Главные зеркала 30-метрового телескопа и Европейского очень большого телескопа предполагается составить из существенно меньших, чем на Магеллановом телескопе, сегментов. Вариант с сегментами небольшого размера обладает несомненными преимуществами, одно из которых простота изготовления. Недостатки же состоят в том, что при перемещении телескопа положение каждого из сегментов достаточно сложно контролировать. В итоге неотъемлемой частью телескопа станет система датчиков, фиксирующих любое взаимное перемещение сегментов. Одновременно их ориентация будет постоянно контролироваться, чтобы с точностью до нескольких нанометров поддерживать постоянное значение радиуса кривизны главного зеркала. Другая весьма важная часть телескопа-рефлектора это адаптивная оптическая система. Её функция состоит в том,
Главное зеркало Магелланова телескопа будет составлено из семи очень больших зеркал, каждое из которых изготовлено из специального борсиликатного стекла с ячеистой (сотовой) структурой.такая конструкция позволит снизить общий вес зеркала, одновременно обеспечивая его прочность. Воздух строго определённой температуры будет закачиваться в ячейки, обеспечивая переход зеркала в состояние теплового равновесия в течение всего лишь 20 минут. Такие параметры вполне приемлемы с учётом того, что 100-дюймовому телескопу на Маунт-Вилсон в Калифорнии (функционирующему с 1917 г.) необходима целая ночь для того, чтобы во всех точках его главного зеркала толщиной 33 см установилась одинаковая температура.
В разных конструкциях телескопов-рефлекторов используется разное количество зеркал. В некоторых случаях световой пучок выводится за пределы телескопа (для этого нужны 2 3 зеркала); в некоторых камера располагается внутри телескопа, что позволяет обойтись одним-двумя зеркалами. Световой пучок от изучаемого источника падает вначале на главное зеркало телескопа-рефлектора, которое фокусирует падающий световой пучок в район расположения меньшего по размеру второго зеркала. Оно осуществляет дальнейшую фокусировку пучка, перенаправляя его либо на третье зеркало (выводящее пучок за пределы телескопа), либо уже непосредственно на детектор.
Максимальный размер зеркала, которое можно сделать из цельного куска стекла (которое покрывается тонким слоем алюминия), составляет 8,4 м. Большее зеркало будет слишком тяжёлым, им трудно управлять. В случае чрезмерно массивного зеркала также невозможно быть уверенным, что во всех его точках поддерживается одна и та же температура. В случае же разной степени нагретости разных частей зеркала качество изображения сильно страдает. Именно поэтому в очень больших зеркальных телескопах главное зеркало приходится делать составным, в виде мозаичного набора зеркал небольшого размера.
Европейский очень большой телескоп (European Extremely Large Telescope): диаметр главного зеркала 42 м (906 сегментов по 1,45 м); площадь поперечного сечения пучка 1200 м2; варианты размещения Канарские острова или Чили.
Проекты 30-метрового телескопа [ ] и строящегося Европейского очень большого телескопа [ ]
30-метровый телескоп (Thirty meters telescope): диаметр главного зеркала 30 м (492 сегмента, каждый размером 1,4 м); поперечное сечение пучка 600 м2; место размещения ещё не выбрано, возможно, это будет Чили или Мауна-Кеа на Гавайях.
Гигантский Магелланов телескоп [ ]
Гигантский Магелланов телескоп (Giant Magellan Telescope): диаметр главного зеркала 24,5 м (состоит из семи сегментов, каждый размером 8,4 м); поперечное сечение светового пучка 400 м2, место расположения Лас-Кампанас, Чили.
Этими обстоятельствами и можно объяснить тот факт, что в настоящее время в стадии проектирования находятся сразу три телескопа с гигантскими, по современным меркам, размерами зеркал.
Гигантские телескопы-рефлекторы. Достоинствами рефлекторов является меньший сравнительно с телескопами-рефракторами вес (что существенно при строительстве телескопов высоко в горах, и тем более в комосе), а также меньший уровень искажений изображения объектов. Количество информации, которую можно получить с помощью телескопа, определяется двумя факторами: поверхностью собирающей оптики и эффективностью приёмников излучения. Последняя, по крайней мере в оптическом диапазоне, приближается к своему теоретическому пределу, так что увеличить возможности телескопов можно, только увеличивая их размеры, в первую очередь размеры зеркала телескопа-рефлектора. чрезвычайно важно, что, во-первых, при изготовлении зеркала для телескопа-рефлектора высокие требования по качеству предъявляются только к уровню полировки поверх]ности зеркала. В случае же телескопа-рефрактора линза должна быть однородной по всему объёму. Во-вторых, рефлекторы работают в широком диапазоне длин волн, в то время как в рефракторе коэффициент поглощения для некоторых участков спектра оказывается достаточно высоким. Имеет значение и то обстоятельство, что линзы в телескопе закреплены по краям, а следовательно, смещение центральной части линзы под действием сил гравитации может стать весьма значительным. Зеркало же в рефракторе может быть зафиксировано не только по краям, а потому действие сил тяготения существенно меньше. В значительной степени именно поэтому размер линзы в телескопе-рефракторе не превышает 1 м, а размер зеркала в телескопе-рефлекторе может превышать 10 м.
Следующий важный этап в истории телескопа связан с именем Исаака Ньютона. В 1668 и 1671 гг. Ньютон изготовил первые образцы зеркального телескопа (его называют телескопом-рефлектором в отличие от телескопа-рефрактора, в котором используются линзы). Именно как создатель телескопа-рефлектора Ньютон был принят в члены Лондонского Королевского общества. Существенные усовершенствования в ньютоновскую модель зеркального телескопа внёс наш соотечественник М.В.Ломоносов, изготовивший в 1761 1765 гг. несколько зеркальных телескопов собственной конструкции. Добавим, что именно такой телескоп использовал Вильям Гершель, открывший в 1781 г. планету Уран, седьмую планету Солнечной системы.
Немного истории. Первые футурологические размышления о возможности изучать в деталях удалённые объекты принадлежат перу знаменитого средневекового философа монаха Роджера Бэкона: « мы будем в состоянии читать мельчайшие буквы с огромного расстояния и считать песчинки на земле». Появились же первые телескопы фактически это были подзорные трубы в начале XVII в. в Нидерландах, в них использовались линзы от очков. Через несколько десятилетий на них обратили внимание физики-профессионалы Галилей, Гюйгенс, Ньютон. Знаменитые астрономические открытия Галилео Галилея горы на Луне, пятна на Солнце, спутники Юпитера были связаны с тем, что он увидел в телескопе не игрушку, а физический инструмент для исследования космоса. Галилею стало ясно: в столь важном приборе нельзя использовать линзы для очков, а потому он разработал собственную технологию изготовления линз. В результате его телескоп давал 30-кратное увеличение (по сравнению с 6-кратным увеличением подзорных труб). Галилей прекрасно сознавал значение созданного им прибора и именно он ввёл в научный лексикон столь привычный для нас термин телескоп. Он не только направил подзорную трубу на небо, но и описал увиденное как объективную реальность, а не иллюзию.
В то же время астрономы мечтают увидеть планеты, напоминающие Землю, и по размеру, и по близости к центру соответствующей планетной системы. Для этого необходим телескоп с разрешением, существенно большим разрешения действующих телескопов. У такого телескопа должно быть ещё одно достоинство наблюдающего не должен ослеплять свет звезды. Даже самый большой из современных телескопов Gran Telescopio Canarias с зеркалом диаметром 10,4 м, расположенный на Канарских островах, не имеет требуемых характеристик.
Традиционным направлением для астрономов на протяжении четырёх столетий, прошедших с изобретения телескопа Галилео Галилеем, остаются поиски ответа на вопрос о том, в какой степени наша планета является уникальным объектом Вселенной (открытые Галилеем пятна на Солнце и горы на Луне свидетельствовали об отсутствии принципиальных различий между Землёй и космосом). Соответствующие исследования проводятся в настоящее время и с помощью межпланетных станций, и космических и наземных телескопов. Весьма важное открытие в этом направлении было сделано в 2008 г. Так, в списке десяти важнейших открытий прошлого года в версии журнала «Science» вторым по значимости указано первое в истории астрономии надёжное наблюдение так называемой экзопланеты (т.е. планеты, не принадлежащей к Солнечной системе), фотографии которой были получены группой американского астронома П.Калласа при помощи космического телескопа Хаббл. Это первый случай, когда астрономы уверены в том, что сфотографирована именно экзопланета, а не какой-то другой космический объект, причём изображение удалось получить благодаря исключительной яркости планеты. Ещё три объекта, также, судя по всему, являющиеся экзопланетами, были сфотографированы в прошлом году с помощью наземных телескопов. Хотя сам этот факт и является огромным достижением (звезда из созвездия Пегаса, вокруг которой они вращаются, удалена от нас на 130 св. лет), планеты оказались много больше Юпитера и движутся по орбитам размерами от 24 до 119 а.е.
Телескопы будущего
Булюбаш,, МГТУ им.PР.Е.Алексеева, г.PНижнийPНовгород
Наука и техника: прошлое и настоящее
Булюбаш Б. | Телескопы будущего | Газета «Физика» 07 за 2009 год
Комментариев нет:
Отправить комментарий