Метровый телескоп. Самые большие телескопы в мире
Во вторник мы начали испытание нового прибора на нашем телескопе "Цейсс-1000". Второй по размеру оптический телескоп нашей обсерватории (в просторечии - "метровик") куда менее известен, чем 6-метровый БТА и теряется на фоне его башни. Но несмотря на относительно скромный диаметр, это довольно затребованный инструмент, активно используемый как нашими астрономами, так и внешними заявителями. Много времени на нем уделяется мониторингу - отслеживанию изменений яркости и вида спектра переменных объектов: активных галактических ядер, источников гамма-всплесков, двойных систем с белыми карликами, нейтронными звездами, черными дырами, и прочими вспыхивающими объектами. С недавнего времени в список добавились еще и транзиты внесолнечных планет.
В давние времена, когда мы еще не наблюдали дистанционно, приходя псоле ночи утром в комнату на башне БТА, иногда делал традиционный "усталый снимок с БТА" - рассвет над аккуратной башней "Цейсс-1000". Как-то так, когда облака лежать внизу до горизонта и сливаются со снегом, если дело зимой:
Работать на метровике самому приходилось до этого лишь несколько раз и очень давно, в частности на нем получил данные для первой свой публикации (фотометрия запыленной галатики NGC972).
Небольшой фоторассказ по местам, где не часто бывают экскурсанты.
Телескоп в редкой конфигурации - фокус Кассегрена свободен от аппаратуры:
Пользуюсь случаем сделать фото собственного отражения во вторичном зеркале:
Выхожу на площадку вокруг купола и фоткаю телескоп через открытое забрало. Обратите внимание на деревянную обшивку купола. Телескоп поставлялся из ГДР в комплекте со зданием:
C другой стороны на крыше стоят all-sky камеры, картинка с которых транслируется в сеть . Внизу - долина реки Большой Зеленчук:
Правее - купол нашего третьего телескопа, самого маленького - "Цейсс-600". Луна восходит рядом с Эльбрусом.
Оба крупным планом:
Панорама комплекса башни БТА с мегакраном, солнце заходит где-то над
Мне в комментариях сразу же напомнили, что нужно обязательно написать и про БТА-6. Выполняю пожелания:-)
В течении многих лет самый большой в мире телескоп БТА (Большой Телескоп Азимутальный) принадлежал именно нашей стране, причем сконструирован и построен он был полностью с использованием отечественных технологий, продемонстрировав лидерство страны в области создания оптических инструментов. В начале 60-х советские учёные получили от правительства «особое задание» - создать телескоп больше чем у американцев (телескоп Хейла - 5 м.). Посчитали, что на метр больше будет достаточно, так как американцы вообще считали бессмысленным создание цельных зеркал размером более 5 метров из-за деформации под собственным весом.
Какова же история создания этого уникального научного объекта?
Сейчас мы узнаем …
Кстати, первое фото из очень , посмотрите его обязательно тоже.
Фото 3.
М. В. Келдыш, Л. А. Арцимович, И. М. Копылов и другие на стройплощадке БТА. 1966 г.
История Большого телескопа азимутального (БТА, Карачаево-Черкесия) началась 25 марта 1960 года, когда по предложению АН СССР и Государственного комитета по оборонной технике Совет министров СССР принял постановление о создании комплекса с телескопом-рефлектором, имеющим главное зеркало диаметром 6 метров.
Его назначение – «исследование структуры, физической природы и эволюции внегалактических объектов, детальное изучение физических характеристик и химического состава нестационарных и магнитных звезд». Головным исполнителем был назначен Государственный оптико-механический завод им. ОГПУ (ГОМЗ), на базе которого вскоре было образовано ЛОМО, а главным конструктором – Баграт Константинович Иоаннисиани. БТА являлся новейшей для своего времени астрономической техникой, содержавшей в себе много поистине революционных решений. С тех пор монтировка всех больших телескопов мира осуществляется по блестяще оправдавшей себя альт-азимутальной схеме, впервые в мировой практике примененной нашими учеными в БТА. Над его созданием трудились специалисты самого высокого класса, что обеспечило высокое качество гигантского прибора. Вот уже более 30 лет БТА несет свою звездную вахту. Этот телескоп способен различать астрономические объекты 27-ой величины. Представьте, что земля плоская; и тогда, если в Японии кто-нибудь прикуривал бы сигарету, при помощи телескопа это можно было бы ясно увидеть.
Фото 4.
Очистка дна котлована. Февраль 1966 г
После анализа всех данных, площадкой для телескопа БТА стало место на высоте 2100 метров возле горы Пастухова, недалеко от станицы Зеленчукская, которая расположена в Карачаево-Черкессии — Нижний Архыз.
