Если кому-то интересно узнать про крупнейшие телескопы мира, то можете прочитать лекцию про них в спойлере. Лекция про крупнейшие телескопы мира Итак, уважаемые коллеги, тема сегодняшней лекции называется просто «Обзор крупнейших астрономических телескопов мира». В некоторой степени данный материал является продолжением предыдущей лекции, в которой мы с вами говорили о телескопах любительского уровня – линзовых (рефракторы), зеркальных (рефлекторы или телескопы Ньютона) и зеркально-линзовых (катадиоптриках). Как я уже говорил на нашем прошлом занятии, крупнейшими телескопами являются рефлекторы. Если мы возьмем любительский уровень, то максимальная апертура телескопов-рефракторов из серийно выпускаемых моделей равна 152 мм. Вы могли видеть такой телескоп на прошлом занятии. А вот апертура рефлекторов из серийно выпускаемых моделей может в 2 раза превосходить это значение (например, 10-12 дюймовые рефлекторы). Посмотрите несколько фотографий с нашего открытия астросезона-2011: Но есть любительские рефлекторы с еще большим диаметром зеркала. Например, у этого красавца 80 см. апертура. Почему нет более крупных рефракторов? Это связано с тем, что качественные большие линзы дороги в производстве и крайне тяжелы, что ведёт к деформации и ухудшению качества изображения. Почему происходит деформация? Потому что у рефракторов поддержка линзы может осуществляться только по ее краям и больше никак. Кроме того, при увеличении апертуры линзы фокусное расстояние (или длина) у такого телескопа растет до совершенно фантастических величин, что совершенно неприемлемо на любительском уровне. Тем не менее, крупные рефракторы все же есть, но они удел астрономических обсерваторий. Самый большой рефрактор мира принадлежит Йеркской обсерватории (США) и имеет диаметр объектива 102 см. Более крупные рефракторы не используются. Вот таблица крупнейших рефракторов мира: Чтобы вы могли наглядно представить себе размеры таких телескопов, посмотрите на фотографии телескопа из Йеркской обсерватории. С зеркально-линзовыми телескопами ситуация примерно такая же, из-за наличия линзы размер апертуры также ограничен. Крупнейшим катадиоптриком, который попадался мне в Интернете, является 50-см. американский телескоп Meade, вот его фотография. В России он стоит около 2 млн. рублей. Это уже не совсем любительский уровень конечно. Итак, мы с вами разобрались с рефракторами и зеркально-линзовыми телескопами. В обоих случаях из-за наличия линзы в данных приборах их размер ограничен по причинам, которые я назвал раньше. Что же остается? Остаются телескопы системы рефлектор. Именно на основе зеркал были созданы и успешно работают сегодня крупнейшие астрономические телескопы в мире. На прошлом занятии мы с вами рассматривали фотографии, полученные посредством фотосъемки через любительские телескопы и полученные посредством съемки через профессиональные научные аппараты. Смотрите, разница совершенно наглядна и не нуждается в каких-либо дополнительных комментариях. И сегодня мы с вами поближе познакомимся с этими уникальными телескопами, которыми оперируют ученые – профессиональные астрономы. Давайте вспомним. Если взять любительский уровень телескопов, ну или скажем так, полулюбительский/полупрофессиональный, то крупнейший рефрактор имеет апертуру всего в 15 см. Крупнейший катадиоптрик имеет апертуру в 50 см. Настоящим мастодонтом по сравнению с ними выглядит крупнейший любительский рефлектор с диаметром зеркала в 32 дюйма (80 см.) Далее следует крупнейший рефрактор с диаметром линзы в 1 метр, но это уже целиком и полностью научный прибор. Скажите, а зачем астрономам нужна как можно большая апертура? Для чего? Думаю, что вы знаете. При увеличении диаметра апертуры в два раза светособирающая площадь линзы или зеркала вырастает в 4 раза. Это означает, что при использовании данного инструмента астроному будут доступны для наблюдения вчетверо более слабо светящиеся объекты, удастся увидеть свет более далеких звезд, галактик, туманностей и т.