Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu
 

Teleskop Keka pri lunnom svete

Bol'shie opticheskie teleskopy budushego

B.M. Shustov,
doktor fiziko-matematicheskih nauk,
Institut Astronomii RAN
bshustov@inasan.ru

Osnovnoi ob'em znanii o Vselennoi chelovechestvo pocherpnulo, ispol'zuya opticheskie instrumenty - teleskopy. Uzhe pervyi teleskop, izobretennyi Galileem v 1610 godu, pozvolil sdelat' velikie astronomicheskie otkrytiya. Sleduyushie stoletiya astronomicheskaya tehnika nepreryvno sovershenstvovalas', i sovremennyi uroven' opticheskoi astronomii opredelyaetsya dannymi, poluchennymi s pomosh'yu instrumentov, v sotni raz prevyshayushimi po razmeram pervye teleskopy.

Tendenciya sozdaniya vse bolee krupnyh instrumentov osobenno chetko proyavilas' v poslednie desyatiletiya. Teleskopy s zerkalom diametrom 8-10 m stanovyatsya obychnymi v praktike nablyudenii. Proekty 30-m i dazhe 100-m teleskopov ocenivayutsya kak vpolne osushestvimye uzhe cherez 10-20 let.

Zachem ih stroyat

Neobhodimost' postroeniya takih teleskopov opredelyayut zadachi, trebuyushie predel'noi chuvstvitel'nosti instrumentov dlya registracii izlucheniya ot samyh slabyh kosmicheskih ob'ektov. K takim zadacham otnosyatsya:

Chtoby poluchit' maksimum informacii ob astronomicheskom ob'ekte, sovremennyi teleskop dolzhen imet' bol'shuyu poverhnost' sobirayushei optiki i vysokuyu effektivnost' priemnikov izlucheniya. Krome togo, pomehi pri nablyudeniyah dolzhny byt' minimal'ny.

V nastoyashee vremya effektivnost' priemnikov v opticheskom diapazone, ponimaemaya kak dolya registriruemyh kvantov ot obshego chisla prishedshih na chuvstvitel'nuyu poverhnost', priblizhaetsya k teoreticheskomu predelu (100%), i dal'neishie puti sovershenstvovaniya svyazany s uvelicheniem formata priemnikov, uskoreniem obrabotki signala i t.d.

Pomehi pri nablyudeniyah - ves'ma ser'eznaya problema. Pomimo pomeh prirodnogo haraktera (naprimer, oblachnost', pylevye obrazovaniya v atmosfere) ugrozu sushestvovaniyu opticheskoi astronomii kak nablyudatel'noi nauki predstavlyaet narastayushaya zasvetka ot naselennyh punktov, promyshlennyh centrov, kommunikacii, tehnogennoe zagryaznenie atmosfery. Sovremennye observatorii stroyat, estestvenno, v mestah s blagopriyatnym astroklimatom. Takih mest na zemnom share ochen' malo, ne bolee desyatka. K sozhaleniyu, na territorii Rossii mest s ochen' horoshim astroklimatom net.

Edinstvennym perspektivnym napravleniem razvitiya vysokoeffektivnoi astronomicheskoi tehniki ostaetsya uvelichenie razmerov sobirayushih poverhnostei instrumentov.

Krupneishie teleskopy: opyt sozdaniya i ispol'zovaniya

V poslednee desyatiletie v mire realizovany ili nahodyatsya v processe razrabotki i sozdaniya bolee desyatka proektov krupnyh teleskopov. Nekotorymi proektami predusmotreno stroitel'stvo srazu neskol'kih teleskopov s zerkalom razmerom ne menee 8 m. Stoimost' instrumenta opredelyaetsya v pervuyu ochered' razmerom optiki. Stoletiya prakticheskogo opyta v teleskopostroenii priveli k prostomu sposobu sravnitel'noi ocenki stoimosti teleskopa S s zerkalom diametrom D (napomnyu, chto vse instrumenty s diametrom glavnogo zerkala bol'she 1 m - teleskopy-reflektory). Dlya teleskopov so sploshnym glavnym zerkalom, kak pravilo, S proporcional'no D3. Analiziruya tablicu, mozhno zametit', chto eto klassicheskoe sootnoshenie dlya samyh bol'shih instrumentov narushaetsya. Takie teleskopy deshevle, i dlya nih S proporcional'no Da, gde a ne prevyshaet 2.

