Последний «рекордсмен» среди оптических телескопов заработал в 2008 году, правда крупнейшая радиоастрономическая обсерватория ALMA или Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решётка) вступила в строй совсем недавно — в марте 2013 года. Но мы сейчас находимся на пороге множества новых открытий — в ближайшие десять лет планируется ввести в строй множество новых, крупнейших в своих областях телескопов. Об этих телескопах я и расскажу далее.

image
Слева направо — Квадратная километровая решётка, Телескоп с пятисот метровой апертурой, Чрезвычайно большой телескоп, Тридцатиметровый телескоп, Гигансткий Магелланов телескоп и космический телескоп «Джеймс Уэбб».

Оптические телескопы

image

Ближайшим телескопом, превосходящим возможности современных инструментов станет «Джеймс Уэбб» или JWST (James Webb Space Telescope), который планируется запустить в октябре 2018 года:

image

Он будет иметь диаметр главного зеркала 6,5 метра и превосходить телескоп «Хаббл» по этому параметру в 2,7 раза. Правда хоть он и предполагается, как замена «Хаббла» — он будет работать в инфракрасном диапазоне, и по этому его скорее стоит сравнивать с космическим телескопом «Гершель», относительно которого, разница не столь велика — примерно 1,9 раза. Приёмники инфракрасного излучения позволяют ему фиксировать экзопланеты с температурой, близкую к Земной. Он так же сможет значительно продвинуться в изучении очень далеких от нас объектов:

image

Для обеспечения хороших условий наблюдений телескоп будет отправлен в точку Лагранжа L2, а для дополнительного охлаждения будет использоваться пять последовательно расположенных экранов из полиамидной плёнки, покрытых с разных сторон алюминием и кремнием, которые будут очень хорошо рассеивать доходящие до телескопа свет и тепло Солнца. Эти пассивные средства позволят добиться температуры главного зеркала и аппаратуры телескопа ниже 50 К, а часть из датчиков будут так же охлаждаться дополнительно.

Применение одного цельного зеркала, как для «Хаббла» для данного телескопа оказалось невозможным — оно было бы слишком тяжёлым (а носителем для нового телескопа должен стать Ариан-5, который имеет в два раза меньшую полезную нагрузку, нежели Шаттл выводивший «Хаббл») и зеркало такого диаметра просто «не влезало» бы в обтекатель этого ракетоносителя, поэтому зеркало имеет складную конструкцию — две части главного зеркала по три сегмента будут вставать на своё место уже в процессе полёта телескопа в точку своего базирования (видео-обзор на этот и другие телескопы находятся в конце статьи).

image

За основу главного зеркала были взяты бериллиевые шестигранники диаметром около 1,5 метров, покрытые золотым напылением толщиной 120 нм, для лучшего отражения инфракрасного света. Всего телескоп состоит из 18 зеркал весом около 20 кг каждое. Благодаря всем ухищрениям вес удалось снизить до 6,5 тонн — против 11 тонн у «Хаббла». Однако все эти проблемы сделали своё чёрное дело — и стоимость проекта выросла до астрономических 8,8 млрд $, и по этому показателю он занял четвёртое место среди всех научных проектов, после международной космической станции, ITER и большого адронного коллайдера.

Гигантский Магелланов телескоп (GMT) с диаметром 25,4 м, является лишь третьим по размерам из строящихся оптических, и будет состоять из семи сегментов по 8,4 м диаметром каждое:

image

Точности изготовления зеркал для всех трёх телескопов — просто потрясающие, ведь неровности поверхности не должны превышать 1/10 от длинны волны (а это для видимого света — 380-780 нм), то есть метровых размеров зеркала необходимо изготавливать с отклонениями от идеальной поверхности 40 нм, и даже менее. Телескоп располагаться в обсерватории Лас-Кампанас в Чили, довольно далеко от старых Магеллановых телескопов (целых 115 км). На данный момент готовы уже четыре зеркала, однако различные проблемы привели к тому, что закончить его планируется только к 2025 году (эта дата «съехала» с планируемой — уже на пять лет). Подобные проблемы преследуют и двух других великанов — их даты окончания строительства также серьёзно сдвигались.

Следующий крупный телескоп, который планируется построить — TMT (тридцатиметровый телескоп):

image

Он будет строиться на горе Мауна Кеа на Гавайях, эта гора уже буквально «кишит» телескопами:

image

Главными из которых сейчас бесспорно являются 10-метровые телескопы Кек 1 и Кек 2, которые обычно и ассоциируют с обсерваторией:

image

Главное зеркало нового телескопа будет состоять из 492 1,4-метровых шестиугольных сегментов, как и в телескопах Кека тут будет использоваться адаптивная оптика*, управляющая каждым зеркалом отдельно. Высота расположения даёт ему значительные преимущества: для наблюдений будет использоваться видимый свет, ближний ультрафиолет, ближний и средний инфракрасный диапазон. Планируемая дата окончания строительства — 2024 год.

Самым крупным оптическим телескопом на ближайшее будущее станет E-ELT (чрезвычайно большой телескоп) с диаметром главного зеркала 39,3 м состоящим из 798 сегментов(этот размер уже был сокращён с изначальных 45 м, а ещё раньше в пользу этого проекта отказались от проекта 100-метрового телескопа, который посчитали слишком дорогим). Размер вторичного зеркала этого гиганта — 4,1 м, или почти в два раза больше, чем основное зеркало «Хаббла». На телескоп будет установлена самая совершенная система адаптивной оптики — она состоит из 6 сенсоров, 3 электромоторов для перемещения сегмента зеркала и 12 электромоторов — для его деформации, всё это необходимо для сохранения изгибов поверхности (допустимые отклонения от идеальной формы не более 30 нм) и для парирования возмущений атмосферы — для этого считывание данных с датчиков будет проводиться 1000 раз в секунду. В итоге это позволит получить разрешающую способность почти в пять раз лучше, чем без этой системы. Общий вес конструкции телескопа — 2 800 тонн.

image
Здесь можно различить фигуры людей, и шестигранные сегменты зеркала (их размеры составляют 1,4 м)

Он будет строиться на горе Армасонес в Чили, рядом с VLT (очень большой телескоп). Выбор места обусловлен атмосферными условиями в данной местности — эта гора расположена в пустыне Атакама, и воздух в этих местах очень сухой, что позволяет кроме оптических инструментов применять также рассчитанные на ближний инфракрасный свет — ведь их поглощение в Земной атмосфере обусловлены в основном водяными парами, и углекислым газом. Его также планируется ввести в строй в 2024 году.

Все три телескопа имеют значительные преимущество по разрешению относительно существующих телескопов:

image

Любовь учёных к «эффектным» названиям своих телескопов привела к появлению шуточного плана, по строительству телескопов:
image

Радиотелескопы

Телескоп FAST (телескоп с пятисот метровой апертурой) — откроется уже в сентябре 2016 года, и станет крупнейшим телескопом использующим одну апертуру (то есть «одну тарелку» грубо говоря), из когда-либо созданных. Он будет состоять из 4600 отдельных треугольных панелей значительно превысит телескоп в Аресибо диаметром 305 м (людям не знакомым с астрономией этот телескоп может быть известен по фильму «Золотой глаз» из «бондианы»). FAST будет использовать тот же принцип — когда отражающая поверхность (рефлектор) остаётся на месте, а облучатель двигается для наведения на определённую точку в небе. Можно отметить, что благодаря использованию природного рельефа (как и в случае с предыдущем рекордсменом) его строительство будет не столь дорогим — 196 млн $, это меньше стоимости уже существующих оптических телескопов, и значительно уступает — строящимся.

image

Последний из представленных здесь астрономическим инструментов является SKA (квадратная километровая решётка). Общая площадь этого радиоинтерферометра (сети из нескольких радиотелескопов, разнесённых на местности) как ясно из названия, будет составлять целый квадратный километр. Его части должны быть построены в Австралии, Аргентине, Чили и Южной Африке, при этом штаб-квартира телескопа будет находиться в Астрофизическом центре Джодрелл Бэнк рядом с Манчестером, Англия. Он будет состоять из сети в 90 штук 100-метровых, несколько тысяч радиотелескопов 15 ? 12 метров и сети 12-15 метровых параболических антенн.

image

Телескоп будет производить 160 терабайт необработанных данных в секунду. Его постройка, разбитая на две фазы, должна будет проходить в течении целых 12 лет — с 2018 по 2030, однако использовать его можно будет уже начиная с 2020 года (не в полную мощность, конечно). Общая стоимость проекта — 2 млрд $, из которых 650 $ млн уже выделено. База радиотелескопа будет составлять 5 000 километров, что позволит ему на максимальной частоте в 14 ГГц получить разрешение в 1 угловую микросекунду. Он сможет «увидеть» процессы флуктуации плотности в ранней Вселенной и формирования первых галактик, тестирование космологических моделей и моделей тёмной энергии.

