Японские астрономы получили самый детальный снимок соседней галактики. Андромеду сфотографировали при помощи новой камеры сверхвысокого разрешения Hyper-Suprime Cam (HSC), установленной на японском телескопе «Субару». Это один из самых больших в мире работающих оптических телескопов — с диаметром главного зеркала более восьми метров. В астрономии размер часто имеет решающее значение. Давайте поближе познакомимся с другими гигантами, расширяющими границы наших наблюдений за космосом.

Андромеда (фото: HSC Project/NAOJ)
Андромеда (фото: HSC Project/NAOJ).

1. «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.

Телескоп
Телескоп «Субару» (фото: naoj.org).

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.

Схема Hyper-Suprime Cam (изображение: HSC Project/NAOJ)
Схема Hyper-Suprime Cam (изображение: HSC Project/NAOJ).

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.

2. 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.

Большой южно-африканский телескоп (фото: Southern African Large Telescope consortium)
Большой южно-африканский телескоп (фото: Southern African Large Telescope consortium).

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.

3. Keck

Десятиметровые зеркала двух главных телескопов обсерватории Кека состоят из тридцати шести сегментов и уже сами по себе позволяют достичь высокого разрешения. Однако главная особенность конструкции в том, что два таких телескопа могут работать совместно в режиме интерферометра. Пара Keck I и Keck II по разрешающей способности эквивалентна гипотетическому телескопу с диаметром зеркала 85 метров, создание которого на сегодня технически невозможно.

Телескопы обсерватории Кека (фото: astronomy.swin.edu.au)
Телескопы обсерватории Кека (фото: astronomy.swin.edu.au).

Впервые на телескопах Keck была опробована система адаптивной оптики с подстройкой по лазерному лучу. Анализируя характер его распространения, автоматика компенсирует атмосферные помехи.

Пики потухших вулканов — одна из лучших площадок для строительства гигантских телескопов. Большая высота над уровнем моря и удалённость от крупных городов обеспечивают отличные условия для наблюдений.

4. GTC

Большой Канарский телескоп (GTC) также расположен на пике вулкана в обсерватории Ла-Пальма. В 2009 году он стал самым большим и самым совершенным наземным оптическим телескопом. Его главное зеркало диаметром 10,4 метра состоит из тридцати шести сегментов и считается самым совершенным из когда-либо созданных. Тем сильнее удивляет сравнительно низкая стоимость этого грандиозного проекта. Вместе с камерой инфракрасного диапазона CanariCam и вспомогательным оборудованием на строительство телескопа было затрачено всего $130 млн.

Большой Канарский телескоп (фото: Gran Telescopio CANARIAS)
Большой Канарский телескоп (фото: Gran Telescopio CANARIAS).

Благодаря CanariCam выполняются спектроскопические, коронографические и поляриметрические исследования. Оптическая часть охлаждается до 28 К, а сам детектор — до 8 градусов выше абсолютного нуля.

5. LSST

Поколение больших телескопов с диаметром главного зеркала до десяти метров заканчивается. В рамках ближайших проектов предусмотрено создание серии новых с увеличением размеров зеркал в два–три раза. Уже в следующем году в северной части Чили запланировано строительство широкоугольного обзорного телескопа-рефлектора Large Synoptic Survey Telescope (LSST).

LSST - Большой обзорный телескоп (изображение: lsst.org)
LSST — Большой обзорный телескоп (изображение: lsst.org).

Ожидается, что он будет обладать самым большим полем зрения (семь видимых диаметров Солнца) и камерой с разрешением 3,2 гигапикселя. За год LSST должен делать более двухсот тысяч фотографий, общий объём которых в несжатом виде превысит петабайт.

Основной задачей станут наблюдения за объектами со сверхслабой светимостью, включая астероиды, угрожающие Земле. Запланированы также измерения слабого гравитационного линзирования для обнаружения признаков тёмной материи и регистрация кратковременных астрономических событий (таких как взрыв сверхновой). По данным LSST предполагается строить интерактивную и постоянно обновляемую карту звёздного неба со свободным доступом через интернет.

При надлежащем финансировании телескоп будет введён строй уже в 2020 году. На первом этапе требуется $465 млн.

6. GMT

Гигантский Магелланов телескоп (GMT) — перспективный астрономический инструмент, создаваемый в обсерватории Лас-Кампанас в Чили. Главным элементом этого телескопа нового поколения станет составное зеркало из семи вогнутых сегментов общим диаметром 24,5 метра.

Гигантский Магелланов телескоп (фото: Giant Magellan Telescope Observatory)
Гигантский Магелланов телескоп (фото: Giant Magellan Telescope Observatory).

Даже с учётом вносимых атмосферой искажений детальность сделанных им снимков будет примерно в десять раз выше, чем у орбитального телескопа «Хаббл». В августе 2013 года завершается отливка третьего зеркала. Ввод телескопа в эксплуатацию намечен в 2024 году. Стоимость проекта сегодня оценивается в $1,1 млрд.

7. TMT

Тридцатиметровый телескоп (TMT) — ещё один проект оптического телескопа нового поколения для обсерватории Мауна-Кеа. Главное зеркало диаметром в 30 метров будет выполнено из 492 сегментов. Его разрешающая способность оценивается как в двенадцать раз превышающая таковую у «Хаббла».

Тридцатиметровый телескоп (фото: ESO)
Тридцатиметровый телескоп (фото: ESO).

Начало строительства запланировано на следующий год, завершение — к 2030-му. Расчётная стоимость — $1,2 млрд.

8. E-ELT

Европейский чрезвычайно большой телескоп (E-ELT) сегодня выглядит наиболее привлекательным по соотношению возможностей и затрат. Проектом предусмотрено его создание в пустыне Атакама в Чили к 2018 году. Текущая стоимость оценивается в $1,5 млрд. Диаметр главного зеркала составит 39,3 метра. Оно будет состоять из 798 шестиугольных сегментов, каждое из которых — около полутора метров в поперечнике. Система адаптивной оптики будет устранять искажения при помощи пяти дополнительных зеркал и шести тысяч независимых приводов.

Европейский чрезвычайно большой телескоп -  E-ELT (фото: ESO)
Европейский чрезвычайно большой телескоп — E-ELT (фото: ESO).

Расчётная масса телескопа составляет более 2800 тонн. На нём будет установлено шесть спектрографов, камера ближнего ИК-диапазона MICADO и специализированный инструмент EPICS, оптимизированный для поиска планет земного типа.

Основной задачей коллектива обсерватории E-ELT станет детальное исследование открытых к настоящему времени экзопланет и поиск новых. В качестве дополнительных целей указывается обнаружение признаков наличия в их атмосфере воды и органических веществ, а также изучение формирования планетарных систем.

Оптический диапазон составляет лишь малую часть электромагнитного спектра и обладает рядом свойств, ограничивающих возможности наблюдения. Многие астрономические объекты практически не обнаруживаются в видимом и ближнем инфракрасном спектре, но при этом выдают себя за счёт радиочастотных импульсов. Поэтому в современной астрономии большая роль отводится радиотелескопам, размер которых напрямую влияет на их чувствительность.

9. Arecibo

В одной из ведущих радиоастрономических обсерваторий Аресибо (Пуэрто-Рико) расположен крупнейший радиотелескоп на одной апертуре с диаметром рефлектора триста пять метров. Он состоит из 38 778 алюминиевых панелей суммарной площадью около семидесяти трёх тысяч квадратных метров.

Радиотелескоп обсерватории Аресибо (фото: NAIC - Arecibo Observatory)
Радиотелескоп обсерватории Аресибо (фото: NAIC — Arecibo Observatory).

С его помощью уже был сделан ряд астрономических открытий. К примеру, в 1990 году обнаружен первый пульсар с экзопланетами, а в рамках проекта распределённых вычислений Einstein@home за последние годы были найдены десятки двойных радиопульсаров. Однако для ряда задач современной радиоастрономии возможностей «Аресибо» уже едва хватает. Новые обсерватории будут создаваться по принципу масштабируемых массивов с перспективой роста до сотен и тысяч антенн. Одними из таких станут ALMA и SKA.

10. ALMA и SKA

Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решётка (ALMA) представляет собой массив из параболических антенн диаметром до 12 метров и массой более ста тонн каждая. К середине осени 2013 года число антенн, объединённых в единый радиоинтерферометр ALMA, достигнет шестидесяти шести. Как и у большинства современных астрономических проектов, стоимость ALMA превышает миллиард долларов.

Радиотелескопы обсерватории ALMA (фото: W. Garnier / ALMA / ESO)
Радиотелескопы обсерватории ALMA (фото: W. Garnier / ALMA / ESO).

Квадратная километровая решётка (SKA) — другой радиоинтерферометр из массива праболических антенн, расположенных в Южной Африке, Австралии и Новой Зеландии на общей площади около одного квадратного километра.

Антенны радиоинтерферометра"Квадратная километровая решётка" (фото: stfc.ac.uk)
Антенны радиоинтерферометра «Квадратная километровая решётка» (фото: stfc.ac.uk).

Его чувствительность примерно в пятьдесят раз превосходит возможности радиотелескопа обсерватории Аресибо. SKA способен уловить сверхслабые сигналы от астрономических объектов, расположенных на удалении 10–12 млрд световых лет от Земли. Начать первые наблюдения планируется в 2019 году. Проект оценивается в $2 млрд.

Несмотря на огромные масштабы современных телескопов, их запредельную сложность и многолетние наблюдения, исследование космоса только начинается. Даже в Солнечной системе до сих пор обнаружена лишь малая часть объектов, заслуживающих внимания и способных повлиять на судьбу Земли.