Солнечный телескоп имени МакМаса и Пирса

Для многих задач, связанных с исследованием Солнца, необходимо иметь крупномасштабное изображение его диска, а для этого требуется телескоп с большим фокусным расстоянием. Другое важное требование - высокая стабильность и качество изображения. Чтобы соблюсти оба условия, большие солнечные телескопы, как правило, делаются неподвижными, а их конструкция значительно отличается от привычных для нас схем оптических телескопов.

В этой статье мы познакомим вас с солнечным телескопом им. МакМаса и Пирса, установленным на вершине горы Китт-Пик (штат Аризона, США). Помимо того, что он является крупнейшим в мире в своем классе, он также является и самым большим в мире оптическим телескопом с неэкранированной оптической системой: его главное собирающее зеркало имеет диаметр 1.52 м.

Строительство такого гигантского инструмента было поистине неординарной задачей. Во всех предварительных проектах (а их было сразу три!), телескоп представлял собой огромный вертикальный треугольник с гипотенузой вдоль полярной оси, благодаря чему он и получился похожим на гномон невероятно больших солнечных часов. Несмотря на высокую сложность конструкции, постройка телескопа заняла всего лишь 5 лет, и в ноябре 1962 года состоялось его торжественное открытие.

Известно, что в схеме любого солнечного телескопа первым оптическим элементом всегда является подвижное плоское зеркало, называемое целостатным, главная задача которого - отражать солнечный свет в одном и том же направлении в пространстве. Это достигается благодаря вращению зеркала вокруг полярной оси со скоростью один оборот за 48 часов. Обычно рядом с ним находится дополнительное плоское зеркало для направления солнечного луча в стоящий неподвижно телескоп, а оба зеркала вместе называются целостатом. В "МакМасе-Пирсе" используется не классический целостат, а его разновидность - гелиостат, в котором есть лишь одно плоское зеркало диаметром 2.1 метра, которое направляет свет сразу вдоль главной оси телескопа, совпадающей с полярной осью.


30-метровая конструкция, поддерживающая гелиостат "МакМаса-Пирса", должна быть настолько прочной, что даже при сильном порыве ветра изображение Солнца в конце 220-метрового оптического пути не должно отклоняться более, чем на 0.4 мм. Поэтому колонна гелиостата вместе с видимой над землей частью наклонной шахты телескопа и выглядит так внушительно. Конструкторы решили сделать ее столь высокой ради удаления целостатного зеркала от земли с ее конвективными тепловыми потоками. Между прочим, и сам гелиостат, и другие зеркала "МакМаса-Пирса" установлены на стальные рельсы, которые тянутся от гелиостата до самой нижней точки - до первичного зеркала. По ним зеркала могут перемещаться всякий раз. когда наступает время их мыть или заново алюминировать.

Для предотвращения нежелательных тепловых эффектов внутри главной шахты телескопа температура воздуха на всем ее протяжении должна поддерживаться равной температуре окружающего воздуха, а ведь эта шахта вовсе не заканчивается на уровне основания, а продолжается еще на целых 90 метров в гору! Можно себе представить, какие усилия нужно приложить, чтобы поддерживать температуру всей этой огромной колонны воздуха на необходимом уровне. Особенно зимой, когда "за бортом" значительно холоднее, чем в глубине шахты. Поэтому все это гигантское сооружение буквально пронизано километрами труб - системой, сравнимой по сложности с кровеносной системой человека. В ней циркулирует 14 тыс. литров антифриза и 60 тыс. литров воды.

Шахта "МакМаса-Пирса" достаточно широка. поэтому сегодня в ней работают сразу три солнечных телескопа - помимо главного целостата здесь установлено еще два вспомогательных: восточный и западный. Для каждого из них в шахте установлены и свои собирающие зеркала. Расположенные бок о бок. эти три телескопа могут работать как вместе, так и независимо. В таблице приведены параметры для каждого из них.


В отличие от других солнечных телескопов. "МакМас-Пирс" достаточно чувствителен, чтобы наблюдать ночью яркие звезды, поэтому он используется не только для изучения Солнца. Среди его достижений есть и такие, как измерение магнитных полей карликовых звезд позднего типа, открытие естественного мазера в атмосфере Марса, получение спектров высокого разрешения видимых только днем комет и подтверждение почти полного отсутствия воды в атмосфере Венеры.

Что касается открытий и достижений в области изучения Солнца, то их в такой короткой статье невозможно даже перечислить. Отметим лишь некоторые: обнаружение на солнце воды и изотопа ³Не, открытие солнечных эмиссионных линий в диапазоне около 12 микрон, первое измерение Килогауусовых магнитных полей во внешних областях солнечных пятен, первые снимки Солнца высокого разрешения в линиях 1.6 и 10 микрон.

Большая светосила, расширенный диапазон длин волн от ультрафиолетового до далекого инфракрасного и хорошие поляризационные характеристики всех трех телескопов "МакМаса-Пирса" делают их уникальными в своем классе. Стационарные приборы, используемые в фокусе телескопов, включают двойной спектрограф с дифракционной решеткой, охватывающий широкий диапазон длин волн (0.3-12 микрон), высоко-дисперсионный звездный спектрометр и 1-метровый Фурье трансформ-спектрометр. Последний, кстати, считается настоящим шедевром в классе научных инструментов. Им пользуются не только астрономы, но и изучающие нашу атмосферу физики и химики.