БОЛЬШИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

	Ю.Н.Ефремов "В глубины Вселенной" 1984 г. Глава 16 ельзя не рассказать о главных орудиях астронома -телескопах, с помощью которых были добыты наши знания о Мире. Мы ограничимся оптическими телескопами — им и сейчас еще принадлежит главная роль; природу и радио и рентгеновского источника обычно нельзя понять, если нет оптического отождествления. Современная астрономия — по крайней мере те ее отрасли, которые занимаются исследованием звезд и галактик,— опирается на два достижения науки и техники конца XIX века —большие рефлекторы и высокочувствительные фотопластинки. Созданием нынешней картины мира — расширяющейся Вселенной, наполненной мириадами галактик, одной из которых является наша система Млечного Пути, мы обязаны работе двух-трех больших телескопов, которые долго не имели соперников. Достижения электроники и выход в космос прибавили важные штрихи к этой картине — но не более, чем штрихи... Важнейшие этапы развития наших представлений о мироздании связаны с вводом в строй очередного телескопа, существенно превосходящего своих предшественников по диаметру зеркала и, следовательно, по количеству света, которое он может собрать. Большие рефракторы так и остались в прошлом веке — из-за малой светосилы и поля зрения они не могли сколь-нибудь эффективно использоваться как фотографические и спектральные инструменты; изучение двойных звезд и определение параллаксов (а иногда и собственных движений) — почти единственные задачи, для которых они очень полезны и сегодня. История современных рефлекторов начинается с 36-дюймвого (91-сантиметрового) Кросслеевского телескопа, который и поныне работает на Ликской обсерватории на горе Гамильтон в Калифорнии. Его зеркало было изготовлено в Англии в 1879 г. под руководством известного оптика А. Коммона; оно было первым, изготовленным не методом проб и ошибок, а с применением научно обоснованных методов контроля формы поверхности. В 1885 г. телескоп с этим зеркалом был продан любителю астрономии Э. Кросслею, который вряд ли подозревал, что совершает покупку, которая обессмертит его имя. В 1894 г. он решил продать телескоп, и в следующем году он был установлен на Ликской обсерватории,— первой в мире горной обсерватории. Телескоп попал в хорошие руки и в хорошее место. Астроклимат горы Гамильтон весьма неплох и по современным меркам, а на обсерватории подобрался коллектив, для членов которого было делом чести получать как можно более хорошие фотографии. Именно с Кросслеевским рефлектором был впервые обнаружен мир галактик — существование множества «слабых туманностей», как их тогда называли, по тогдашней оценке сотрудника Ликской обсерватории Килера, доступное этому рефлектору число таких туманностей составляет на всем небе около 120000. С его помощью было обнаружено и существование темных полос в экваториальных плоскостях некоторых таких «туманностей», что затем было объяснено как следствие концентрации пылевой материи в дисках галактик. Успешная работа Кросслеевского рефлектора стимулировала строительство более крупных инструментов. Первым из них был 60-дюймовый рефлектор обсерватории Маунт Вилсон, построенный в 1903 —1908 гг. Главная роль в создании этой обсерватории принадлежала Джорджу Хейлу, который на редкость удачно сочетал в себе таланты ученого и организатора науки. Известный исследователь Солнца, изобретатель спектрогелиографа, Хейл сумел за свою жизнь организовать строительство четырех телескопов, каждый из которых был крупнейшим в мире для своего времени. Первым из них был метровый рефрактор на обсерватории Йеркса близ Чикаго, вторым — 60-дюймовый рефлектор. Средства для его создания Хейл сумел извлечь из фонда Карнеги, конструирование телескопа и полировку зеркала осуществил Джордж Ричи, оптик из Чикаго, которого Хейл пригласил работать на калифорнийской обсерватории. Стеклянный диск был отлит на старинной фабрике Сен-Гобен во Франции. Создав телескоп, Ричи сам стал и наблюдать с ним. Главной его задачей было получение как можно более хороших фотографий небесных объектов. Ричи применял мелкозернистые малочувствительные пластинки, экспозиции доходили до 15 часов; он разработал специальную