Глава 2. Свет и вещество

2.2. Телескопы

2.2.4. Возможности современных телескопов

Первым приемником изображений в телескопе, изобретенным Галилеем в 1609 году, был глаз наблюдателя. С тех пор не только увеличились размеры телескопов, но и принципиально изменились приемники изображения. В начале ХХ века в астрономии стали употребляться фотопластинки, чувствительные в различных областях спектра. Затем были изобретены фотоэлектронные умножители (ФЭУ), электронно-оптические преобразователи (ЭОП).

Эволюция параметров оптических телескопов:

В современных телескопах в качестве приемников излучения используют ПЗС-матрицы. ПЗС состоит из большого количества (1000×1000 и более) полупроводниковых чувствительных ячеек размером в несколько микрон каждая, в которых кванты излучения освобождают заряды, накапливаемые в определенных местах – элементах изображения. Изображения обрабатываются в цифровом виде при помощи ЭВМ. Матрица должна охлаждаться до температур –130 °С.

Наблюдения на современных телескопах проводятся из специальных помещений; во время работы телескопов людям в здании желательно не находится, чтобы не создавать лишних вибраций и потоков тепла. Некоторые телескопы могут передавать изображение напрямую пользователям Интернет.

В современных телескопах-рефлекторах главное зеркало, как правило, имеет параболическую или гиперболическую форму. Они способны получать изображение не только в оптическом, но и в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Имеются механизмы компенсирования дрожания атмосферы – адаптивная оптика и спекл-интерферометрия.

1

Рисунок 2.2.4.1. Пятиметровый рефлектор Паломарской обсерватории. Фотография выполнена с большой экспозицией, в течение которой купол башни с открытой щелью повернулся, что создало эффект его прозрачности

На Паломарской обсерватории при помощи зеркально-линзового телескопа системы Шмидта был проведен обзор, состоящий из тысячи карт, запечатлевших в двух цветах объекты неба до 21-й звездной величины. Пятиметровый телескоп Паломарской обсерватории является самым старым из крупнейших телескопов мира.

2

Рисунок 2.2.4.2. Один из крупнейших современных телескопов – рефлектор БТА на Северном Кавказе

2,5-метровый телескоп обсерватории Апаче-Пойнт (США), оснащенный гигантской ПЗС-камерой, начал составлять новый обзор, в котором будут объекты в пяти цветах до 25-й звездной величины.

3

Рисунок 2.2.4.3. Два телескопа им. Кека на вершине Мауна-Кеа на Гавайях

На 10-метровом зеркале телескопа «Кек-1» на Гавайских островах при помощи сегментирования получено разрешение 0,02". Там же на высоте 4150 м над уровнем моря расположен телескоп «Кек-2».

На 6-метровом телескопе БТА Специальной астрофизической обсерватории РАН на Северном Кавказе при применении новой спекл-интерферометрической камеры удалось довести угловое разрешение до 0,02". В последнее время строят телескопы, которые используют, как и БТА азимутальную установку, но их характерное отличие – использование адаптивной оптики. Для этого делают тонкое зеркало, форма которого автоматически подстраивается с помощью компьютера. В настоящее время построено более десяти таких телескопов.

На нашей планете не так уж много мест, где имеются идеальные условия для размещения современных телескопов. Поскольку телескопы рассчитаны на наблюдения не только в оптическом, но и в инфракрасном диапазонах, то при их строительстве необходимо учитывать не только удаленность от больших городов, но и наличие водяного пара в атмосфере, который даже в ничтожных количествах сильно поглощает инфракрасное излучение. К таким идеальным местам относят районы северного высокогорья Чили, такие как Пампа-ля-Бола (4800 м), Рио-Фрио (4100 м), Льлано-де-Чайнатор (5050 м), а также Мауна-Кеа (4200 м, Гавайи). В настоящее время в Льлано-де-Чайнатор планируют построить субмиллиметровый массив ALMA, а в Мауна-Кеа уже расположен целый ряд астрономических инструментов.

Телескопы-близнецы «Джемини Северный» (Gemini North) и «Джемини Южный» (Gemini South) имеют зеркала диаметром 8,1 м. «Джемини» Южный (Gemini South) расположен в Южном полушарии в Серро-Пачон (Чили) на высоте 2737 метров над уровнем моря. «Джемини Северный» (Gemini North) находится в Северном полушарии на горе Мауна-Кеа (Гавайи), на высоте 4200 м над уровнем моря. Телескопы располагаются в разных полушариях и совместно могут наблюдать объекты на всей небесной сфере.

