Image processing
September 2014 3

Вряд ли когда-нибудь будет построен телескоп больше этого

1.Начало положено.


20 июня 2014 года была взорвана вершина Cerro Armazones — горы высотой 3060 метров в центральной части пустыни Атакама в Чили. Это был первый в серии подрывов, направленных на удаление 220 000 кубометров породы и создание плоской платформы размером 300х150 метров.

image

На платформе будет построено сооружение, которое превосходит размерами всё, что было до него – самый большой телескоп в мире.

Новое поколение больших (8-10 метров) астрономических инструментов принесло множество открытий. Можно считать, что астрономия сейчас испытывает золотую эру своего развития. Однако проектируемый Европейский Экстремально Большой Телескоп (E-ELT) будет иметь возможности, на порядок лучшие, чем у нынешних телескопов. «Глаз» телескопа (главное зеркало) будет диаметром почти 40 м (половина футбольного поля) в диаметре и соберет в 15 раз больше света, чем самые большие оптические телескопы, работающие сегодня. Основное зеркало площадью около 1000 кв.м. будет составлено почти из 800 шестиугольных сегментов размером 1,4 метра, толщиной 50 мм.

image

Сравнительные размеры будущего E-ELT, уже существующих 10-метровых «Кеков» (справа от E-ELT) и египетских пирамид.
На этом фоне все остальные элементы конструкции телескопа-гиганта выглядят пустяком: и вторичное монолитное зеркало диаметром 4,2 метра, хотя еще совсем недавно такой контррефлектор было бы неплохо использовать в качестве первичного, и целых пять адаптивных зеркал для коррекции искажений, вносимых движением воздушных масс. Как бы то ни было, проект стоимостью в миллиард евро медленно, но верно реализуется. Если все пойдет по плану, в 2022 году Экстремально Большой Телескоп будет готов и увидит «первый свет».

2.Некоторые оценки возможностей.


Чего ждут от E-ELT?
Прежде всего – исследование экзопланет. Не только открытие множества планет, подобным Земле, посредством косвенных измерений, но также и прямое получение изображений больших экзопланет, их спутников, характеристики их атмосфер, наблюдение орбит. Решение фундаментальных вопросов формирования планетарных систем, обнаружение водных и органических молекул в протопланетных дисках вокруг звезд, процессы возникновения и развития протопланет. Большая статистика для этого совершенно необходима. Сегодня мы гораздо больше знаем о звездах, чем о планетах, потому что имеем возможность наблюдать очень много разных звезд, но мало разных планет. Из трех тысяч известных экзопланет землеподобных наберется менее десятка.

В отличие от, например, космического телескопа «Кеплер» можно будет наблюдать экзопланеты, плоскости орбит которых не совпадают с лучом зрения, а, значит, их обнаружится намного больше. Ближайшие к Солнцу 53 звезды в сфере диаметром 10 парсек – крайне интересные объекты для непосредственного поиска землеподобных экзопланет. По крайней мере пять из них – двойные с невидимыми спутниками, а, значит, и с возможными планетами. Скорее всего, лет через двадцать будут получены некоторые доказательства существования инопланетной жизни – из спектров планетных атмосфер. Разумеется, если таковая на этих планетах существует.

Звездная величина планеты типа Юпитера, удаленного на 1 а.е. от звезды типа Солнца, при наблюдении с расстояния 10 парсек, будет около 24. Если учесть, что в 8-метровый телескоп типа Very Large Telescope видно объекты до 27 зв.вел., то от E-ELT следует ожидать непосредственного наблюдения экзопланет вплоть до 30-31 зв.вел., что также очень существенно увеличит их количество.

Кое-что из того, что имеется на сегодняшний момент, но скоро будет гораздо больше.

β Pictoris (Бета Живописца) — молодая звезда с мощным протопланетным диском, находится в 63 св. годах от нас. Судя по всему, эта планетная система находится в самой активной фазе формирования.

image

А вот и ее экзопланета β Pictoris b (фото 2014 г, обсерватория Gemini), открытая методом непосредственного наблюдения. Сейчас за этой планетой ведутся регулярные наблюдения для точного определения её орбиты.

image

Планетная система HR 8799, открыта методом непосредственного наблюдения в инфракрасном диапазоне. Находится на расстоянии 129 св. лет от Земли, в созвездии Пегаса.

image

На фото видны экзопланеты b, c и d. Еще одна планета e, как и сама звезда (которая всегда обозначается a) закрыта специальным диском, маскирующим свет центральной звезды. Иначе слабосветящиеся планеты потонут в ее свете. Звезда HR 8799 тоже молодая, всего 60 млн. лет, все обнаруженные экзопланеты относятся к планетам-гигантам, имеют массы порядка 10 масс Юпитера и вращаются на расстояниях от 15 до 68 а.е., что примерно соответствует ситуации с планетами-гигантами, имеющейся в Солнечной системе. Эта система интересна тем, что в ней впервые удалось наблюдать спектр атмосферы экзопланеты (HR 8799 c), а значит и определить состав этой атмосферы.

Кроме экзопланет, на E-ELT можно будет видеть диски звезд-гигантов, тесные двойные взаимодействующие звезды, аккреционные диски у черных дыр. Теоретическое разрешение E-ELT в видимом свете будет около 0,003 сек. У звезды-сверхгиганта Бетельгейзе размер диска 0,055 сек. Вот ее диск с разрешением, как утверждается, 0,037 сек, поле зрения около 0,5 сек. Изображение получено Very Large Telescope (8,2 м) с применением адаптивной системы NACO и технологии «lucky imaging».

image

Насколько я понимаю, сторона этого квадратика примерно 10-15 «точек» (элементов разрешения). Новый телескоп E-ELT должен улучшить детализацию в несколько раз. Разница в изображении будет примерно, как у телевизора Ultra HD по сравнению с телевизором стандартной четкости.

Некоторые ученые считают, что Бетельгейзе, возможно, должна скоро взорваться как сверхновая 2 типа. Неплохо было бы понаблюдать за столь эпохальным событием в деталях. Да и просто изучить ее переменность, существенное изменение размера и отклонения от сферической формы, хорошо заметные уже сейчас. Ее диаметр за 15 лет почему-то уменьшился на 15 процентов.

У Альфы Центавра угловой размер – 0,006 сек. Диск Альфы Центавра (размером примерно с Солнце) будет виден почти на пределе разрешения. Кстати, по крайней мере одна планета там есть, и ее тоже будет видно непосредственно. До наблюдения дисков планет, разумеется, даже такой гигантский телескоп сильно не дотягивает. Экзопланетные пейзажи, которые любят рисовать все, кому не лень, еще очень долго будут оставаться фантастикой.

Есть для E-ELT и другие волнующие проблемы. Более точные измерения динамики расширения Вселенной, возможные изменения в фундаментальных физических постоянных с течением времени. Чем больше мы увидим далеких сверхновых (чувствительность E-ELT будет больше VLT на порядок), тем точнее определим, насколько «постоянная» Хаббла не является постоянной, вычислим ускорение расширения Вселенной, поймем кое-что о темной энергии и еще много чего. Улучшится понимание эволюции самых старых объектов, которые сформировались во Вселенной: первичные звезды, первичные галактики и черные дыры.

3.Так он будет работать.


image
Так будет работать E-ELT. Грандиозное зрелище.

Лазерные лучи формируют в верхней атмосфере так называемые «лазерные звезды», изображения которых используют для коррекции атмосферных искажений по всему полю зрения телескопа. Хотя Экстремально Большой Телескоп будет сооружением циклопических размеров, максимальное отклонение реальной поверхности его зеркала от идеальной формы не должно превышать сотых долей микрона. Задача крайне сложная, и проблемы этим отнюдь не исчерпываются. Вот некоторое представление о масштабе трудностей, которые предстоит преодолеть создателям нового телескопа. Для деформации и перемещения каждого сегмента предусмотрено 15 электромоторов. На каждом сегменте имеется 6 сенсоров, регистрирующих его положение по отношению к соседним сегментам. А если учесть, что сегментов — восемь сотен, то получается, что требуется считывать данные почти с 5 тысяч сенсоров со скоростью до 1000 раз в секунду. Это, по-видимому, элементы так называемой активной оптики, сохраняющей форму зеркал при наведении и сопровождении. Еще будет адаптивная оптика. С такой же скоростью потребуется производить измерения фазовых отклонений и вычисления управляющих сигналов для 6 тысяч исполнительных устройств — актюаторов, которые должны в реальном времени адаптивно деформировать поверхности всех пяти адаптивных зеркал. При наблюдении эти зеркала будут непрерывно и мелко дрожать с килогерцовой частотой, исправляя турбулентные фазовые искажения.

Мнение директора Специальной астрофизической обсерватории (САО РАН), члена-корреспондента РАН Ю. Балеги.
Россия имеет приглашение от Европейской южной обсерватории (ESO) стать членом этой организации и, в частности, принять участие в строительстве E-ELT. Вступление дает возможность российским астрономам работать на крупнейших инструментах ESO, которые уже существуют — это VLT и телескопы комплекса ALMA, а также принять участие в работах по созданию крупнейшего в мире телескопа E-ELT. Наша промышленность сможет получить часть заказов на изготовление новых систем, например 1000 сегментов составного зеркала телескопа E-ELT. Но главное — наши астрофизики смогут участвовать в решении самых важных проблем естествознания. Европа заинтересована, чтобы Россия, как богатейшая страна мира, поддержала ESO финансами. Ни одна страна мира не ведет авангардные астрофизические исследования в одиночку. Комплекс телескопов ALMA на плато Атакама в Чили построен с участием как Европы, так и США, Канады и Японии. Ведущие страны мира понимают, что астрофизические исследования, как и исследования в области ядерной физики — исключительно дорогостоящая задача для любой страны, и решается только объединенными усилиями многих стран. В министерстве образования и науки России звучала мысль о том, что денег в стране мало, и вступать мы в ESO не можем по той причине, что министерство финансов не найдет средств. Но вступительный взнос в 120 млн евро европейцы готовы растянуть на 10 лет. Проблема вступления в ESO обсуждалась на заседании президиума РАН в 2011 году. Все члены РАН, работающие в области астрономии, а это около 20 человек, подписали соответствующий документ.
Сейчас уже конец 2014, никаких подвижек не наблюдается. Жаль, что в списке стран-участниц проекта России по-прежнему нет.

Источники


www.eso.org/public/teles-instr/e-elt.html — собственно про телескоп, там есть классные видео)
www.eso.org/public/images/eso0927b — Бетельгейзе
www.eso.org/public/images/eso0842a — бета Живописца
www.gemini.edu/node/11150 — планетная система HR 8799
www.astronet.ru/db/msg/1263367 — интервью Ю.Балеги

+115
32.3k 100
Comments 52
Top of the day