По проекту был выбран азимутальный тип монтировки телескопа. Полный наружный диаметр зеркала составлял 6.05 метра при толщине 65 см, равномерной по всей площади.
Сборка конструкции телескопа производилась в помещении ЛОМО. Специально для этого был построен корпус высотой свыше 50 метров. Внутри корпуса были установлены подъемные краны грузоподъемностью 150 и 30 тонн. Перед началом сборки был изготовлен специальный фундамент. Сама сборка началась в январе 1966 года и продолжалась более полутора лет, до сентября 1967 года.
Фото 5.
Строительство фундаментов телескопа и башни. Апрель 1966 г.
К моменту изготовления заготовки зеркала диаметром 6 м накопленный опыт обработки крупногабаритных оптических заготовок был невелик. Для обработки отливки 6-метрового диаметра, когда потребовалось снять с заготовки около 25 т стекла, имеющийся опыт оказался непригодным, как из-за низкой производительности труда, так и из-за наличия реальной опасности выхода заготовки из строя. Поэтому при обработке заготовки диаметром 6 м было принято решение о применении алмазного инструмента.
Многие из узлов телескопа являются уникальными для своего времени, такие как главный спектрограф телескопа, имеющий диаметр 2 метра, система гидирования, включающая в себя телескоп-гид и комплексную фото и телевизионную систему, а также специализированную ЭВМ для управления работой системы
Фото 6.
Лето 1968 г. Доставка деталей телескопа
БТА является телескопом мирового класса. Большая светособирающая способность телескопа дает возможность проводить исследование структуры, физической природы и эволюции внегалактических объектов, детальное изучение физических характеристик и химического состава пекулярных, нестационарных и магнитных звезд, исследование процессов звездообразования и эволюции звезд, изучение поверхностей и химического состава атмосфер планет, траекторные измерения искусственных небесных тел на больших расстояниях от Земли и многое другое.
С его помощью были проведены многочисленные уникальные исследования космического пространства: изучены самые далекие из наблюдавшихся когда-либо с Земли галактик, оценена масса местного объема Вселенной, разгадано множество других загадок космоса. Петербургский ученый Дмитрий Вышелович с помощью БТА искал ответ на вопрос, дрейфуют ли фундаментальные постоянные во Вселенной. По итогам наблюдений он сделал важнейшие открытия. Астрономы со всего мира записываются в очередь, чтобы провести наблюдения с помощью знаменитого русского телескопа. Отечественные телескопостроители и ученые накопили благодаря БТА огромный опыт, позволивший открыть пути к новым технологиям изучения Вселенной.
Фото 7.
Монтаж металлоконструкций купола. 1968 г
Разрешающая способность телескопа в 2000 раз большеразрешающей способности человеческого глаза, а его радиус «зрения» в 1,5 раза превышает аналогичный показа-тель крупнейшего на тот момент телескопа США в Маунт-Паломаре (8-9 млрд. световых лет против 5-6 соответственно). Не случайно БТА называют «Оком планеты». Его размеры поражают воображение: высота – 42 метра, вес – 850 тонн. Благодаря специальной конструкции гидравлических опор телескоп как бы «плавает» на тончайшей масляной подушке толщиной 0,1 мм, и человек в состоянии повернуть его вокруг своей оси без применения техники и дополнительных инструментов.
Постановлением Правительства от 25 марта 1960 г. Лыткаринский завод оптического стекла был утвержден головным исполнителем по разработке технологического процесса на отливку из стекла заготовки зеркала диаметром 6 м и по изготовлению заготовки зеркала. Специально для этого проекта было построено два новых производственных корпуса. Предстояло отлить заготовку стекла массой 70 т, отжечь ее и произвести сложную обработку всех поверхностей с изготовлением 60 посадочных глухих отверстий на тыльной стороне, центрального отверстия и др. Спустя три года с момента выхода Постановления Правительства был создан опытно-производственный цех. В задачу цеха входило монтаж и отладка оборудования, отработка промышленного техпроцесса и изготовление заготовки зеркала.
Фото 8.
Проведенный специалистами ЛЗОС комплекс поисковых работ по созданию оптимальных режимов обработки позволил разработать и реализовать технологию изготовления промышленной заготовки главного зеркала. Обработка заготовки велась в течение почти полутора лет. Для обработки зеркала Коломенским заводом тяжелого станкостроения в 1963 г. был создан специальный карусельный станок КУ-158. Параллельно проводилась большая научно-исследовательская работа по технологии и контролю этого уникального зеркала. В июне 1974 года зеркало было готово для проведения аттестации, которая была успешно выполнена. В июне 1974 г. начался ответственный этап транспортировки зеркала в обсерваторию. 30 декабря 1975 г. утвержден акт Государственной межведомственной комиссии по приемке в эксплуатацию Большого азимутального телескопа.
