Tmt: как устроен телескоп диаметром 30 метров

      Комментарии к записи Tmt: как устроен телескоп диаметром 30 метров отключены

Tmt: как устроен телескоп диаметром 30 метров

26 мая 2015 года стало настоящим праздником для астрологов всей земли. В данный сутки губернатор штата Гавайи Дэвид Игей дал начать нулевой цикл строительства вблизи вершины потухшего вулкана Мауна-Кеа огромного приборного комплекса, что через пара лет станет одним из наибольших оптических телескопов в мире.

Гиганты на арене

Новый телескоп стал называться Тридцатиметровый телескоп (Thirty Meter Telescope, TMT), потому, что его апертура (диаметр) составит 30 м. В случае если все отправится по замыслу, TMT заметит первый свет в первой половине 20-ых годов XXI века, а спустя еще год начнутся регулярные наблюдения. Сооружение будет вправду громадным — шириной 56 и высотой 66 м. Основное зеркало будет составлено из 492 шестиугольных сегментов неспециализированной площадью 664 м?. По этому показателю TMT на 80% превзойдет Огромный Магелланов телескоп (Giant Magellan Telescope, GMT) с апертурой 24,5 м, что в первой половине 20-ых годов двадцатьпервого века вступит в строй в чилийской обсерватории Лас-Кампанас, принадлежащей Университету Карнеги.

Но мировым чемпионом TMT пробудет недолго. На 2024 год запланировано открытие Очень громадного европейского телескопа (European Extremely Large Telescope, E-ELT) с рекордным диаметром 39,3 м, что станет флагманским инструментом Европейской южной обсерватории (ESO). Его сооружение уже началось на трехкилометровой высоте на горе Серро-Армазонес в чилийской пустыне Атакама.

Основное зеркало этого великана, составленное из 798 сегментов, будет собирать свет с площади 978 м?.

Эта прекрасная триада составит группу оптических супертелескопов нового поколения, у которых продолжительно не будет соперников.

    Тридцать метров науки Тридцатиметровый телескоп TMT выстроен по схеме Ричи-Кретьена, которая употребляется во многих сейчас действующих больших телескопах, в том числе и в наибольшем на настоящий момент Gran Telescopio Canarias с главным зеркалом диаметром 10,4 м. На начальной стадии TMT будет оснащен тремя ИК- и оптическими спектрометрами, а в будущем планируется добавить к ним еще пара научных устройств.

Анатомия супертелескопов

Оптическая схема TMT восходит к совокупности, которую сотню лет назад независимо внесли предложение американский астролог Джордж Виллис Ричи и француз Анри Кретьен. В базе ее лежит комбинация из главного вогнутого зеркала и соосного с ним выпуклого зеркала меньшего диаметра, причем оба они имеют форму гиперболоида вращения. Лучи, отраженные от вторичного зеркала, направляются в отверстие в центре главного рефлектора и фокусируются сзади него.

Применение второго зеркала в данной позиции делает телескоп более компактным и увеличивает его фокусное расстояние. Эта конструкция реализована во многих действующих телескопах, в частности в наибольшем на настоящий момент Gran Telescopio Canarias с главным зеркалом диаметром 10,4 м, в десятиметровых телескопах-близнецах гавайской Обсерватории Кека и в четверке 8,2-метровых телескопов обсерватории Серро-Параналь, принадлежащей ESO.

Оптическая совокупность E-ELT кроме этого содержит вогнутое основное зеркало и выпуклое вторичное, но наряду с этим имеет последовательность неповторимых изюминок. Она складывается из пяти зеркал, причем основное из них представляет собой не гиперболоид, как у TMT, а эллипсоид.

GMT сконструирован совсем в противном случае. Его основное зеркало складывается из семи однообразных монолитных зеркал диаметром 8,4 м (шесть составляют кольцо, седьмое находится в центре). Вторичное зеркало — не выпуклый гиперболоид, как в схеме Ричи-Кретьена, а вогнутый эллипсоид, расположенный перед фокусом главного зеркала. В середине XVII века такую конфигурацию внес предложение шотландский математик Джеймс Грегори, а на практике в первый раз воплотил Гук в первой половине 70-ых годов XVII века.

По грегорианской схеме выстроены Громадный бинокулярный телескоп (Large Binocular Telescope, LBT) в интернациональной обсерватории на горе Грэм в штате Аризона (оба его «глаза» оснащены такими же главными зеркалами, как и зеркала GMT) и два однообразных Магеллановых телескопа с апертурой 6,5 м, каковые В первую очередь 2000-х годов трудятся в обсерватории Лас-Кампанас.

Сила — в устройствах

Любой телескоп сам по себе — легко большая зрительная труба. Для превращения в астрономическую обсерваторию его нужно снабдить видеокамерами и высокочувствительными спектрографами.

TMT, что запланирован на срок работы более чем в 50 лет, прежде всего оснастят тремя измерительными инструментами, смонтированными на неспециализированной платформе — IRIS, IRMS и WFOS. IRIS (InfraRed Imaging Spectrometer) является комплексом из камеры высокого разрешения, снабжающей обзор в поле 34 х 34 угловых секунды, и спектрометра инфракрасного излучения.

IRMS — это многощелевой инфракрасный спектрометр, а WFOS — широкоугольный спектрометр, что может в один момент отслеживать до 200 объектов на площади не меньше 25 квадратных угловых мин.. В конструкции телескопа предусмотрено плоско-поворотное зеркало, направляющее свет на необходимые сейчас устройства, причем для переключения необходимо меньше десяти мин.. В будущем телескоп оборудуют еще четырьмя камерой и спектрометрами для наблюдения экзопланет.

В соответствии с нынешним замыслам, по одному дополнительному комплексу будет добавляться каждые два с половиной года. GMT и E-ELT кроме этого будут иметь очень богатую приборную начинку.

Европейский гигант

Супертелескопы следующего десятилетия обойдутся недешево. Правильная сумма до тех пор пока малоизвестна, но уже ясно, что их неспециализированная цена превысит $3 млрд. Что же эти громадные инструменты дадут науке о Вселенной?

«E-ELT будет использован для астрономических наблюдений самых различных масштабов — от Нашей системы до сверхдальнего космоса. И на каждой масштабной шкале от него ожидают только богатой информации, большую часть которой не смогут выдать другие супертелескопы, — поведал «Популярной механике» член научной команды европейского гиганта Йохан Лиске, что занимается внегалактической обсервационной космологией и астрономией. — На это имеется две обстоятельства: во-первых, E-ELT сможет собирать большое количество больше света по сравнению со собственными соперниками, и во-вторых, его разрешающая свойство будет значительно выше.

Заберём, скажем, внесолнечные планеты. Их перечень скоро растет, к концу первой половины нынешнего года он содержал около 2000 названий. на данный момент основная задача состоит не в умножении числа открытых экзопланет, а в сборе конкретных информации об их природе.

Как раз этим и будет заниматься E-ELT. В частности, его спектроскопическая аппаратура разрешит изучать атмосферы каменных землеподобных планет с точностью и полнотой, совсем недоступной для сейчас действующих телескопов. Эта исследовательская программа предусматривает поиск паров воды, органических молекул и кислорода, каковые смогут быть продуктами жизнедеятельности организмов земного типа.

Нет сомнения, что E-ELT увеличит количество претендентов на роль обитаемых экзопланет».

Новый телескоп обещает и другие прорывы в астрономии, космологии и астрофизике. Как мы знаем, существуют большие основания для предположения, что Вселенная уже пара миллиардов лет расширяется с ускорением, обусловленным чёрной энергией. Величину этого ускорения возможно выяснить по трансформациям в динамике красного смещения света далеких галактик. В соответствии с нынешним оценкам, данный сдвиг соответствует 10 см/с за десятилетие.

Эта величина очень мелка для измерения посредством сейчас действующих телескопов, но для E-ELT такая задача в полной мере по силам. Его сверхчувствительные спектрографы разрешат кроме этого взять более качественные эти для ответа на вопрос, постоянны ли фундаментальные физические константы либо они изменяются со временем.

E-ELT обещает настоящую революцию во внегалактической астрономии, которая занимается объектами, расположенными за пределами Млечного Пути. Нынешние телескопы разрешают замечать отдельные звезды в ближайших галактиках, но на громадных расстояниях они пасуют. Европейский супертелескоп предоставит возможность заметить самые броские звезды в галактиках, отдаленных от Солнца на десятки и миллионы миллионов световых лет.

Иначе, он будет способен принять свет и от самых ранних галактик, о которых еще фактически ничего не известно. Он кроме этого сможет следить за звездами вблизи сверхмассивной черной дыры в центре отечественной Галактики — не только измерять их скорости с точностью до 1 км/с, но и открывать малоизвестные сейчас звезды в близи от дыры, где их орбитальные скорости приближаются к 10% скорости света. И это, как говорит Йохан Лиске, далеко не полный список неповторимых возможностей телескопа.

Магелланов телескоп

Строит огромный Магелланов телескоп интернациональный консорциум, объединяющий более десятка разных исследовательских институтов и университетов США, южной Кореи и Австралии. Как растолковал «ПМ» доктор наук астрономии Аризонского университета и помощник директора Стюартовской обсерватории Деннис Заритски, грегорианская оптика была выбрана по той причине, что она повышает уровень качества изображений в широком поле зрения. Такая оптическая схема сейчас прекрасно зарекомендовала себя на нескольких оптических телескопах 6−8-метрового диапазона, и вдобавок раньше ее использовали на больших радиотелескопах.

Не обращая внимания на то что по диаметру и площади светособирающей поверхности GMT уступает TMT и E-ELT, у него имеется много важных преимуществ. Его аппаратура сможет в один момент измерять спектры солидного числа объектов, что очень принципиально важно для обзорных наблюдений. Помимо этого, оптика GMT снабжает весьма возможность и высокую контрастность забраться на большом растоянии в инфракрасный диапазон.

Диаметр его поля зрения, как и у TMT, составит 20 угловых мин..

По словам доктора наук Заритски, GMT займет хорошее место в триаде будущих супертелескопов. К примеру, с его помощью возможно будет получать данные о чёрной материи — главном компоненте многих галактик. О ее распределении в пространстве возможно делать выводы по перемещению звезд. Но большая часть галактик, где она господствует, содержат относительно мало звезд, к тому же достаточно тусклых.

Аппаратура GMT будет в состоянии отслеживать перемещения большое количество большего числа таких звезд, чем устройства любого из сейчас действующих телескопов. Исходя из этого GMT разрешит правильнее составить карту чёрной материи, и это, со своей стороны, разрешит возможность выбрать самая правдоподобную модель ее частиц. Такая возможность получает особенную сокровище, в случае если учесть, что до сих пор чёрную материю не получалось ни найти методом пассивного детектирования, ни взять на ускорителе.

На GMT кроме этого будут делать и другие исследовательские программы: поиск экзопланет, включая планеты земного типа, наблюдение самых древних галактик и изучение межзвездного вещества.

    Супергигант E-ELT станет самым громадным в мире телескопом с главным зеркалом диаметром 39,3 м. Он будет оснащен суперсовременной совокупностью адаптивной оптики (АО) с тремя деформируемыми зеркалами, талантливыми устранить искажения, появляющиеся на разных высотах, и сенсорами волнового фронта для анализа света от трех природных опорных звезд и четырех-шести неестественных (порожденных в воздухе посредством лазеров). Благодаря данной совокупности разрешающая свойство телескопа в ближней инфракрасной территории при оптимальном состоянии воздуха достигнет шести угловых миллисекунд и близко приблизится к дифракционному пределу, обусловленному волновой природой света.

Гавайский проект

«TMT — единственный из трех будущих супертелескопов, место для которого выбрано в Северном полушарии, — говорит член правления гавайского проекта, астрофизики и профессор астрономии Калифорнийского университета в Санта-Крус Майкл Болте. — Но его смонтируют не весьма на большом растоянии от экватора, на 19-м градусе северной широты. Исходя из этого он, как и другие телескопы обсерватории Мауна-Кеа, сможет обозревать небосвод обоих полушарий, тем более что по части условий наблюдения эта обсерватория — одно из лучших мест на планете.

Помимо этого, TMT будет трудиться в связке с группой расположенных по соседству телескопов: двух 10-метровых близнецов Keck I и Keck II (каковые можно считать прототипами TMT), и 8-метровых Subaru и Gemini-North. Совокупность Ричи-Кретьена вовсе не просто так задействована в конструкции многих больших телескопов. Она снабжает хорошее поле зрения и очень действенно защищает и от сферической, и от коматической аберрации, искажающей изображения объектов, не лежащих на оптической оси телескопа.

К тому же для TMT запланирована воистину прекрасная адаптивная оптика. Ясно, что астрологи с полным основанием ожидают, что наблюдения на TMT принесут много превосходных открытий».

Согласно точки зрения доктора наук Болте, и TMT, и другие супертелескопы будут содействовать прогрессу астрофизики и астрономии в первую очередь тем, что в очередной раз отодвинут границы известной науке Вселенной и в пространстве, и во времени. Еще 35−40 лет назад замечаемый космос по большей части был ограничен объектами не старше 6 млрд лет. на данный момент удается надежно замечать галактики возрастом около 13 млрд лет, чей свет был испущен через 700 млн лет по окончании Громадного взрыва.

Имеются кандидаты в галактики с возрастом 13,4 млрд лет, но это пока не подтверждено. Возможно ожидать, что устройства TMT смогут регистрировать источники света возрастом только чуть меньше (на 100 млн лет) самой Вселенной.

TMT предоставит астрономии и множество вторых возможностей. Результаты, каковые будут на нем взяты, разрешат уточнить динамику химической эволюции Вселенной, лучше осознать планет формирования и процессы звёзд, углубить знания о структуре отечественной Галактики и ее ближайших соседей и, например, о галактическом гало.

Но основное в том, что TMT, так же как GMT и E-ELT, вероятнее, разрешит исследователям ответить на вопросы фундаментальной важности, каковые на данный момент нельзя не только корректно сформулировать, но а также вообразить. В этом, согласно точки зрения Майкла Болте, и состоит главная сокровище проектов супертелескопов.

Оптика для супертелескопов

Три самых больших телескопа первой половины XXI столетия будут применять различные оптические схемы. TMT выстроен по схеме Ричи-Кретьена с вогнутым главным зеркалом и выпуклым вторичным (оба гиперболические). E-ELT имеет вогнутое основное зеркало (эллиптическое) и выпуклое вторичное (гиперболическое).

GMT применяет оптическую схему Грегори с вогнутыми зеркалами: главным (параболическим) и вторичным (эллиптическим).

Апертура (диаметр) нового телескопа составит 30 метров. В случае если все отправится по замыслу, TMT в первый раз заметит свет звезд в первой половине 20-ых годов XXI века, а спустя еще год начнутся регулярные наблюдения.

Супертелескоп E-ELT обещает настоящую революцию во внегалактической астрономии, которая занимается объектами, расположенными за пределами Млечного Пути.

Любой телескоп сам по себе — легко большая зрительная труба. Для превращения в астрономическую обсерваторию его нужно снабдить видеокамерами и высокочувствительными спектрографами.

На земле и в небесах

В октябре 2018 года планируется вывести в космос телескоп James Webb (JWST). Он будет трудиться лишь в оранжевой и красной территориях видимого спектра, но сможет вести наблюдения практически во всем среднем инфракрасном диапазоне впредь до волн длиной 28 мкм (инфракрасные лучи с длинами волн более чем 20 мкм полностью поглощаются в нижнем слое воздуха молекулами углекислого газа и воды, так что наземные телескопы их не подмечают).

Потому, что он будет защищен от тепловых помех земной атмосферы, его спектрометрические устройства будут значительно чувствительнее наземных спектрографов. Но диаметр его главного зеркала — 6,5 м, и исходя из этого благодаря адаптивной оптике угловое разрешение наземных телескопов будет многократно выше. Так что, по словам Майкла Болте, наблюдения на JWST и на наземных супертелескопах будут идеально дополнять друг друга.

Что касается возможностей 100-метрового телескопа, то доктор наук Болте очень осмотрителен в оценках: «По моему точке зрения, в ближайшие 20−25 лет просто не удастся создать совокупности адаптивной оптики, талантливые действенно трудиться в паре со стометровым зеркалом. Быть может, это случится где-то лет через сорок, во второй половине столетия».

Статья «Великаны наблюдают в небо» размещена в издании «Популярная механика» (№156, октябрь 2015).

как устроен телескоп


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: