional'nyh proektov, osushestvlyaemyh bogateishimi stranami mira, mogut realizovyvat'sya tol'ko na osnove mezhdunarodnoi kooperacii.

Vozmozhnosti kooperacii v stroitel'stve teleskopov 10-m klassa poyavilis' v konce proshlogo veka, no otsutstvie finansirovaniya, a tochnee gosudarstvennogo interesa k razvitiyu otechestvennoi nauki, privelo k tomu, chto oni byli poteryany. Neskol'ko let nazad Rossiya poluchila predlozhenie stat' partnerom v stroitel'stve krupnogo astrofizicheskogo instrumenta - Bol'shogo Kanarskogo Teleskopa (GTC) i eshe bolee finansovo privlekatel'nogo proekta SALT. K sozhaleniyu, eti teleskopy stroyatsya bez uchastiya Rossii.

Publikacii s klyuchevymi slovami: Teleskopy opticheskie - teleskopostroenie Publikacii so slovami: Teleskopy opticheskie - teleskopostroenie
Sm. takzhe: Rabochee soveshanie po proektu LSST Den' Vsemirnogo Teleskopa (World Wide Telescope) 9 fevralya 2012 goda Krupnye observatorii issleduyut centr Galaktiki 150-sm reflektor Nebo nad S'erro-Tololo Nachal rabotu teleskop Severnyi Dzhemini Sledy zvezd nad Mauna Kea Vse publikacii na tu zhe temu >>