Фото 9.
1989 г. Сборка 1-метрового телескопа Цейс-1000
Фото 10.
Транспортировка верхней части трубы БТА. Август 1970 г.
Сегодня существуют новые, более эффективные астрономические системы с более крупными, в том числе сегментными, зеркалами. Но по своим параметрам наш телескоп до сих пор считается одним из лучших в мире, поэтому он по сей день пользуется повышенным спросом у отечественных и зарубежных ученых. За прошедшие годы он проходил неоднократную модернизацию, совершенствовалась прежде всего система управления. Сегодня осуществлять наблюдения можно при помощи оптоволоконного соединения прямо из расположенного в долине городка астрономов.
Фото 11.
Советская оптическая промышленность тех времён не была рассчитана на решение таких задач, поэтому для создания 6-метрового зеркала был специально построен завод в подмосковном Лыткарино на базе небольшого цеха по изготовлению зеркальных отражателей.
Заготовка для такого зеркала весит 70 тонн, первые несколько были «запороты» из-за спешки, так как чтобы не треснуть должны были остывать очень долго. «Удачная» заготовка остывала 2 года и 19 дней. Затем при её шлифовке было выработано 15000 карат алмазного инструмента и «стёрто» почти 30 тонн стекла. Полностью готовое зеркало стало весить 42 тонны.
Доставка зеркала на Кавказ стоит отдельного упоминания.. Сначала к месту назначения был отправлен муляж такого же размера и веса, в маршрут были внесены некоторые коррективы - построены 2 новых речных порта, 4 новых моста и укреплено и расширено 6 уже существующих, проложено несколько сотен километров новых дорог с идеальным покрытием.
Механические детали телескопа были созданы на Ленинградском Оптико-Механическом заводе. Общая масса телескопа составила - 850 тонн.
Фото 12.
Но несмотря на все усилия, «переплюнуть» по качеству (то есть по разрешению) американский телескоп Хейла БТА-6 не удалось. Частично из-за дефектов главного зеркала (первый блин всё-таки комом), частично из-за худших климатических условий в месте его расположения.
Фото 13.
Установка в 1978 году нового, уже третьего по счёту зеркала, заметно улучшила ситуацию, но погодные условия остались прежними. К тому же, осложняет работу слишком большая чувствительность цельного зеркала к незначительным температурным колебаниям. «Не видит» - это конечно громко сказано, до 1993 года БТА-6 оставался крупнейшим в мире телескопом, а крупнейшим в Евразии он является и по сей день. С новым зеркалом удалось добиться разрешающей способности практически, как у «Хейла», а «проницающая сила», то есть способность видеть слабые объекты у БТА-6 даже больше (всё таки на целый метр больше диаметр).
Фото 14.
Фото 15.
Фото 16.
Фото 17.
Фото 18.
За 30-летний период эксплуатации телескопа его зеркало несколько раз перепокрывалось, что привело к существенному повреждению поверхностного слоя, его коррозии, и, вследствие чего было утрачено до 70% отражающей способности зеркала. И все же, БТА был и остается уникальным инструментов ученых-астрономов, как российских, так и зарубежных. Но для сохранения его работоспособности и повышения эффективности возникла необходимость в реконструкции и обновлении главного зеркала. В настоящее время технология формообразования и разгрузки зеркала, которой владеют специалисты ОАО ЛЗОС, позволяет троекратно улучшить его оптические характеристики, в том числе и по угловому разрешению.
Фото 19.
Сегодня технологический процесс формообразования поверхностей астрономических оптических деталей на Лыткаринском заводе оптического стекла выведен на новый уровень, достигаемое качество отклонений формы поверхностей от теоретической повысилось на порядок за счет автоматизации и модернизации производства и компьютерного управления. Существенно улучшилась и механическая база, и технология облегчения и разгрузки зеркал с использованием современного компьютерного оборудования. Станки для фрезерования, шлифования и полирования 6-метрового зеркала также модернизированы в соответствии с современными требованиями. Существенно улучшены и средства контроля оптики.
Главное зеркало доставлено на Лыткаринский завод оптического стекла. В настоящее время завершен этап фрезерования. С рабочей поверхности удален верхний слой толщиной около 8 мм. Зеркало транспортировано в термостабилизированный корпус и установлено на автоматизированный станок для шлифования и полирования рабочей поверхности. По словам технического директора – главного инженера предприятия С.П.Белоусова, это будет наиболее сложный и ответственный этап обработки зеркала, – необходимо получить форму поверхности с гораздо меньшими отклонениями от идеального параболоида, чем это было достигнуто в семидесятых годах. После этого зеркало телескопа с улучшенными на порядок разрешающей способностью и проницающей силой сможет прослужить российской и мировой науке еще не менее 30 лет.
Фото 20.
Среди специалистов, кто участвовал в изготовлении зеркала – механик Жихарев А.Г., оптик Каверин М.С., слесарь Панов В.Г., фрезеровщик Писаренко Н.И. – они работают и поныне, передают богатый опыт крупногабаритного оптического приборостроения молодежи. Совсем недавно ушли на заслуженный отдых оптик Бочманов Ю.К., фрезеровщик Егоров Е.В. (он выполнял повторную фрезеровку зеркала в прошлом и в этом году).
Подобную работу в России больше никто выполнить не сможет. В мире, кроме ЛЗОСа, есть всего лишь две фирмы, которые изготавливают крупногабаритные зеркала. Это Оптическая лаборатория обсерватории Стюарда (Аризона, США) и фирма SAGEM-REOSC (Франция) (диаметром 8 м) но и там башни для контроля зеркал короче, чем требуется, поскольку радиус зеркала БТА 48 метров.
БТА, или большой телескоп азимутальный – это тот самый телескоп с 6-метровым 40-тонным зеркалом, который долгое время был самым крупным в мире. Свою работу он начал в 1975 году, и благодаря ему было сделано немало открытий. Однако любое зеркало любого телескопа со временем требует обновления, случилось это и здесь.
Когда телескоп только строился, в мире вообще не существовало технологий создания цельного зеркала такого большого размера. Поэтому с первого раза сделать его не получилось. Первая заготовка треснула, когда остывала. Вторая попытка закончилась неудачно – на поверхности зеркала было слишком много крупных дефектов. Однако это зеркало все-таки было установлено и прослужило до 1978 года. И только с третьей попытки зеркало получилось хорошего качество, и его установили взамен дефектного в том же 1978 году. Однако со временем потребовалась его перешлифовка и нанесение нового отражающего покрытия — его отражающая способность снизилась до 70%.
Работа велась на Лыткаринском заводе оптического стекла, и заняла 10 лет. Только на снятие 8-миллиметрового верхнего слоя с 6-метрового зеркала ушло около года. Заметим, что точность поверхности главного зеркала телескопа составляет доли микрометра, и работа эта очень тонкая, тем более для такой огромной поверхности.
Все работы по подготовке зеркала завершились лишь 3 ноября 2017 года. Затем встала проблема его транспортировки к телескопу. Габариты контейнера составили 6.5 метров, а согласование маршрута заняло несколько месяцев (бюрократизм в действии). Масса тягача и зеркала составила в сумме 93 тонны, но за 8 дней зеркало было доставлено на обсерваторию.
Теперь зеркало будет храниться в герметичном контейнере до мая, после чего будет установлено на телескоп. За это время сотрудники подготовят сам телескоп, тем более, что масса обновленного зеркала теперь меньше благодаря прорезанным в нем камерам.
Однако и после установки главного зеркала наблюдения за небесными объектами не начнутся. Зеркало не имеет отражающего слоя, оно пока просто прозрачное. Все работы по алюминированию поверхности будут проведены уже после установки зеркала в телескоп. Это и упростит процесс, и позволит получить поверхность наилучшего качества. Если нанести отражающий слой сразу, то за время транспортировки и установки зеркала он мог получить немало царапин и других повреждений.
И еще – новое зеркало – это вовсе не то, которое верой и правдой прослужило столько лет. Это восстановленная первая заготовка. А то, которое стоит в телескопе сейчас, снимут и поместят в контейнер. Повторная полировка и алюминирование его – слишком дорогостоящий процесс, на который у обсерватории просто нет денег.
Благодаря телескопам ученые сделали удивительные открытия: обнаружили огромное количество планет за пределами Солнечной системы, узнали о существовании черных дыр в центрах галактик. Но Вселенная настолько огромна, что это - лишь крупица знаний. Вот десять существующих и будущих гигантов среди наземных телескопов, которые дают ученым возможность изучать прошлое Вселенной и узнавать новые факты. Возможно, с помощью одного из них даже удастся обнаружить Девятую планету.
Большой южноафриканский телескоп (SALT)
Этот 9,2-метровый телескоп - крупнейший наземный оптический прибор в южном полушарии. Он функционирует с 2005 года и концентрируется на спектроскопических съемках (регистрирует спектры различных видов излучения). Прибор может просматривать около 70% неба, наблюдаемого в Сатерленде, ЮАР.
Телескопы Keck I и II
Двойные 10-метровые телескопы в обсерватории Кека находятся на втором месте по величине среди оптических приборов на Земле. Они расположены недалеко от вершины горы Мауна-Кеа на Гавайях. Keck I начал функционировать в 1993 году. Спустя несколько лет, в 1996, был запущен Keck II . В 2004 году на объединенных телескопах была развернута первая система адаптивной оптики с лазерной направляющей звездой. Она создает искусственное звездное пятно в качестве ориентира для коррекции атмосферных искажений при просмотре неба.
Фото: ctrl.info Большой Канарский телескоп (GTC)
10,4-метровый телескоп расположен на пике потухшего вулкана Мучачос на Канарском острове Пальма. Он известен как оптический прибор с самым крупным зеркалом в мире. Оно состоит из 36 шестиугольных сегментов. GTC имеет несколько вспомогательных инструментов. Например, камеру CanariCam, способную исследовать инфракрасный свет среднего диапазона, излучаемый звездами и планетами. CanariCam также обладает уникальной способностью блокировать яркий звездный свет и делать слабые планеты на фотоснимках более заметными.
Фото: astro.ufl Радиотелескоп обсерватории Аресибо
Это один из самых узнаваемых в мире наземных телескопов. Он функционирует с 1963 года и представляет собой огромную 30-метровую радиоотражающую тарелку рядом с городом Аресибо в Пуэрто-Рико. Огромный отражатель делает телескоп особо чувствительным. Он способен обнаружить слабый радиоисточник (отдаленные квазары и галактики, которые излучают радиоволны) всего за несколько минут наблюдения.
Фото: physicsworld Комплекс радиотелескопов ALMA
Один из крупнейших наземных астрономических инструментов представлен в виде 66 12-метровых радиоантенн. Комплекс находится на высоте 5000 метров в пустыне Атакама в Чили. Первые научные исследования были проведены в 2011 году. У радиотелескопов ALMA есть одно важное предназначение. С их помощью астрономы хотят изучить процессы, которые происходили на протяжении первых сотен миллионов лет после Большого Взрыва.
Фото: Википедия До этого момента мы говорили об уже существующих телескопах. Но сейчас строится много новых. Совсем скоро они начнут функционировать и значительно расширят возможности науки.
LSST
Это широкоугольный телескоп-рефлектор, который будет снимать определенную область неба каждые несколько ночей. Расположен он будет в Чили, на вершине горы Серо-Пачон. Пока проект находится только в разработке. Полноценное функционирование телескопа планируется к 2022 году. Тем не менее, на него уже возлагают большие надежды. Астрономы ожидают, что LSST даст им наилучшее представление о находящихся на большом удалении от Солнца небесных телах. Также ученые предполагают, что этот телескоп сможет замечать космические камни, которые теоретически могут столкнуться с Землей в будущем.
Фото: LSST Гигантский Магелланов телескоп
Телескоп, строительство которого планируют завершить к 2022 году, будет находиться в обсерватории Лас-Кампанас в Чили. Ученые полагают, что телескоп в четыре раза превысит способность собирать свет по сравнению с существующими на данный момент оптическими приборами. С его помощью астрономы смогут открывать экзопланеты (планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы) и изучать свойства тёмной материи.
Фото: Википедия Тридцатиметровый телескоп
Тридцатиметровый телескоп будет расположен на Гавайях, рядом с обсерваторией Кека. Планируется, что его начнут эксплуатировать в 2025-2030 годах. Диафрагма прибора способна обеспечить разрешение в 12 раз выше, чем у космического телескопа Хаббла.
Фото: Википедия Радиотелескоп SKA
Антенны SKA будут размещены в ЮАР и Австралии. Сейчас проект находится еще на стадии строительства. Но первые наблюдения запланированы уже на 2020 год. Чувствительность SKA будет в 50 раз превышать чувствительность любого когда-либо созданного радиотелескопа. С его помощью астрономы смогут исследовать сигналы из более молодой вселенной - времени, когда происходило формирование первых звезд и галактик.
Фото: Википедия Чрезвычайно большой телескоп (ELT)
Телескоп будет расположен на горе Серро-Амазоне в Чили. Планируется, что он начнет работать только в 2025 году. Тем не менее, он уже прославился огромным зеркалом, которое будет состоять из 798 шестиугольных сегментов диаметром 1,4 метра каждый. Технические характеристики ELT позволят ему изучать состав атмосфер внесолнечных планет.
Фото: Википедия