д. Теперь вам понятно, в связи с чем связана так называемая «апертурная» гонка или «апертурный» голод у астрономов? Более совершенный инструмент позволит увидеть свет более далеких или более тусклых объектов, тем самым расширив познания об окружающей нас Вселенной. Так вот, есть ли телескопы, имеющие намного больший диаметр апертуры, чем 1 метр? Да, такие телескопы есть. И каждый из них – пример выдающегося инженерного ума, больших финансовых затрат и крайне продуманного места расположения. Итак, представляю вашему вниманию некий ТОП-10 крупнейших или самых знаменитых оптических телескопов мира. На сегодняшний день самым большим телескопом является телескоп The Gran Telescopio CANARIAS (GTC). Его сегментированное зеркало имеет диаметр 10,4 метра и состоит из 36 шестиугольных сегментов, которые объединены в общую структуру. Он установлен на горной вершине Мучачос на высоте 2400 метров выше уровня моря в обсерватории Ла-Пальма на Канарских островах. В работе над проектом GTC были задействованы несколько учреждений из Испании, Мексики и университета Флориды. Строительство телескопа велось семь лет. Большую сложность в ходе этих работ представляла доставка компонентов устройства на труднодоступный пик. Стоимость постройки телескопа и дополнительных инструментов составила 180 миллионов долларов. Данный телескоп видит объекты в миллиард раз более слабые, чем те, что видит невооруженный человеческий глаз. 24 июля 2009 г. король Испании Хуан Карл ос де Бурбон торжественно открыл Большой Канарский Телескоп, в настоящий момент являющийся наиболее мощным и совершенным телескопом планеты, использующим при наблюдениях последние достижения науки и технологии. Второе место по праву принадлежит 2-м телескопам Вильяма Кека, расположенным на вершине горы Мауна-Кеа на Гавайях (США) на высоте 4123 м. над уровнем моря. Диаметр зеркал у каждого из них равен 10 м. Оба телескопа принадлежат Калифорнийскому технологическому институту (Калтех) и Калифорнийскому университету. Телескопы расположены в обсерватории Мауна-Кеа, а их создание финансировалось фондом У.М. Кека. Первый телескоп был закончен в 1992 г., второй - в 1996 г. Зеркала этих телескопов имеют уникальную конструкцию, состоящую из 36 отдельных шестиугольных элементов. Необходимая конфигурация зеркал поддерживается специальной системой пассивных опор и активной компьютерной системой управления. Телескопы "Кек I" и "Кек II" находятся на расстоянии около 85 м друг от друга. Это – телескопы-близнецы. Каждый «брат» весит около 300 тонн, возвышается на уровень восьмиэтажного здания и может накапливать как видимый свет, так и инфракрасное излучение. Телескопы Кека способны увидеть пламя свечи на Луне. Строительство телескопов финансировал фонд В. Кека, поэтому телескопы названы в его честь. Вильям Майрон Кек (1880-1964) был миллионер и филантроп. Свои миллионы он заработал на нефти, а тратил деньги весьма умно - создал фонд своего имени, одну из крупнейших благотворительных организаций в США. Его сын, Говард, после смерти отца в 1964 продолжил его дело. Не только нефтяное, но и благотворительное. В 1985 году он выделил 140 миллионов долларов на разработку и строительство двух телескопов на вулкане Мауна Кеа на Гаваях. Я не слышал, чтобы у нас в России нефтянники, строители и прочие банкиры вкладывали деньги в астрономические обсерватории. Третье место занимает Большой Южноафриканский телескоп (Southern African Large Telescope - SALT). Эта махина возведена неподалеку от Сазерленда, в 370 км., к северо-востоку от Кейптауна в полупустынном регионе Карру, ЮАР. Это крупнейший оптический телескоп в южном полушарии. SALT расположен на вершине холма (высота 1783 м над уровнем моря). Установка главного зеркала телескопа началась в марте 2004 года, последний его элемент установлен в мае 2005 года. Так называемый «первый свет» (получение первых изображений с помощью телескопа) состоялся 1 сентября 2005 года. Официальная церемония открытия телескопа с участием президента ЮАР Табо Мбеки произошла 10 ноября 2005 года. Денежный вклад ЮАР составил около трети от 36 миллионов долларов, необходимых на финансирование SALT в течение первых 10 лет. Оставшуюся сумму внесли другие партнёры — Германия, Польша, США, Великобритания и Новая Зеландия. SALT подобно телескопам обсерватории Кек имеет главное зеркало, состоящее из массива зеркал, работающего как одно большое зеркало. Главное зеркало SALT имеет размеры 11 x 9.8 метра и состоит из 91 одинакового шестиугольника. Положение каждого из шестиугольников может регулироваться для более точной настройки главного зеркала. Изготовление сегментов главного зеркала и их первичная обработка выполнялись на ОАО «Лыткаринский завод оптического стекла», окончательную полировку проводила фирма Кодак. Четвертое место держит телескоп Хобби-Эберли (The Hobby-Eberly Telescope - HET). Телескоп назван в честь лейтенант-губернатора Техаса — Билла Хобби (Bill Hobby) и Роберта Эберли (Robert E. Eberly), благодетеля из штата