4

Рисунок 2.2.4.4. «Джемини» Северный

5

Рисунок 2.2.4.5. «Джемини» Южный

Телескоп VLT (Very Large Telescope), который находится на севере Чили на вершине горы Паранал в пустыне Атакама на высоте 2635 м над уровнем моря, состоит из четырех идентичных телескопов, размеры каждого из которых 8,2 м. Телескопы разработаны ESO (European Southern Observatory) – межправительственной европейской организацией для проведения астрономических исследований. Все четыре телескопа работают в режиме интерферометра со сверхдлинной базой и получать изображения, как на телескопе с 200-метровым зеркалом.

Телескоп Hobby-Eberly Telescope НЕТ (имени Вильяма Хобби и Роберта Эберли) обсерватории Мак-Дональд вступил в строй в 1997 году в Маунт-Фоулкес (Техас, США). Он расположен на высоте 2002 м над уровнем моря и имеет 11-метровое первичное зеркало, составленное из 91 сегмента, и подвижное вторичное зеркало. При этом эффективный диаметр зеркала HET составляет 9,2 метра. Оптическая ось телескопа установлена под фиксированным углом 35° к зенитному направлению, причем телескоп способен поворачиваться по азимуту на полный круг. В южном полушарии построен аналог телескопа НЕТ – Большой Южно-Африканский Телескоп (SALT).

6

Рисунок 2.2.4.6. Система телескопов Very Large Telescope

Телескоп «Субару», диаметр зеркала которого достигает 8,2 м, вступил в строй в 1999 году на Мауна-Кеа, Гавайские острова, на высоте 4139 м над уровнем моря. Его системы следят за формой главного зеркала с целью уменьшения искажений и борьбы с атмосферным дрожанием. Управляемый компьютером цилиндрический купол телескопа подавляет тепловую турбулентность воздуха. В настоящее время получены фотографии с разрешением 0,2". Наблюдения на данном телескопе проводятся из специальных помещений, так как во время работы телескопа люди в здании находиться не могут. Телескоп рассчитан на наблюдения от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра.

7

Рисунок 2.2.4.7. Телескоп им. Хаббла

Телескопы «Магеллан-1» и «Магеллан-2», расположенные в Лас-Кампанасе (Чили) на высоте 2300 м над уровнем моря, частично вступили в строй в 1999 году. Размеры зеркал этих телескопов 6,5 м. Полный ввод в строй этих телескопов, работающих как интерферометры, ожидается в 2002 году.

Среди рефракторов крупных телескопов нет. Йеркский рефрактор (США, 1897) имеет объектив 1,02 м, Ликский (Маунт-Гамильтон, США, 1888) – 0,9 м, Медонский (Франция, 1889) – 0,83 см. Построенный на основе технологии, свободной от комы и астигматизма, «Большой Шмидт» (Маунт-Паломар, США, 1948) имеет 48-дюймовое зеркало. Такой же по величине Британский телескоп Шмидта (1973) расположен в Австралии.

8

Рисунок 2.2.4.8. Принципиальная схема телескопа им. Хаббла

Особое значение в наш космический век придается орбитальным обсерваториям. Наиболее известная из них – космический телескоп им. Хаббла – запущен в апреле 1990 года и имеет диаметр 2,4 м. После установки в 1993 году корректирующего блока телескоп регистрирует объекты вплоть до 30-й звездной величины, а его угловое увеличение – лучше 0,1" (под таким углом видна горошина с расстояния в несколько десятков километров). С помощью телескопа удалось получить снимки далеких объектов Солнечной системы, наблюдать падение кометы Шумейкеров – Леви на Юпитер и извержение Ио, изучить цефеиды и квазары, получить снимки предельно слабых галактик.

Исследования с орбиты проводятся не только в оптическом, но и во всех других диапазонах электромагнитного излучения. Космический инфракрасный телескоп SIRTF (Space Infrared Telescope Facility), запущенный в космос в 2003 году, переименован в честь астронома из Принстона – Лаймана Спитцера.

9

Рисунок 2.2.4.9. Фотография спиральной галактики M100 до и после коррекции

10

Рисунок 2.2.4.10. Астрофизический модуль «Квант» орбитальной станции «Мир» (на фотографии слева от него отходят две солнечные батареи и вертикальная штанга)

Астрономические данные, полученных на различных современных телескопах, накапливаются на специальных компьютерах. Обычно результаты наблюдений в течение года считаются собственностью получившего их ученого. Затем данные переходят в общее пользование. В настоящее время созданы виртуальные обсерватории, в которых доступны данные наблюдений с обсерваторий VLT, SOHO, Космического телескопа им. Хаббла и других.