С грустью надо отметить, что Россия не участвует не в одном из этих проектов, нам предлагали поучаствовать в проекте E-ELT — но не срослось.

*Атмосфера Земли помогает нам от высокоэнергетических частиц, приходящих из космоса и от излучения Солнца, но сильно мешает астрономам — толщина земной атмосферы примерно соответствует толще воды в 10 метров — не очень то удобно глядеть на объекты находящиеся в миллиардах световых лет от тебя, сквозь такой слой вещества, который ещё и постоянно перемещается ветрами. Поэтому с 90-х годов на уже существующих, и строящихся телескопах стали применять адаптивную оптику — принцип её работы заключается в следующем:

image
Фотография двух телескопов обсерватории Кека работающими в режиме интерферометра

лазерный луч специальной частоты направляется в ту область, в которую смотрит телескоп, этот луч достигает высоты в 90 км, где ионизирует атомы натрия, которые начинают светиться «как маленькая звезда». За этим свечением наблюдает прибор, который выдаёт команды электродвигателям на перемещения частей зеркала так, чтобы скомпенсировать турбулентность воздуха. Конструкция получается невероятно сложной (у телескопов обсерватории Кека по 38 сегментов зеркал, и каждый — управляется отдельно) но результат работы этой системы поражает:

image

Система телескопа E-ELT будет ещё сложнее, и будет состоять из четырёх лучей:

image

**Здесь указывается максимально возможное разрешение (у телескопа «Хаббл» для сравнения — оно составляет 120 миллисекунд), на самом деле оно также зависит от частоты по формуле:
image
где ? — угловое разрешение, ? — длина волны и D — диаметр телескопа, так что разрешение в ультрафиолетовом спектре для телескопа примерно на порядок выше, чем в инфракрасном. С учётом углового диаметра Бетельгейзе в 55 угловых миллисекунд, телескоп E-ELT сможет получить её фотографию 11 ? 11 пикселей, для Беты Живописца — это будет фотография 10 ? 10. Но с учётом гигантских дистанций до звёзд (расстояние до Бетельгейзе оценивается в 643±146 световых лет) — это огромное достижение для астрономии. В перспективе это позволит проводить спектроскопию атмосфер звёзд, близко расположенных к своим звёздам планет (это можно делать и сейчас — но сигнал приходится «вычленять» из света звезды — что сильно ограничивает точность измерений). Так же увеличение углового разрешения позволяет видеть отдельные звёзды с больших дистанций — это важно при исследованиях тел на дистанциях в млрд световых лет. Основными целями этих оптических телескопов и будет как раз наблюдения за тем, что сейчас просто не видно (из-за слабого света — далёкие звёзды, экзопалнеты), очень далеко находится (а следователь — и являются очень старыми объектами — вплоть до нескольких сот млн лет от большого взрыва), или слишком близко расположено друг к другу.

Видео обзоры данных телескопов:

Джеймс Уэбб


Гигансткий Магелланов телескоп


Тридцатиметровый телескоп


Чрезвычайно большой телескоп


Телескоп с пятисот метровой апертурой


Квадратная километровая решётка
Нужны ли новые телескопы человечеству?

Проголосовало 547 человек. Воздержалось 70 человек.

Видели ли вы обсерваторию Аресибо (его 300-метровый радиотелескоп) где-нибудь?

Проголосовало 229 человек. Воздержалось 42 человека.

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

Комментарии (18)


  1. IonDen
    14.10.2015 18:00
    +1

    Порадовала табличка с планом постройки и названиями телескопов, напомнило 42)


    1. beliakov
      14.10.2015 19:12
      +8

      Первоисточник: xkcd.com/1294


  1. Akr0n
    14.10.2015 19:21
    +13

    Приятно осознавать, что еще кто-то в этом мире тратит деньги на изучение вселенной, а не на войны.


  1. Yoto
    14.10.2015 21:15
    +1

    Я не особо в теме разбираюсь. Не подскажите, почему в большинстве зеркал по центру пустота?


