Где находятся самые большие телескопы на земле?

Как будет работать E-ELT

При работе адаптивной оптики лазерные лучи сформируют в атмосфере так называемые «лазерные звезды», изображения которых будут использоваться для последующей коррекции атмосферных искажений возникающих из-за турбулентности в атмосфере. Хотя E-ELT это поистине гигантское сооружение, максимальное отклонение поверхности его главного зеркала от идеальной формы не будет превышать каких-то сотых долей микрона.

Лазеры в действии

Столь сложная задача этим отнюдь не исчерпываются. Существует еще множество трудностей, которые предстоит решить инженерам и ученым. Для управляемой деформации и перемещения каждого отдельного сегмента зеркала предусмотрено 15 электромоторов. На каждом сегменте размещено шесть сенсоров, в задачу которых входит регистрировать его положение по отношению к соседним.

В погоне за черной дырой

Черные дыры находятся в центрах галактик. Гравитационное притяжение в этих областях настолько велико, что покинуть черные дыры не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий. В центре галактики Млечный путь находится черная дыра с массой около 10 миллионов масс Солнца. В центрах активных галактик – миллиарды масс Солнца.

– Как же вы планируете наблюдать черную дыру, если она не излучает свет?

– Она черная и увидеть ее, естественно, нельзя. Поэтому ученые занимаются следующим. Они пытаются увидеть тень от черной дыры, которая будет наиболее прямым свидетельством, что черные дыры действительно существуют. Предполагается, что сзади черной дыры есть излучающая область. Вы увидите тень от черной дыры, а вокруг нее такой светлый ореол.

Фото: m24.ru/Иван Носатов

– У вас есть успехи в поисках тени от черной дыры?

– Черные дыры ищут многие, включая нас в проекте «РадиоАстрон». Год назад мы провели наблюдения за центром нашей галактики. Теоретически там можно увидеть тень от черной дыры. Изображение центра галактики сильно рассеивается. Мы сейчас пытаемся получить его истинное изображение, используя обсуждавшуюся выше субструктуру. Посмотрим, получится ли у нас.

– Вы рассчитываете получить Нобелевскую премию за открытие черной дыры?

– Не знаю, кто получит Нобелевскую премию за открытие черной дыры, когда увидят ее тень. Да и получит ли вообще. Но кто бы это ни был, это может быть сделано, только при учете нового эффекта «субструктуры рассеяния», который мы открыли в «РадиоАстроне».

Подготовка и запуск

Мнение эксперта

Я был на первом совещании по проекту «РадиоАстрон», на котором мы ознакомились с его конструкцией. Нас собрал генеральный директор, докладывали идею этого телескопа.Тогда я был начальником производства. Раньше была традиция, что все новые проекты обсуждались при большом собрании всех специалистов.

Проблема «Спектра-Р» была в том, что практически не было финансирования. Проект был сделан в значительной степени на энтузиазме. Обычно, чтобы запустить в космос один аппарат, нужно сделать 4-5 его копий – наземных машин. На них проводят тепловые испытания, прочностные испытания, радиотехнические испытания, антенные. Впервые на моей практике мы провели все испытания на одном аппарате. И он все прошел. Но это были перестроечные годы.

Чтобы запустить в космос такой большой телескоп, применили нестандартный подход. 27 лепестков антенны сложили как цветок, а потом раскрыли в космосе и восстановили необходимую поверхность телескопа – это парабаллоид вращения – с точностью до одного миллиметра.

Руслан Камаев
Ведущий специалист НПО им. С.А. Лавочкина, заслуженный машиностроитель России

Телескоп запустили в космос 18 июля 2011 года с космодрома Байконур.

Юрий Ковалев – руководитель научной программы «РадиоАстрон», член-корреспондент РАН, профессор РАН, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.

– Юрий, как вы относитесь к попаданию «РадиоАстрона» в Книгу рекордов Гиннесса?

– Конечно несерьезно, я вас умоляю.

Но это, конечно же, громадный успех НПО имени Лавочкина, которое реализовало космический телескоп. Они большие молодцы.

Согласно информации от Роскосмоса, на момент запуска в 2011 году программа «РадиоАстрон» стоила около 5 миллиардов рублей.

– Тогда расскажите, что же исследует «РадиоАстрон».

– Черные дыры, далекие активные ядра галактик, пульсары, области звездообразования, межзвездную среду в нашей галактике

Еще есть важное направление – гравитационные измерения. Надо понимать, что мы исследуем астрономические объекты в дальнем космосе

«РадиоАстрон» – не про Солнечную систему. Например, наблюдать им кометы или астероиды – тоже самое, что надеть очки для дальнозоркости и уткнуться вплотную носом в книгу – вы ничего не разглядите.

Юрий Ковалев, фото: m24.ru/Иван Носатов

– Результаты наблюдений «РадиоАстрона» могут поколебать основы теоретической физики?

– Смотря что понимать под основами. Основы школьной физики они не поколеблют. Пока нарушений основных законов природы мы не наблюдаем. Если под основами подразумевать основы физики активных галактик или основы физики межзвездной среды, которые моему поколению преподавали в университете, то несомненно это уже произошло.

Телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST)

6 из 18 фрагментов зеркала телескопа JWST

Долгожданный (и один из постоянно откладываемых) телескопов, JWST планировался к запуску в этом году. Но так как стоимость строительства данного телескопа уже давно перевалила за рамку бюджета, аэрокосмическому агентству NASA пришлось отложить запуск этого поистине амбициозного проекта до 2018 года. К счастью агентство пообещало, что больше никаких задержек не будет. Оно и к лучшему, ведь астрономы уже с невероятно голодными глазами ожидают первые данные, которые будут собраны этим телескопом.

Как и свой предшественник «Хаббл», JWST будет работать в космосе, где ему не придется бороться с эффектами искажения картинки, вызываемыми атмосферой нашей планеты. В отличии от «Хаббла», размер основного зеркала JWST в три раза больше. И в место наблюдения за видимым спектром, JWST будет работать в инфракрасном диапазоне. Это позволит телескопу окунуться в тайны, связанные с ранним периодом формирования нашей Вселенной. Так как Вселенная постоянно расширяется, объекты в ней становятся дальше от нас и поступающих от этих объектов свет в результате эффекта Доплера подвержен длинноволновому смещению (или как его еще называют — красному сдвигу). Обычный телескоп, работающий в видимом спектре здесь не подойдет. Кроме того инфракрасная камера JWST отлично подойдет для обнаружения тепла исходящего от возможных экзопланет.

Большой телескоп азимутальный (БТА)

Большой Телескоп Азимутальный (БТА)

У подножья горы Пастухова на горе Семиродники в Специальной астрофизической обсерватории (САО) установлен Большой Телескоп Азимутальный. Его также по-простому называют – БТА. Этот телескоп находится на высоте 2070 метров над уровнем моря и по принципу действия является телескопом-рефлектором. Главное зеркало данного телескопа имеет диаметр 605 см и имеет параболическую форму. Фокусные расстояние главного зеркала – 24 метра. БТА является крупнейшим телескопом в Евразии. В настоящее время Специальная астрофизическая обсерватория является крупнейшим российским астрономическим центром наземных наблюдений за Вселенной.

Возвращаясь к телескопу БТА стоит упомянуть несколько весьма впечатляющих цифр. Так, например, вес главного зеркала телескопа без учета оправы составляет 42 тонны, масса подвижной части телескопа — около 650 тонн, а общая масса всего телескопа БТА — около 850 тонн! В настоящее время телескоп БТА имеет несколько рекордов, относительно других телескопов на нашей планете. Так, главное зеркало БТА является крупнейшем в мире по массе, а купол БТА является крупнейшим астрономическим куполом в мире!

Большой Канарский телескоп (GTC)

Большой Канарский телескоп (GTC)

В поисках следующего телескопа мы отправляемся в Испанию, на Канарские острова, а если быть совсем точнее, то на остров Ла Пальма. Здесь на высоте 2267 метров над уровнем моря расположен Большой Канарский телескоп (GTC). Этот телескоп был построен в 2009 году. Как и телескоп БТА, Большой Канарский телескоп (GTC) по принципу действия является телескопом-рефлектором. Главное зеркало данного телескопа имеет диаметр 10,4 метра.

Большой Канарский телескоп (GTC) может наблюдать за звездным небом в оптическом и в среднем инфракрасном диапазоне. Благодаря инструментам Osiris и CanariCam он может проводить поляриметрические, спектрометрические и коронографические исследования космических объектов.

Большой Южно-африканский телескоп (SALT)

Большой Южно-африканский телескоп (SALT)

Далее мы отправляемся на Африканский континент, а точнее – в Южно-Африканскую республику. Здесь на вершине холма, в полупустынной местности близ деревушки Сутерланд на высоте 1798 метров над уровнем моря расположен Большой Южно-африканский телескоп (SALT). Как и предыдущие телескопы, по принципу действия Большой Южно-африканский телескоп (SALT) является телескопом-рефлектором. Главное зеркало данного телескопа имеет диаметр 11 метров. Любопытно, но данный телескоп не является крупнейшим в мире, однако, Большой Южно-африканский телескоп (SALT) на сегодняшний день – самый большой телескоп южного полушария. Главное зеркало данного телескопа – это не цельный кусок стекла. Главное зеркало состоит из 91 шестиугольного элемента, каждый из которых имеет диаметр в 1 метр. Для улучшения качества изображения все отдельные сегментные зеркала могут регулироваться по углу. Таким образом, достигается точнейшая форма. Сегодня, такая технология строения главных зеркал (набор отдельных подвижных сегментов) получила широкое распространение при строительстве крупных телескопов.

Большой Южно-африканский телескоп (SALT) был создан для спектрометрического и визуального анализа излучения, исходящего от астрономических объектов, находящихся вне поля видимости телескопов, расположенных в северном полушарии. В настоящее время данный телескоп обеспечивает наблюдение за квазарами, дальними и близкими галактиками, а также отслеживает эволюцию звезд.

История строительства

Сравнение основных зеркал некоторых телескопов; E-ELT — большая похожая на соты структура справа от центра (показана зелёным цветом)

Строительство телескопа, которое займет 10—11 лет, планировалось начать в 2012 году. Стоимость проектирования оценивается в 57 миллионов, а строительства — 1,05 миллиарда евро. Под воздействием инфляции в 2018 году стоимость телескопа возросла до 1,23 млрд долларов, а по прогнозам — к 2024 году стоимость всего проекта должна составить около 1,47 млрд долларов. Часть этой суммы — 400 млн евро — включает производство главного зеркала, контракт на изготовление которого получили немецкая фирма SCHOTT и французская компания Safran Reosc.

26 апреля 2010 года совет Европейской южной обсерватории выбрал гору (Серро-Армасонес) в пустыне Атакама в Чили в качестве площадки для строительства телескопа.

12 июня 2012 года Европейский союз утвердил план строительства телескопа в пустыне Атакама в Чили.

В декабре 2013 года стало известно, что строительные работы начнутся в марте 2014 года и займут предположительно 16 месяцев. За этот срок будет построена подъездная дорога к месту будущей башни телескопа, подготовлены несущая платформа на вершине горы Армасонес, а также траншеи для труб и кабелей.

20 июня 2014 года была взорвана вершина скалы в том месте, где должна быть башня телескопа. Тем самым готовится опора под многотонный инструмент.

12 ноября 2015 года прошла церемония закладки первого камня в сооружения телескопа.

Видео, показывающее будущий телескоп (англ.)

25 мая 2016 года в штаб-квартире ESO (Европейская южная обсерватория) был подписан самый крупный контракт в истории наземной астрономии. Предмет контракта — строительство башни, купола и механических конструкций сверхтелескопа, приблизительная сумма контракта составляет 400 миллионов евро. Шоссе, ведущее к будущей обсерватории, будет запущено в 2017 году. По словам гендиректора ESO Тима де Зеу, несмотря на текущую политическую ситуацию, Европейская южная обсерватория открыта для международного сотрудничества и не возражает против работы с российскими астрономами и предприятиями по производству астрономических инструментов.

Строительные работы в сентябре 2019 года

30 мая 2017 года в штаб-квартире ESO были подписаны контракты на изготовление 39-метрового главного зеркала. Немецкая компания займётся производством заготовок сегментов зеркала, а французская фирма Reosc (входит в промышленный конгломерат Safran) выполнит полировку, сборку и тестирование сегментов.

8 января 2018 была завершена отливка первых шести из более чем 900 сегментов зеркала (798 сегментов для главного зеркала и 133 запасных). После стабилизации производственного процесса каждый день будут отливать по одному сегменту.

В ноябре 2018 года появились первые фотографии уже заложенного фундамента ELT.

27 сентября 2019 началось сооружение 2800-тонного купола телескопа.

Лидер среди рефракторов

В далёком 1900 году в Париже прошла Всемирная астрономическая выставка. Специально для экспозиции было сконструировано изобретение, ставшее самым большим в мире телескопом-рефрактором. Его фотография представлена выше.

Рефракторы – это привычные всем нам оптические телескопы, для современных версий которых характерна компактность. Их конструкция намного проще, чем у перечисленных выше изобретений. В рефракторах для собирания света используется система линз, именуемая объективом.

Но французское изобретение впечатляет своими размерами. Диаметр линзы достигает 59 дюймов (это 125 сантиметров), а фокусное расстояние составляет 57 метров.

Естественно, это устройство практически не использовалось, как астрономический инструмент. Но зрелище было впечатляющим. К сожалению, в 1909 году его демонтировали и разобрали.

Всё потому, что компания, спонсировавшая процесс по изготовлению данного устройства (занявший 14 лет), обанкротилась. Об этом фирма заявила сразу после окончания выставки. Поэтому в 1909-м изобретение выставили на аукцион. Однако покупателя на столь неординарную вещь не нашлось, и её постигла печальная участь, о которой было уже сказано. Так что посмотреть на телескоп в наши дни невозможно.

Список самых больших телескопов

Рассмотрим семь комплексов телескопов с зеркалами диаметром более 8 метров. Здесь мы пытались их упорядочить по такому параметру как апертура, однако это не определяющий параметр качества наблюдения. Каждый из перечисленных телескопов имеет свои достоинства и недостатки, определенные задачи и требуемые для их выполнения характеристики.