Пенсильвания. Данный телескоп расположен в Обсерватории Мак-Дональда в штате Техас (США). Построенный общими усилиями Техасского университета в Остине и нескольких других университетов США и Германии, телескоп был введен в действие в 1997 г. Имеет 11-метровое сегментированное зеркало, однако во время наблюдений работает только область главного зеркала диаметром 9,2 м. Главное зеркало состоит из 91 кусочка, которые работают вместе как одно большое главное зеркало. Телескоп широко использовался для изучения космоса начиная с нашей Солнечной системы и заканчивая звёздами в нашей галактики и для изучения остальных галактик. Телескоп успешно использовался для поиска экзопланет. Телескоп также использовался для измерения вращения отдельных галактик. Телескоп НЕТ находится на высоте 2072 м. над уровнем моря. На пятом месте находится Большой бинокулярный телескоп (The Large Binocular Telescope - LBT). Это один из наиболее технологически передовых и обладающих наивысшим разрешением оптических телескопов в мире, расположенный на 3,3-километровой горе Грэхем в юго-восточной части штата Аризона (США). Является частью международной обсерватории Маунт-Грэм. Телескоп обладает двумя зеркалами диаметром 8,4 м., установленных на общем креплении, называясь поэтому бинокулярным. Межосевое расстояние составляет 14,4 м. Телескоп по своей светосиле эквивалентен телескопу с одним зеркалом диаметром 11,8 м, а его разрешающая способность эквивалентна телескопу с одним зеркалом диаметром 22,8 м. В нем используются активная и адаптивная оптика. Первый свет телескоп увидел 12 октября 2005 года, запечатлев объект NGC 891 в созвездии Андромеды. Наблюдение NGC 891, галактики на расстоянии 24 миллионов световых лет, продемонстрировали ошеломляющий прогресс. Телескоп согласно своей спецификации достигает величин, которые не могут быть достигнуты ни одним другим астрономическим телескопом на планете. Полный вес телескопа 380 тонн. Большой оптический телескоп установлен на 30 метровом цементном пирсе. Эта высота необходима, чтобы телескоп находился в прозрачном воздухе выше окружающих телескоп деревьев. При строительстве телескопа были учтены защитные механизмы от возможных штормов. Случайные штормы на горном пике могут быть серьезными, поэтому телескоп разработан таким образом, чтобы противостоять ветрам со скоростью до 225 км/часов. Размер обсерватории чрезвычайно компактен, телескоп и вспомогательные здания занимают место меньше 70x70 метров. 8.4-метровые зеркала весят 15.6 тонн каждое, немногим больше чем 3.5-метровое зеркало, произведенное традиционными методами. Без технологических прорывов 8,4-метровое зеркало весило бы приблизительно 200 тонн. В отличии от предыдущих телескопов зеркала у LBT несегментированные, а сплошные. Шестым в нашем ТОПе будет Очень Большой телескоп (Very Large Telescope – VLT). Это настоящий комплекс из четырех отдельных оптических телескопов: телескопы Анту, Куэен, Мелипал и Йепун. На языке индейцев Мапуче эти названия означают "Солнце", "Луна", "Южный крест" и "Венера". Телескопы расположены на вершине горы Серро Параналь, на высоте 2635 м. в Чили. Диаметр зеркала каждого из 4-х телескопов составляет 8,2 м. Кроме 4-х основных инструментов в систему VLT так же входят 4 вспомогательных инструмента диаметром 1,8 м. Первый инструмент был введен в строй 1 апреля 1999 года. В 3 км от обсерватории расположена гостиница Южной Европейской обсерватории. VLT оснащён широким спектром приборов, для наблюдения волн разного диапазона — от ближнего ультрафиолетового до среднего инфракрасного (то есть большую часть всех волн доходящих до поверхности земли). В частности, системы адаптивной оптики позволяют почти полностью исключить влияние турбулентности атмосферы в инфракрасном диапазоне, благодаря чему VLT получает в этом диапазоне изображения в 4 раза более чёткие, чем телескоп Хаббла. Одним из последних достижений VLT являются фотографии высокого качества с изображением RCW 38 – звёздного скопления, в котором рождающиеся звёзды уничтожают своих собратьев. Сегодня мы с вами посмотрим еще фильм с участием данного комплекса телескопов. Седьмое место занимает телескоп "Субару". Это телескоп Японской национальной астрономической обсерватории, расположенный на вершине горы Мауна Кея (Гавайские острова), на высоте 4 139 метров над уровнем моря. Его сооружение начато в 1991 г., а ввод в действие состоялся в 1999 г. Знаете такую марку автомашин Субару? Так вот на самом деле "Субару" по-японски означает