Imenno potryasayushee snizhenie stoimosti i daet vozmozhnost' rassmatrivat' proekty sverhgigantskih teleskopov s diametrom zerkala v desyatki i dazhe sotnyu metrov ne kak fantazii, a kak vpolne real'nye v nedalekom budushem proekty. My rasskazhem o neskol'kih naibolee ekonomichnyh proektah. Odin iz nih, SALT, vvoditsya v stroi v 2005 g., stroitel'stvo gigantskih teleskopov 30-metrovogo klassa ELT i 100-metrovogo - OWL, eshe ne nachato, no, vozmozhno, oni poyavyatsya cherez 10 - 20 let.

TELESKOPDiametr zerkala, mParametry glavnogo zerkalaMesto ustanovki teleskopaUchastniki proektaStoimost' proekta, mln. $ USDPervyi svet
KECK I
KECK II
10
10
parabolicheskoe
mnogosegmentnoe aktivnoe
Mauna Kea, Gavaii, SShASShA94
78
1994
1996
VLT
(chetyre teleskopa)
4h8.2tonkoe aktivnoeParanal, ChiliESO, kooperaciya devyati stran Evropy2001998
GEMINI North
GEMINI South
8
8
tonkoe aktivnoeMauna Kea, Gavaii, SShA
Cerro Pachon, Chili
SShA (25%), Angliya (25%), Kanada (15%), Chili (5%), Argentina (2,5%), Braziliya (2,5%)1761998
2000
SUBARU8.2tonkoe aktivnoeMauna Kea, Gavaii, SShAYaponiya1001998
LBT (binokulyarnyi)2h8.4sotovoe tolstoeMt. Graham , Arizona, SShASShA, Italiya752001
HET (Hobby&Eberly)11 (real'no 9.5)sfericheskoe mnogo-segmentnoeMt. Fowlkes, Texac, SShASShA, Germaniya13.51998
MMT6.5sotovoe tolstoeMt. Hopkins , Arizona, SShASShA1998
MAGELLAN
dva teleskopa
2h6.5sotovoe tolstoeLas Campanas, ChiliSShA1999
BTA SAO RAN6.0tolstoeGora Pastuhova, Karachaevo-CherkesiyaRossiya1976
GTC10analog KECK IILa Palma, Kanarskie ostrova, IspaniyaIspaniya 51%1122002
SALT11analog NETSutherland, Yuzhnaya AfrikaYuzhno-Afrikanskaya Respublika102005?
ELT35 (real'no 28)analog NET SShA150-200 avanproekt2012?
OWL100sfericheskoe
mnogosegmentnoe
 Germaniya, Shveciya, Daniya i dr.Okolo 1000 avanproekt2020?

Bol'shoi Yuzhno-Afrikanskii Teleskop SALT

V 1970-h gg. glavnye observatorii YuAR byli ob'edineny v Yuzhno-Afrikanskuyu Astronomicheskuyu Observatoriyu. Shtab-kvartira nahoditsya v g. Keiptaune. Osnovnye instrumenty - chetyre teleskopa (1.9-m, 1.0-m, 0.75-m i 0.5-m) - raspolozheny v 370 km ot goroda v glubine strany, na holme, vozvyshayushemsya na suhom plato Karu (Karoo).


Yuzhno-Afrikanskaya astronomicheskaya observatoriya. Bashnya Bol'shogo
Yuzhno-Afrikanskogo teleskopa pokazana v razreze. Pered nei
vidny tri osnovnyh deistvuyushih teleskopa.(1,9m, 1,0m i 0,75m).

V 1948 g. v YuAR postroili 1,9-m teleskop, eto byl samyi bol'shoi instrument v Yuzhnom polusharii. V 90-h gg. proshlogo veka nauchnye krugi i pravitel'stvo YuAR reshili, chto yuzhno-afrikanskaya astronomiya ne mozhet ostavat'sya konkurentosposobnoi v XXI stoletii bez sovremennogo bol'shogo teleskopa. Pervonachal'no rassmatrivalsya proekt 4-m teleskopa, podobnogo ESO NTT (New Technology Telescope - Teleskop Novoi Tehnologii) ili bolee sovremennomu, WIYN, - na observatorii Kitt-Pik. Odnako, v konce koncov vybrana koncepciya bol'shogo teleskopa - analoga ustanovlennogo na observatorii Mak-Donal'd (SShA) teleskopa Hobbi-Eberli (Hobby-Eberly Telescope - HET). Proekt poluchil nazvanie - Bol'shoi Yuzhno-Afrikanskii Teleskop, v originale - Southern African Large Telescope (SALT).


Bol'shoi Yuzhno-Afrikanskii Teleskop
(Southern Afrisan Large Telescope - SALT).
Vidny segmentirovannoe glavnoe zerkalo,
konstrukcii sledyashei sistemy i
instrumental'nyi otsek.

Bashnya teleskopa (SALT) BYuAT. Na perednem plane
vidna special'naya yustirovochnaya bashnya dlya
obespecheniya soglasovaniya segmentov glavnogo
zerkala. Foto avtora.

Stoimost' proekta dlya teleskopa takogo klassa ves'ma nizka - vsego 20 mln. dollarov SShA. Prichem stoimost' samogo teleskopa sostavlyaet lish' polovinu etoi summy, ostal'noe - zatraty na bashnyu i infrastrukturu. Eshe v 10 mln. dollarov, po sovremennoi ocenke, oboidetsya obsluzhivanie instrumenta v techenie 10 let. Stol' nizkaya stoimost' obuslovlena i uproshennoi konstrukciei, i tem, chto on sozdaetsya kak analog uzhe razrabotannogo.


Hobbi-Eberli Teleskop (HET) Mak-Donal'dskoi
observatorii na gore Folks (Tehas, SShA). Po ego
analogu sozdaetsya Bol'shoi Yuzhno-Afrikanskii Teleskop (SALT).

SALT (sootvetstvenno i HET) radikal'no otlichayutsya ot predydushih proektov bol'shih opticheskih (infrakrasnyh) teleskopov. Opticheskaya os' SALT ustanovlena pod fiksirovannym uglom 35 k zenitnomu napravleniyu, prichem teleskop sposoben povorachivat'sya po azimutu na polnyi krug. V techenie seansa nablyudenii instrument ostaetsya stacionarnym, a sledyashaya sistema, raspolozhennaya v ego verhnei chasti, obespechivaet soprovozhdenie ob'ekta na uchastke 12 po krugu vysot. Takim obrazom, teleskop pozvolyaet nablyudat' ob'ekty v kol'ce shirinoi 12 v oblasti neba, otstoyashei ot zenita na 29 - 41. Ugol mezhdu os'yu teleskopa i zenitnym napravleniem mozhno menyat' (ne chashe chem raz v neskol'ko let), izuchaya raznye oblasti neba.

Diametr glavnogo zerkala - 11 m. Odnako ego maksimal'naya oblast', ispol'zuemaya dlya postroeniya izobrazhenii ili spektroskopii, sootvetstvuet 9,2-m zerkalu. Ono sostoit iz 91 shestiugol'nogo segmenta, kazhdyi diametrom 1 m. Vse segmenty imeyut sfericheskuyu poverhnost', chto rezko udeshevlyaet ih proizvodstvo. Kstati, zagotovki segmentov sdelany na Lytkarinskom zavode opticheskogo stekla, pervichnuyu obrabotku vypolnyali tam zhe, okonchatel'nuyu polirovku provodit (na moment napisaniya stat'i eshe ne zakonchena) firma Kodak. Korrektor Gregori, ubirayushii sfericheskuyu aberraciyu, effektiven v oblasti 4. Svet mozhet po opticheskim voloknam peredavat'sya k spektrografam razlichnyh razreshenii v termostatiruemyh pomesheniyah. Vozmozhno takzhe ustanovit' legkii instrument v pryamom fokuse.