1. Большой Канарский телескоп, открытый в 2007-м году, является оптическим телескопом с наибольшей апертурой в мире. Диаметр зеркала составляет 10,4 метра, собирающая площадь 73 м², а фокусное расстояние — 169,9 м. Телескоп находится в Обсерватории Роке де лос Мучачос, которая расположена на пике потухшего вулкана Мучачос, примерно 2400 метров над уровнем моря, на одном из Канарских островов под названием Пальма. Местный астроклимат считается вторым наиболее качественным для астрономических наблюдений (после Гавайи).
2. Два телескопа Кек имеют зеркала диаметром по 10 метров каждый, собирающая площадь по 76 м² и фокусное расстояние 17,5 м. Принадлежат обсерватории Мауна-Кеа, которая располагается на высоте 4145 метров, на пике горы Мауна-Кеа (Гавайи, США). В обсерватории Кека было обнаружено наибольшее количество экзопланет.
3. Телескоп Хобби — Эберли находится в Обсерватории Макдональда (Техас, США) на высоте 2070 метров. Его апертура равна 9,2 м, хотя физически основное зеркало рефлектора имеет размеры 11 х 9,8 м. Собирающая площадь 77,6 м², фокусное расстояние 13,08 м. Особенность этого телескопа заключается в ряде нововведений. Одно из них — подвижные инструменты, находящиеся в фокусе, которые перемещаются вдоль неподвижного основного зеркала.
4. Большой южно-африканский телескоп, принадлежащий Южно-африканской астрономической обсерватории, имеет зеркало наибольших размеров – 11,1 х 9,8 метров. При этом его эффективная апертура несколько меньше — 9.2 метра. Собирающая площадь составляет 79 м². Телескоп находится на высоте 1783 метра в полупустынном регионе Кару, ЮАР.
5. Большой бинокулярный телескоп является одним из наиболее технологически развитых телескопов. Он обладает двумя зеркалами («бинокулярный»), каждое из которых имеет диаметр 8,4 метра. Собирающая площадь 110 м², а фокусное расстояние 9,6 м. Телескоп находится на высоте 3221 метр и принадлежит Международной обсерватории Маунт-Грэм (Аризона, США).
6. Телескоп Субару, построенный в далеком 1999-м году, имеет диаметр 8,2 м, собирающую площадь 53 м² и фокусное расстояние 15 м. Принадлежит обсерватории Мауна-Кеа (Гавайи, США), той же, что и телескопы Кек, но находится шестью метрами ниже – на высоте 4139 м.
7. VLT (Very Large Telescope – с англ. «Очень большой телескоп») состоит из четырех оптических телескопов с диметрами по 8,2 м и четырех вспомогательных – по 1,8 м. Телескопы располагаются на высоте 2635 м в пустыне Атакама, Чили. Находятся под контролем Европейской Южной Обсерватории.

Направление развития

Так как строительство, установка и эксплуатация гигантских зеркал является достаточно энергозатратным дорогостоящим мероприятием имеет смысл повышать качество наблюдения иными способами, помимо увеличения размеров самого телескопа. По этой причине ученые также работают в направлении развития самих технологий наблюдения. Одной из таких технологий является адаптивная оптика, которая позволяет минимизировать искажения полученных изображений в результате различных атмосферных явлений. Если рассмотреть подробнее, то телескоп фокусируется на достаточно яркой звезде для определения текущих атмосферных условий, в результате чего получаемые изображения обрабатываются с учетом текущего астроклимата. В случае, если на небосводе нет достаточно ярких звезд, телескоп излучает лазерный луч в небо, формируя на нем пятно. По параметрам этого пятна ученые определяют текущую атмосферную погоду.

Адаптивная оптика с лазером

Часть оптических телескопов работает также в инфракрасном диапазоне спектра, что позволяет получать более полную информацию об исследуемых объектах.

SALT

Большой южно-африканский телескоп (SALT) расположен на вершине холма в трёхстах семидесяти километрах к северо-востоку от Кейптауна, близ городка Сазерленд. Это самый крупный из действующих оптических телескопов для наблюдений за южной полусферой. Его главное зеркало с размерами 11,1×9,8 метра состоит из девяносто одной шестиугольной пластины.

Первичные зеркала большого диаметра исключительно сложно изготовить как монолитную конструкцию, поэтому у крупнейших телескопов они составные. Для изготовления пластин используются различные материалы с минимальным температурным расширением, такие как стеклокерамика.

Основная задача SALT — исследование квазаров, далёких галактик и других объектов, свет от которых слишком слаб для наблюдения с помощью большинства других астрономических инструментов. По своей архитектуре SALT подобен «Субару» и паре других известных телескопов обсерватории Мауна-Кеа.

Телескоп Хаббл

В 1990 году НАСА запустило космический телескоп «Хаббл». Он был выведен на орбиту вокруг Планеты Земля, и человечество увидело космос под другим углом. Это позволило нам делать более четкие и качественные снимки глубокого космоса и предоставило столько новых данных, что почти 25% научных работ по астрономии в то время основывались на информации, полученной с космического телескопа Хаббла.

Свое название он получил в честь самого влиятельного астронома 20 века, он был, как Стивен Хокинг для нашего поколения. Сделал очень много уникальных открытий, классифицировал галактики, открыл астероид и многое другое. К сожалению, этот человек умер слишком рано (63 года), но даже после его смерти телескоп с его именем продолжил работу за него.

Европейский чрезвычайно большой телескоп в Чили

Европейский чрезвычайно большой телескоп (E-ELT) получился даже больше, чем гавайский Тридцатиметровый телескоп. Диаметр его зеркала составляет 39 метров. Европейский чрезвычайно большой телескоп призван стать самым большим среди существующих оптических телескопов в мире. Интересно отметить, что несмотря на свое название, телескоп расположен не в Европе. Такое название телескоп получил ввиду того, что его кураторством будет заниматься Европейская южная обсерватория (ESO), в которую входят представители из 14 европейских стран. Телескоп расположен в чилийской пустыне, где условия наиболее оптимально походят для занятий астрономией. Следует отметить, что у ESO здесь имеются и 8 других телескопов, включая Очень большой телескоп (VLT) и ALMA.

Строительство E-ELT, официально стартовавшее 20 июня этого года, началось со взрыва верхушки горы, где он будет установлен. Как уже было отмечено выше, E-ELT станет самым большим оптическим телескопом в мире. Он будет способен улавливать в 13 раз больше света, чем любой из сегодняшних телескопов. Благодаря такой мощности, E-ELT сможет наблюдать за планетами вокруг самых удаленных звезд, а также, помимо всего прочего, займется поиском темной энергии. Строительство E-ELT будет идти в течение ближайших десяти лет.

«Субару»

Телескоп «Субару» расположен на вершине вулкана Мауна-Кеа (Гавайи) и работает вот уже четырнадцать лет. Это телескоп-рефлектор, выполненный по оптической схеме Ричи — Кретьена с главным зеркалом гиперболической формы. Для минимизации искажений его положение постоянно корректирует система из двухсот шестидесяти одного независимого привода. Даже корпус здания имеет особую форму, снижающую негативное влияние турбулентных потоков воздуха.

Обычно изображение с подобных телескопов недоступно непосредственному восприятию. Оно фиксируется матрицами камер, откуда передаётся на мониторы высокого разрешения и сохраняется в архив для детального изучения. «Субару» примечателен ещё и тем, что ранее позволял вести наблюдения по старинке. До установки камер был сконструирован окуляр, в который смотрели не только астрономы национальной обсерватории, но и первые лица страны, включая принцессу Саяко Курода — дочь императора Японии Акихито.

Сегодня на «Субару» может быть одновременно установлено до четырёх камер и спектрографов для наблюдений в диапазоне видимого и инфракрасного света. Самая совершенная из них (HSC) была создана компанией Canon и работает с 2012 года.

Камера HSC проектировалась в Национальной астрономической обсерватории Японии при участии множества партнерских организаций из других стран. Она состоит из блока линз высотой 165 см, светофильтров, затвора, шести независимых приводов и CCD матрицы. Её эффективное разрешение составляет 870 мегапикселей. Используемая ранее камера Subaru Prime Focus обладала на порядок меньшим разрешением — 80 мегапикселей.

Поскольку HSC разрабатывалась для конкретного телескопа, диаметр её первой линзы составляет 82 см — ровно в десять раз меньше диаметра главного зеркала «Субару». Для снижения шумов матрица установлена в вакуумной криогенной камере Дьюара и работает при температуре -100 °С.

Телескоп «Субару» удерживал пальму первенства вплоть до 2005 года, когда завершилось строительство нового гиганта — SALT.