    1. sielover
      14.10.2015 22:11
      +1

      Обычно все эти параболические зеркала отражают свет на другое, гиперболическое, которое расположено в районе фокуса (?) этих параболических (на первой картинке справа внизу наглядно), соответственно, центральная часть основного зеркала «не нужна». Кроме того, именно в этом направлении отражаются лучи от гиперболического зеркала далее в оптическую систему. Потеря эффективной площади при этом небольшая.


      1. sielover
        15.10.2015 10:04
        +3

        Думаю, картинкой гораздо проще и нагляднее:
        image


    1. voyager-1
      15.10.2015 02:42
      +1

      Главное зеркало отражает в начале свет вперёд, на меньшее зеркало, а уже с него дважды отражённый свет поступает в приёмник спрятанный за главным зеркалом (как раз в центральной части). Это связано с тем, что на таких больших телескопах приёмники охлаждаются почти до абсолютного нуля (чтобы снизить тепловой шум), и имеют очень большие габариты и вес — их лучше всего размещать у основания телескопа (так меньше нагрузки на вращательную систему телескопа) и больше собирающая площадь (не надо размещать габаритные датчики перед главным зеркалом, загораживая свет).

      У тридцатиметрового телескопа (который будет работать в ультрафиолете + оптическом и инфракрасном диапазоне), есть фишка с отклонением света третьим зеркалом на три разных приёмника — чтобы сами приёмники не надо было двигать. Анимация это процесса есть на третьей минуте видео про него.


  1. Akuji_bwn
    14.10.2015 21:25
    +6

    людям не знакомым с астрономией этот телескоп может быть известен по фильму «Золотой глаз» из «бондианы»


    Я думал, его визитная «кинокарточка» — «Контакт»


    1. vorphalack
      15.10.2015 08:50

      аналогично, тут наверное даже опросник «а вы помните что оно снималось в бондиане?» можно сделать.


    1. dMac
      15.10.2015 09:02

      Или, может быть, «Космическая одиссея-2» по Кларку?


      1. voyager-1
        15.10.2015 09:38

        По многочисленным просьбам трудящихся… )


  1. BasicWolf
    14.10.2015 21:37
    +3

    Спасибо огромное за статью! Читается на одном дыхании!


    1. voyager-1
      15.10.2015 02:59
      +1

      Рад что вам понравилось, значит мои труды были не напрасны)

      Akuji_bwn

      Я думал, его визитная «кинокарточка» — «Контакт»
      Просто мне показалось, что «бондиану» видело больше народа, и там он никак не был «представлен» зрителю.


  1. kay
    15.10.2015 10:45
    +1

    Пора на хабре вводить www.mathjax.org


  1. suglosta
    15.10.2015 13:30
    +1

    А я пропустил или в статье описан также самый большой китайский телескоп, который строят в Гуйчжоу?
    Диаметр 500м так-то. Про него вот интересно почитать.


    1. voyager-1
      15.10.2015 15:20
      +1

      Он называется FAST (Five hundred meter aperture spherical telescope), он описан первым из радиотелескопов (инфографика — это как раз про него).


    1. amuralex
      15.10.2015 16:21
      +2

      В провинции Гуйчжоу, уезде ПинТан (???) возводится радиотелескоп диаметр тарелки которого составляет 500 м. В байдупедии статья называется «Крупнейший в мире телескоп» ???????, ангийское название телескопа — FAST (Five hundred meters Aperture Spherical Telescope).
      В 1995 г. был предложен проект постройки 500 метрового радиотелескопа в карстовой впадине, а также выбрано место — Цяньнань-Буи-Мяоский АО (???), уезд ПинТан. В конце 2007 г. проект телескопа был официально утвержден и таким образом стал одним из девяти крупнейших научно-технических инфраструктурных объектов Китая. FAST обладет тремя заметными техническими новшествами: 1) использование природного рельефа для возведения крупноапертурного телескопа, 2) использование технологии активной отражательной поверхности, вся поверхность телескопа образована из более 4600 равносторонних подвижных треугольников. 3) Легкое канатное крепление и перемещения облучателя антенны. Легкость установки позволяет добиться миллиметровой точности позиционирования облучателя. Ввод в эксплуатацию планируется конце сентября 2016 г. Множество астрономов из разных стран уже представили планы исследований с помощью самого большого китайского телескопа.

      Ближайшее посёлок находится в пяти километрах. В 25 километрах находится ближайший уездный город. Площать поверхности — около 30 футбольных полей.


    1. amuralex
      15.10.2015 16:22
      +1