Плеяды. Зеркало у телескопа монолитное, тонкое, имеет новейшую активную систему управления, в результате чего достигается рекордное качество изображения для наземных телескопов. Оно изготовлено из стекла с ультранизким увеличением и имеет диаметр 8,3 м. и толщину 20 см. Из-за большой массы почти в 23 тонны поверхность зеркала подвергается значительному воздействию гравитационных сил и деформируется, что в итоге влияет на фокус зеркала. Для непрерывного восстановления точной формы зеркала используется специальный механизм на базе 261 датчика. Механизм, состоящий из 261 привода, играет важную роль в поддержке главного зеркала телескопа "Субару". Каждый привод с помощью собственного мотора передает через сенсор усилие на зеркало. В то же время, в обратную сторону передаются данные о деформации зеркала вследствии гравитационного и температурного воздействия. Вся информация поступает в центральный компьютер, который, управляя приводами, приводит зеркало в идеальное состояние. Кстати, обратите внимание на то, что телескоп Субару расположен совсем близко от телескопов Кек. А рядом с ними находится телескоп Северный Джемини. На восьмом месте у нас два телескопа-близнеца Джемини. Северный Джемини Южный Джемини Это два 8-метровых телескопа для оптической и инфракрасной астрономии, сооруженные при международном сотрудничестве США, Великобритании, Канады, Чили, Бразилии, Аргентины и Австралии. Один из них расположен в северном полушарии, в Обсерваториях Мауна-Кеа на Гавайях, второй - в южном полушарии - в Сьерро-Пачин в Чили, вблизи обсерватории Сьерро-Тололо. Такое расположение телескопов гарантирует для них полный охват неба, беспрепятственное покрытие северного и южных небосвода. Гавайский телескоп пущен в 1998 г., и его южный "близнец" - в 2000 г. Телескоп — Джемини Север в рамках «Международного года астрономии-2009» принимал участие в проекте «100 часов астрономии», который длился свыше четырёх дней и ночей, со 2 по 5 апреля 2009 года. Два телескопы позволяют вести очень высококачественные инфракрасные наблюдения благодаря защищённому серебром покрытию их зеркал и технологическим системам вентиляции. Благодаря высокой степени сетевой коммуникации, телескопы Джемини могут работаться отдалённо, и наблюдения могут быть проведены при различных атмосферных условиях. А что же у нас в России? И у нас есть свой большой телескоп, называется Большой телескоп азимутальный (БТА). БТА – это 6-метровый российский телескоп, расположенный на Северном Кавказе близ горы Пастухова на высоте 2070 м над уровнем моря. Он является крупнейшим в Евразии телескопом. Являлся самым большим телескопом с 1975 года и по 1993, когда заработал десятиметровый телескоп Обсерватории Кека. Фокусное расстояние зеркала 24 м., вес зеркала без учета оправы — 42 т. Телескоп установлен на альт-азимутальной монтировке. Масса подвижной части телескопа — около 650 т. Общая масса телескопа — около 850 т. Главный конструктор — Баграт Константинович Иоаннисиани. Механические конструкции телескопа были изготовлены Ленинградским Оптико-Механическим Объединением. Главное зеркало изготовлено Лыткаринским заводом оптического стекла (ЛЗОС). Одновременно на месте установки телескопа было развернуто строительство главной башни и технологических помещений. Параллельно строилось жильё для будущих сотрудников обсерватории. Введён в эксплуатацию 30 декабря 1975 года. Заготовка для изготовления зеркала весила 70 тонн, что требовало разработки плавки и отливки стекла, и его охлаждения. Всего было изготовлено три заготовки. Первую предполагалось охлаждать девять месяцев, однако такая «большая» скорость изменения температуры привела к расколу болванки. Вторая охлаждалась медленнее — 0,03 градуса в час. Для полного охлаждения потребовалось два года и 19 дней. Для обработки зеркала потребовалось 16,5 месяцев и 15 000 карат алмазного инструмента, после чего болванка стала легче на 30 тонн. После тонкой полировки масса уже готового зеркала равнялась 42 тонны. Зеркало везли на специальном трейлере, часть пути по воде. Некоторые дороги в Карачаево-Черкессии пришлось расширять специально для этого. Сначала, перед транспортировкой настоящего зеркала, чтобы установить технические условия перевозки (скорости на ровных участках пути, на подъёмах, движении на воде, места стоянок, методы борьбы с перегревом и т.п.) по всему пути следования провезли специальный груз-имитатор. Однако уже после трудоемкой доставки зеркала в обсерваторию и его установки в монтировку, обнаружились дефекты на поверхности зеркала, что потребовало изготовления ещё одного — третьего зеркала. Отражающее покрытие зеркала из алюминия. С интервалом в среднем раз в 3-5 лет производится его обновление. Зеркало отсоединяют от телескопа и алюминируют прямо в оправе в специальной вакуумной установке. Это был девятый телескоп. Давайте взглянем на карту Земли, на те места, где расположены крупнейшие телескопы. Как видите, большинство из них стремится быть расположенными как можно ближе к экватору Земли. Замыкает десятку пожалуй, самый знаменитый телескоп последнего времени – космический телескоп Хаббла. Телескоп Хаббл (англ. Hubble Space Telescope, HST) является космическим телескопом на орбите вокруг Земли. Телескоп Хаббл назван так в честь Эдвина Хаббла – знаменитого американского астронома. Телескоп Хабл является совместной разработкой NASA и Европейского Космического Агентства. Телескоп был запущен в 1990 году шаттлом Дискавери, хотя его запуск был запланирован четырьмя годами раньше, но из-за катастрофы Челленджера в 1986 году был отложен. На производство телескопа было потрачено 1,5 млрд. долларов США. Сначала телескоп давал не очень качественные изображение из-за ошибки в оптической системе. В 1993 году ошибки были исправлены. Планируется, что телескоп будет работать до 2013 года, тогда на смену ему на орбиту будет доставлен телескоп Джеймс Вебб. Телескоп Хабл в отличии от подобных телескопов, расположенных на Земле, обладает более высокой (в 7–10 раз) разрешающей способностью. С Земли телескопом управляют две структуры: Центр космических полетов Годдарда, который управляет непосредственно полетом, и Научный институт космического телескопа, в обязанности которого входят научные исследования и руководство. Параметры орбиты Апогей: 571 км. Перигей: 565 км. Период обращения вокруг Земли: 96,2 мин. Длина телескопа Хабл составляет 13,3 метров, диаметр 4,3 метра, размах солнечных батарей 2,0 метра. Масса телескопа Хабл 11000 кг, приборы, установленные на нем увеличивают его массу до 12500 кг. Рефлекторный телескоп Хаббл оснащен зеркалом диаметром 2,4 метра. Телескоп Хаббл обслуживается космонавтами во время полетов на космических кораблях. Было решено обслуживать телескоп на орбите раз в три года. За все время нахождения телескопа Хаббл на орбите его обслуживали пять раз. Телескопом Хаббл было сделано 700 000 снимков 22 000 небесных тел – звезд, планет, галактик. Ежедневно с телескопа Хабл на Землю отправляется 15 гигабайт информации. Астрономы всего мира используют данные телескопа Хаббл в своих исследованиях, по данным, полученным с телескопа написано более четырех тысяч научных статей. Для астрономических исследований данные, обнаруженные телескопом Хабл просто незаменимы. Телескопом Хаббл впервые был сделан снимок поверхности Плутона. Получены снимки ультрафиолетовых полярных сияний на Сатурне, Юпитере и Ганимеде. С телескопа Хаббл были сделаны качественные изображение столкновения Юпитера и кометы Шумейкеров-Леви 9, которое произошло в 1994 году. Благодаря качественным изображениям с телескопа Хаббл частично было подтверждено существование чёрных дыр в центрах галактик. Было доказано, что у большинства звёзд происходит процесс формирования планет. Сформировалось более четкое представление о Вселенной, представляющей собой ускоряющуюся Вселенную, заполненную тёмной энергией. Снимки телескопа Хаббл определили возраст Вселенной, который составляет 13,7 млрд. лет. Сравнение снимков, сделанных телескопом Хабл доказало, что Вселенная однородна. Полученные "Хабблом" данные сперва аккумулируются в бортовых накопителях, затем, через систему спутников связи, расположенных на низкой орбите, они передаются телескопом в Центр космических полетов имени Годдарда в штате Мэриленд. Для технического обслуживания и ремонта "Хаббла" НАСА осуществило пять полетов шаттла к телескопу. Последнее из таких путешествий предпринял экипаж "Атлантиса" в мае 2009 года. Тогда астронавты установили на телескопе датчик системы точного наведения, три новых батареи, несколько термозащитных пластин. Эта экспедиция "Атлантиса" стала последней миссией шаттла с целью модернизации космической обсерватории. Больше подобных полетов в НАСА не планируют, но надеются, что "Хаббл" проработает еще от пяти до девяти лет, добывая для ученых новую бесценную информацию. Теперь давайте просмотрим небольшие отрывки из фильма «Взгляд в небо. 400 лет телескопических открытий». В том числе и про телескопы будущего.