Teleskop Hobbi-Eberli, a znachit i SALT, razrabotany, po sushestvu, kak spektroskopicheskie instrumenty dlya dlin voln v intervale 0.35-2.0 mkm. SALT naibolee konkurentosposoben s nauchnoi tochki zreniya pri nablyudenii astronomicheskih ob'ektov, ravnomerno raspredelennyh po nebu ili raspolagayushihsya v gruppah razmerom neskol'ko uglovyh minut. Poskol'ku rabota teleskopa budet osushestvlyat'sya v paketnom rezhime (queue-scheduled), osobenno effektivny issledovaniya peremennosti v techenie sutok i bolee. Spektr zadach dlya takogo teleskopa ochen' shirok: issledovaniya himicheskogo sostava i evolyucii Mlechnogo Puti i blizlezhashih galaktik, izuchenie ob'ektov s bol'shim krasnym smesheniem, evolyuciya gaza v galaktikah, kinematika gaza, zvezd i planetarnyh tumannostei v udalennyh galaktikah, poisk i izuchenie opticheskih ob'ektov, otozhdestvlyaemyh s rentgenovskimi istochnikami. Teleskop SALT raspolozhen na vershine, gde uzhe razmesheny teleskopy Yuzhno-Afrikanskoi Observatorii, priblizitel'no v 18 km k vostoku ot poselka Sazerlend (Sutherland) na vysote 1758 m. Ego koordinaty - 2049' vostochnoi dolgoty i 3223' yuzhnoi shiroty. Stroitel'stvo bashni i infrastruktury uzhe zakoncheno. Doroga avtomobilem iz Keiptauna zanimaet priblizitel'no 4 chasa. Sazerlend raspolozhen daleko ot vseh glavnyh gorodov, poetomu zdes' ochen' yasnoe i temnoe nebo. Statisticheskie issledovaniya rezul'tatov predvaritel'nyh nablyudenii, kotorye provodilis' bolee 10 let, pokazyvayut, chto dolya fotometricheskih nochei prevyshaet 50%, a spektroskopicheskih sostavlyaet v srednem 75%. Poskol'ku etot bol'shoi teleskop prezhde vsego optimizirovan dlya spektroskopii, 75% - vpolne priemlemyi pokazatel'.

Srednee atmosfernoe kachestvo izobrazheniya, izmerennoe differencial'nym monitorom dvizheniya izobrazheniya (DIMM), sostavilo 0.9". Eta sistema, razmeshaetsya nemnogo vyshe 1 m nad urovnem pochvy. Otmetim, chto opticheskoe kachestvo izobrazheniya SALT - 0.6". Etogo dostatochno dlya rabot po spektroskopii.

Proekty Chrezvychaino Bol'shih Teleskopov ELT i GSMT

V SShA, Kanade i Shvecii razrabatyvaetsya srazu neskol'ko proektov teleskopov 30-m klassa - ELT, MAXAT, CELT i dr. Takih proektov ne menee shesti. Po moemu mneniyu, naibolee prodvinutye iz nih - amerikanskie proekty ELT i GSMT.

Proekt ELT (Extremely Large Telescope - Chrezvychaino Bol'shoi Teleskop) - bolee masshtabnaya kopiya teleskopa HET (i SALT), budet imet' diametr vhodnogo zrachka 28 m pri diametre zerkala 35 m. Teleskop dostignet pronicayushei sily na poryadok vyshe, chem u sovremennyh teleskopov 10-m klassa. Obshaya stoimost' proekta ocenivaetsya primerno v 100 mln. dollarov SShA. On razrabatyvaetsya v Tehasskom universitete (g. Ostin), gde uzhe nakoplen opyt po sozdaniyu teleskopa HET, Pensil'vanskom universitete i observatorii Mak-Donal'd. Eto naibolee real'nyi proekt dlya osushestvleniya ne pozdnee serediny sleduyushego desyatiletiya.