кассету и мгновенно действующий затвор, который закрывался зубами в моменты ухудшения изображений. Экспозиции несколько раз прерывались и для исправления фокуса. Фотографии, полученные Ричи, были великолепны, на них, как мы знаем, в сущности впервые ближайшие галактики были разрешены на звезды. Ряд цефеид, открытых в туманности Андромеды Хабблом, можно отождествить и на снимках Ричи, чего он не знал, но у Хаббла это была рутинная работа, а для Ричи это были бы чрезвычайные усилия. Цефеид он не искал, но в 1917 г. случайно открыл в спиральной галактике NGC 6946 сверхновую звезду (существование их было доказано только в 1934 г., и Ричи называл свою звезду новой) и начал систематический их поиск, давший еще две такие звезды в туманности Андромеды. Исследования Ричи дали Лундмарку веские аргументы в пользу той точки зрения, что это — самостоятельная галактика, подобная нашей. Однако доказано это было, как мы знаем, лишь пять лет спустя Хабблом, который, работал уже на 100-дюймовом телескопе. Средства для строительства Хейл получил от миллионера Гукера, диск был отлит на той же фирме Сен-Гобен в 1908 г., а полировку его осуществил Ричи. Работа была закончена в 1918 г. В отличие от 60-дюймового телескопа, установленного на вилочной (американской) монтировке, 100-дюймовый телескоп смонтирован внутри ярма, служащего полярной осью: полюс мира поэтому недоступен. Именно этому телескопу суждено было сыграть решающую роль в построении современной астрономической картины мира. Подумать только — ныне здравствующие астрономы старшего поколения еще помнят время, когда спиральные туманности считались газовыми образованиями внутри нашей Галактики, Солнце считалось расположенным близ ее центра, а нестационарность, получавшаяся в релятивистских моделях Вселенной, считалась их досадным дефектом. Неутомимый Хейл начал мечтать о еще большем телескопе едва стодюймовик вступил в строй. С 1925 г. он начал изыскивать средства и в 1928 г. преуспел в этом; они вновь черпались из частных источников. Было решено остановиться на вдвое большем зеркале, чем у 100-дюймового телескопа. Среди многих специалистов, принимавших участие в создании нового телескопа, надо назвать, помимо Хейла, оптика Дж. Андерсона и конструктора Р. Портера, чьи рисунки 200-дюймового телескопа и различных его узлов широко известны, а также инженера М. Серюрье, предложившего новую конструкцию трубы. Работы, приостановленные во время войны, были закончены только к концу 1947 г. К этому же времени на горе Паломар (освещенность неба на Маунт Вилсон непрерывно росла - Лос-Анджелес был слишком близко) были закончены гигантская башня диаметром в 42 м и монтировка телескопа. 140-тонная труба (точнее говоря, решетчатая конструкция, связывающая зеркало и главный фокус с монтировкой) настолько тяжела, что пришлось вновь поместить ее внутри ярма, служащего полярной осью. Однако все хотели иметь доступными и близполярные области, и северный конец ярма был выполнен в виде подковы диаметром 14 м, внутрь которой ложится труба, направленная на полюс мира, а наружная сторона служит подшипником. 530 тонн веса трубы и монтировки можно повернуть одним движением руки. Кабина наблюдателя помещена внутри телескопа у главного фокуса; она имеет в диаметре 1,8 м, но загораживает лишь 13% света, падающего на главное зеркало, середина которого (диаметром 1 м) все равно к тому же просверлена для наблюдений в кассегреновском фокусе. Следя за высверливанием этого отверстия, Хейл вспоминал, как он был счастлив, когда на Йеркскую обсерваторию был доставлен объектив большого рефрактора — того же размера... 21 декабря 1947 г. несколько человек впервые посмотрели на звезды в 200-дюймовый телескоп . Среди них были Э. Хаббл, Я. Оорт, А. Боуэн. Испытания зеркала на телескопе, проведенные в течение 1948 г., показали необходимость некоторой доводки его поверхности и усовершенствования системы разгрузки. Систематическое фотографирование в главном фокусе началось 12 ноября 1949 г., а через год стали планомерно использоваться спектрографы телескопа. Дж. Хейла уже не было в живых, и телескоп заслуженно получил его имя. В 1970 г. имя Хейла было присвоено и объединенной обсерватории Маунт Вилсон - Маунт Паломар. Э. Хаббл скончался в 1953 г., В. Бааде — в 1960, но Сендидж, Арп и другие их ученики достойно заменили этих великих наблюдателей в кабине главного фокуса телескопа Хейла. О работах, проведенных с помощью этого телескопа, много раз говорилось в предыдущих главах а б Рис.1 а) Кабина главного фокуса 5-метрового рефлектора вскоре после вступления телескопа в строй. В кабине Э.Хаббл б) 5-метровый рефлектор имени Хейла на горе Паломар. В башне телескопа идет заседание посвященное открытию телескопа (1948 г) 5-метровый телескоп явился прототипом больших телескопов второго поколения. Третьим большим телескопом стал вступивший в строй в 1961 г. 3-метровый (120-дюймовый) рефлектор Ликской обсерватории. Зеркало его сделано из диска, служившего при испытании зеркала паломарского гиганта. Он смонтирован на вилочной установке, несмотря на то, что его фокусное расстояние (15 м) лишь на 1,5 м короче, чем у телескопа Хейла. Здесь тоже в главном фокусе помещена кабина наблюдателя, но уже очень тесная. Четвертым гигантом стал 2,6-метровый телескоп имени Шайна (ЗТШ) , построенный в 1954-1961 гг. на Ленинградском оптико-механическом объединении (ЛОМО) под руководством Б. К. Иоаннисиани для Крымской астрофизической обсерватории. Задача, новая для нашей промышленности, была решена успешно. На ЗТШ выполнены ценные исследования по спектроскопии галактик, вспыхивающих и симбиотических звезд, детально изучены характеристики атмосфер горячих сверхгигантов и магнитных звезд, проведены уникальные измерения поляризации света звезд. Список больших рефлекторов с классической оптической схемой и параболическим зеркалом, начинающийся с телескопа Рис. 2. Башня 6-метрового телескопа на отрогах горы Пастухова Гукера, завершают два советских телескопа, пробные снимки на которых были получены в 1975 г. Это 2,6-метровый рефлектор, установленный на Бюраканской обсерватории — близнец ЗТШ, и крупнейший в мире «большой телескоп азимутальный» (БТА) с диаметром зеркала в 6 м, также сооруженнкй на ЛОМО (рис. 3). . БТА принадлежит Специальной астрофизической обсерватории АН СССР, но 70% его наблюдательного времени отдается приезжим астрономам. Телескоп смонтирован на высоте 2070 м над Нижним Архызом, маленьким поселком в долине Большого Зеленчука на Северном Кавказе. Впервые в истории современного телескопостроения большой рефлектор установлен на азимутальной установке. Вес телескопа и монтировки превышает 850 тонн, и это было одной из причин, заставивших его конструктора Б. К. Иоаннисиани предпочесть азимутальную установку; при этом облегчается исправление гнутия трубы и деформации зеркала. Это смелое решение приводит к необходимости движения телескопа при экспозиции по двум осям (а при прямом фотографировании необходим еще и поворот кассеты для компенсации вращения поля) вместо одной при обычной экваториальной монтировке. Специализированная ЭВМ непрерывно вычисляет азимут и высоту (исходя из данного склонения, прямого восхождения и момента) и управляет движением телескопа; фотоэлектрические гиды должны выбирать возможные погрешности. Такая система успешно применяется на радиотелескопах, но никто еще не решался использовать ее для оптического инструмента. Рис.3. 6-метровый рефлектор БТА (Большой Телескоп Азимутальный) Фокусное расстояние главного зеркала БТА составляет 24 м так что относительное отверстие при работе в главном фокусе равно 1:4. Это единственный наш телескоп, у которого есть кабина главного фокуса (рис. 3). Спектры с большой дисперсией получаются в несмитовском фокусе (ломаном кассегреновском) который заменяет неподвижный фокус куде у обычных телескопов. Несмитовский фокус БТА выведен на обширные трехэтажные (снабженные даже лифтом!) платформы венчающие оба зуба вертикальной вилки, между которыми установлен телескоп. При его движении эти платформы не изменяют своего горизонтального положения и допускают установку самых сложных спектрографов. Зеркало одного из них имеет в диаметре 2 метра! Современный большой телескоп - квинтэссенция достижений конструкторской мысли и промышленности. Здесь требуется предельная, до долей миллиметра, точность изготовления стальных конструкций, вес которых - многие десятки тонн, а размеры - десятки метров. Ошибка в форме поверхности зеркала не должна превышать десятитысячной доли миллиметра Принадлежности телескопа - спектрографы, фотоумножители, счетчики квантов - все это вершина современного приборостроения. Борьба идет за каждый фотон. Все телескопы, о которых шла речь,- классические рефлекторы с параболическим главным зеркалом. Относительное отверстие их составляет от 1/3,3 до 1/5, а поле хороших изображений обычно не превышает в диаметре 20. Между тем расчеты показывают, что предельная звездная величина, достигаемая на телескопе с данным диаметром зеркала, тем слабее, чем больше его фокусное расстояние. Большое поле чрезвычайно выгодно для прямой фотографии, оно полезно и при спектральных и фотоэлектрических наблюдениях очень слабых, невидимых глазом объектов, когда наводить и гидировать приходится по более яркой звезде, которой может и не оказаться в пределах малого поля зрения. Еще в двадцатых годах Ричи и французский оптик Кретьен разработали оптическую схему, которая соединяет в себе возможность получения широкого поля и большого фокусного расстояния и не влечет чрезмерного увеличения длины трубы. Наоборот, длина телескопа системы Ричи - Кретьена намного меньше, чем у классических рефлекторов, ибо относительное отверстие в главном фокусе у него существенно больше. При этом диаметр поля хороших изображений достигает 1°,5 у больших телескопов и 3°-у метровых рефлекторов; по сути дела, оно ограничено уже максимальными размерами существующих фотопластинок. Исправление аберраций изображения на громадном поле достигается тем, что и главное, и кассегреновское зеркало телескопа этой системы - не параболическое, а гиперболическое. Трудно сказать, почему долгие годы на схему Ричи —Крегьена не обращали должного внимания, отчасти — из-за трудностей изготовления гиперболической поверхности. Но сейчас по этой схеме построено новое, третье поколение гигантских телескопов, очень похожих друг на друга конструктивно. Это прежде всего два 4-метровых (158-дюймовых) телескопа, установленных американскими астрономами на вершинах Китт Пик (Аризона, США) и Сьерро Тололо (Чили) в 1974—1975 гг. Превосходное качество зеркал, большое фокусное расстояние и огромное поле в соединении с хорошим астроклиматом (особенно в Сьерро Тололо) делает эти телескопы непревзойдёнными по эффективности (рис. 4). Англо-австралийский телескоп с зеркалом в 3,9 м установлен в 1974 г. в Австралии на обсерватории Сайдинг Спринг. В Чили на горе Ла Силла в 1976 г. вступил в строй 3,6-метровый рефлекто международной западноевропейской Южной обсерватории. На горе Лас Кампанас установлен 100-дюймовый телескоп Южной обсерватории Института Карнеги — филиала обсерватории имени Хейла. На этой обсерватории работает и метровый рефлектор Ричи — Кретьена, который на пластинке размером в 35 х 35 см дает поле 3° х 3°. Франко-канадо-американский телескоп с зеркалом 3,6 м установлен на рекордной высоте 4200 м на Гавайских островах. Для телескопов третьего поколения характерно не только применение оптической схемы Ричи— Кретьена. Их зеркала сделаны из кварца или, чаще, из ситалла (зеродура, сервита —это разные названия для стеклокерамического материала с почти нулевым коэффициентом температурного расширения), и поэтому изменение температуры воздуха не влечет за собой изменение формы зеркала. Вспомним, как мучился с ним Бааде; с этим приходится считаться и при работе на 6-метровом телескопе. Новые материалы облегчают и контроль поверхности при изготовлении зеркала; это, и в особенности применение ЭВМ, позволяет доводить поверхность при необходимости до теоретически предельной (определяемой дифракцией) точности. Концентрация света от точечных объектов у современных 3 - 4-метровых зеркал составляет около 90 % в О", 1 - О", 3, и это имеет огромное значение при наблюдении слабых звезд, поскольку уменьшение вдвое поперечника их изображения в фокальной плоскости телескопа эквивалентно увеличению вдвое диаметра зеркала! Высокое качество зеркала, однако, не может помочь, если изображение портится турбулентностью атмосферы (той самой, которая вызывает и мерцание звезд — верный признак
автор пректа Степаненко С.А.		далее>>

Хостинг от uCoz