Proekt GSMT (Giant Segmented Mirror Telescope - Gigantskii Segmentirovannyi Zerkal'nyi Teleskop) mozhno schitat' v kakoi-to stepeni ob'edinyayushim proekty MAXAT (Maximum Aperture Telescope) i CELT (California Extremely Lerge Telescope). Konkurentnyi sposob razrabotki i proektirovaniya takih dorogih instrumentov chrezvychaino polezen i ispol'zuetsya v mirovoi praktike. Okonchatel'noe reshenie po GSMT eshe ne prinyato.


Gigantskii Segmentirovannyi Zerkal'nyi Teleskop (GSMT).
Ego polnopovorotnoe glavnoe zerkalo diametrom 35m
(fokal'noe otnoshenie f/1) sostoit iz 618 segmentov,
kazhdyi razmerom primerno 120 sm i tolshinoi 5 sm, ih
maksimal'naya asferichnost' 110 mkm ( kak u teleskopa Keka).
Diametr adaptivnogo vtorichnogo zerkala 2 m (fokal'noe
otnoshenie f/18.75). Ispol'zovana shema - klassicheskii
Kassegren, a konstrukciya tipa radioteleskopa obespechivaet
sohrannost' formy zerkala.

Teleskop GSMT sushestvenno bolee sovershenen, chem ELT, prichem ego stoimost' sostavit okolo 700 mln. dollarov SShA. Eto namnogo vyshe, chem u ELT, chto obuslovleno vvedeniem asferichnogo glavnogo zerkala i planiruemoi polnopovorotnost'yu.

Oshelomlyayushe Bol'shoi Teleskop OWL

Ambiciozneishii proekt nachala XXI v. - eto, konechno, proekt OWL (OverWhelmingly Large Telescope - Oshelomlyayushe Bol'shoi Teleskop). OWL proektiruetsya Evropeiskoi Yuzhnoi Observatoriei kak al't-azimutal'nyi teleskop s segmentirovannym sfericheskim glavnym zerkalom i ploskimi vtorichnymi. Dlya ispravleniya sfericheskoi aberracii vvoditsya 4-elementnyi korrektor diametrom okolo 8 m. Pri sozdanii OWL ispol'zuyutsya uzhe narabotannye v sovremennyh proektah tehnologii: aktivnaya optika (kak na teleskopah NTT, VLT, Subaru, Gemini), pozvolyayushaya poluchit' izobrazhenie optimal'nogo kachestva; segmentaciya glavnogo zerkala (kak na Keck, HET, GTC, SALT), konstrukcii nizkoi stoimosti (kak na HET i SALT) i razrabatyvaetsya mnogostupenchataya adaptivnaya optika ("Zemlya i Vselennaya", 2004, N1).


Oshelomlyayushe Bol'shoi Teleskop (OWL) proektiruetsya Evropeiskoi Yuzhnoi Observatoriei.
Ego osnovnye harakteristiki: diametr vhodnogo zrachka - 100 m, ploshad' sobirayushei
poverhnosti svyshe 6000 kv. m, mnogostupenchataya sistema adaptivnoi optiki, difrakcionnoe
kachestvo izobrazheniya dlya vidimogo uchastka spektra - v pole 30", dlya blizhnego
infrakrasnogo - v pole 2'; pole, ogranichennoe kachestvom izobrazheniya, dopuskaemym
atmosferoi - 10'; otnositel'noe otverstie f/8; rabochii spektral'nyi diapazon - 0.32-2 mkm.
Teleskop budet vesit' 12.5 tys. t.

Nuzhno otmetit', chto etot teleskop budet imet' ogromnoe rabochee pole (sotni milliardov obychnyh pikselei!). Skol'ko zhe moshnyh priemnikov mozhno razmestit' na etom teleskope!

Prinyata koncepciya postepennogo vvoda OWL v stroi. Predlagaetsya nachat' ispol'zovat' teleskop eshe za 3 goda do zapolneniya glavnogo zerkala. Planiruetsya zapolnit' 60 m aperturu k 2012 g. (esli finansirovanie otkroetsya v 2006 g). Stoimost' proekta - ne bolee 1 mlrd. evro (poslednyaya ocenka 905 mln. evro).

Rossiiskie perspektivy

Okolo 30 let nazad v SSSR postroen i vveden v ekspluataciyu 6-m teleskop BTA (Bol'shoi Teleskop Azimutal'nyi). Dolgie gody on ostavalsya krupneishim v mire i, estestvenno, byl gordost'yu otechestvennoi nauki. BTA prodemonstriroval ryad original'nyh tehnicheskih reshenii (naprimer, al't-azimutal'nuyu ustanovku s komp'yuternym vedeniem), stavshih vposledstvii mirovym tehnicheskim etalonom. BTA po-prezhnemu moshnyi instrument (osobenno dlya spektroskopicheskih issledovanii), no v nachale XXI v. on uzhe okazalsya lish' vo vtorom desyatke krupnyh teleskopov mira. Krome togo, postepennaya degradaciya zerkala (seichas ego kachestvo uhudshilos' na 30% po sravneniyu s pervonachal'nym) vyvodit ego iz chisla effektivnyh instrumentov.


Bol'shoi teleskop Azimutal'nyi Special'noi astrofizicheskoi
observatorii RAN. Ego glavnoe zerkalo diametrom 6 metrov
(fokusnoe rasstoyanie 24 m) vesit 42 t, massa podvizhnoi chasti
teleskopa - 650 t, uglovoe razreshenie - 0.6" (pri ispol'zovanii
metodov spekl-interferometrii - 0.02").

S raspadom SSSR BTA ostalsya prakticheski edinstvennym krupnym instrumentom, dostupnym dlya rossiiskih issledovatelei. Vse nablyudatel'nye bazy s teleskopami umerennogo razmera na Kavkaze i v Srednei Azii sushestvenno poteryali svoyu znachimost' kak regulyarnye observatorii v silu ryada geopoliticheskih i ekonomicheskih prichin. Seichas nachaty raboty po vosstanovleniyu svyazei i struktur, no istoricheskie perspektivy etogo processa tumanny, i v lyubom sluchae potrebuetsya mnogo let tol'ko dlya chastichnogo vosstanovleniya utrachennogo.

Razumeetsya, razvitie parka krupnyh teleskopov v mire predostavlyaet vozmozhnost' rossiiskim nablyudatelyam dlya raboty v tak nazyvaemom gostevom rezhime. Vybor takogo passivnogo puti neizmenno oznachal by, chto rossiiskaya astronomiya budet vsegda igrat' tol'ko vtorostepennye (zavisimye) roli, a otsutstvie bazy dlya otechestvennyh tehnologicheskih razrabotok privedet k uglubleniyu otstavaniya, i ne tol'ko v astronomii. Vyhod ocheviden - korennaya modernizaciya BTA, a takzhe polnocennoe uchastie v mezhdunarodnyh proektah.

Stoimost' krupnyh astronomicheskih instrumentov, kak pravilo, ischislyaetsya desyatkami i dazhe sotnyami millionov dollarov. Takie proekty, za isklyucheniem neskol'kih nacional'nyh proektov, osushestvlyaemyh bogateishimi stranami mira, mogut realizovyvat'sya tol'ko na osnove mezhdunarodnoi kooperacii.

Vozmozhnosti kooperacii v stroitel'stve teleskopov 10-m klassa poyavilis' v konce proshlogo veka, no otsutstvie finansirovaniya, a tochnee gosudarstvennogo interesa k razvitiyu otechestvennoi nauki, privelo k tomu, chto oni byli poteryany. Neskol'ko let nazad Rossiya poluchila predlozhenie stat' partnerom v stroitel'stve krupnogo astrofizicheskogo instrumenta - Bol'shogo Kanarskogo Teleskopa (GTC) i eshe bolee finansovo privlekatel'nogo proekta SALT. K sozhaleniyu, eti teleskopy stroyatsya bez uchastiya Rossii.

"Zemlya i Vselennaya", N2, 2004.
Publikuetsya s razresheniya redakcii.

Publikacii s klyuchevymi slovami: Teleskopy opticheskie - teleskopostroenie
Publikacii so slovami: Teleskopy opticheskie - teleskopostroenie
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >>

Ocenka: 2.5 [golosov: 96]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce


Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya