Астрономия очень популярна в Стране восходящего Солнца: в Японии сотни планетариев, японские любители астрономии хорошо известны за рубежом — достаточно вспомнить кометы Икейя-Секки или Хиакутаке. Японские астрофизики-теоретики славятся по всему миру. Для проведения численных расчетов японские ученые вооружены самыми быстрыми компьютерами. А вот больших телескопов в Японии уже давно не строили; среди сотни крупнейших инструментов мира еще недавно Япония даже не упоминалась. Одним словом, японские астрономы давно мечтали о большом телескопе. Поэтому еще в начале 80-х Национальная астрономическая обсерватория Японии (National Astronomical Observatory of Japan, NAOJ) начала планировать строительство оптического и радио-телескопов мирового уровня.
Первым был создан 54-метровый радиотелескоп миллиметрового диапазона в Нобеяма. Это и понятно: Япония готовилась к запуску межпланетных зондов — срочно нужна была антенна для дальней космической связи. Но и оптический гигант не заставил себя долго ждать. Первоначально проект этого телескопа назвали "Японский национальный большой телескоп" (Japan National Large Telescope, JNLT), а позже окрестили красивым именем "Субару". Этот инфракрасный и оптический рефлектор с тонким (толщиной всего 20 см!) монолитным зеркалом диаметром 8.3 метра впитал в себя все достижения современной электроники.
Отметим, что за последние годы в Японии создано несколько гигантских научных приборов; помимо радио- и оптического телескопов были построены крупнейшие нейтринные детекторы Камиоканде и Суперкамиокан-де. Последний можно по праву называть нейтринным телескопом, ведь с его помощью получено первое нейтринное изображение Солнца. Но лишь оптический гигант "Субару" впервые установлен за пределами Японии. Для него выбрана лучшая в мире астрономическая площадка — 4.2-километровая вершина древней вулканической горы Мауна-Кеа (о. Гавайи), объявленная научным заповедником за свой уникальный астроклимат. "Субару" попал в хорошую компанию: два 10-метровых "Кека", 8.1-метровый "Джемини", несколько телескопов 4-метрового класса. Строительство "Субару" продолжалось 8 лет; "первый свет" он увидел в январе 1999 года.
"Субару" — представитель нового поколения оптических наземных телескопов, в значительной степени вызванного к жизни созданием "Хаббла" — телескопа космического. Дело в том, что, ощутив всю прелесть высокого углового разрешения, на которое оказался способен Космический телескоп, астрономы захотели иметь побольше таких инструментов. При этом было бы весьма желательно в несколько раз увеличить диаметр главного зеркала и во много раз снизить стоимость телескопа. Учитывая опыт строительства и эксплуатации "Хаббла", мечта о новых больших космических телескопах выглядела абсолютно нереальной. Поэтому родилась мысль о создании "космических телескопов на Земле".
Чтобы наземный телескоп давал такое же качество изображения, как космический, нужно решить две проблемы: нейтрализовать действие силы тяжести, изгибающей главное зеркало телескопа и несущую его конструкцию, а также нейтрализовать действие атмосферы, искажающей изображения небесных объектов. Обе задачи оказались по плечу современным компьютерам и чутким механическим устройствам. Решение первой задачи — борьба с гравитацией и другими причинами медленных искажений изображения — возложено на систему активной оптики, которая следит за формой главного зеркала. Вторую задачу — борьбу с атмосферным дрожанием — решает система адаптивной оптики, с высокой скоростью управляющая формой одного из вторичных зеркал.
Новые принципы телескопостроения сначала были испытаны на инструментах среднего класса: за последние 20 лет введено в строй несколько телескопов диаметром 3-4 метра, работающих на принципах новой технологии: многозеркальные системы, сборные или тонкие монолитные зеркала, контроль температуры в подбашенном пространстве и т.п. В начале 90-х начался переход к реализации новых принципов на телескопах предельного размера: появились "Кеки", "Очень большой телескоп" (VLT) и вот теперь — "Субару", стоимость которого составила 348 млн. долл. США.
"Субару" превосходен со всех точек зрения: у него большая светосила, высокое угловое разрешение и, как сообщают специалисты, прекрасная точностью ведения. Для непрерывной коррекции формы его весьма гибкого зеркала предназначено более 260 подвижных упоров, смещением которых управляет компьютер. В главном фокусе "Субару" расположена камера, имеющая наибольшее поле зрения среди телескопов 8-метрового класса.
В процессе изготовления телескопа применялись самые современные технологии: компьютерное конструирование и производство механических и оптических частей, их детальная проверка как методами численного моделирования, так и в реальной работе. До сборки все детали "Субару" прошли самое тщательное испытание. Летом 1996 г. механическая часть телескопа была полностью собрана и испытана на заводе фирмы "Хитачи" в г. Осака (Япония); затем ее разобрали и отправили морем на Гавайи.
В это время на вершине Ма-уна-Кеа уже полным ходом шел монтаж башни телескопа. Ее особенностью является управляемый компьютером цилиндрический купол, сконструированный так, что он подавляет тепловую турбулентность воздуха, от которой обычно страдают изображения. В управлении не только инструментом, но и башней также используются новейшие технологии: тонкий компьютерный контроль подкупольного климата дает дополнительные возможности получения предельно качественных изображений.
Для периодического восстановления зеркального покрытия объектива "Субару" на вершину доставлена и установлена в нижнем этаже башни огромная вакуумная камера. По мере надобности главное зеркало и другие оптические элементы будут снимать с телескопа и, поместив в камеру, восстанавливать их отражательные поверхности, испаряя в вакууме различные металлы. Сейчас, в период отладки, главное зеркало покрыто слоем чистого алюминия толщиной 0.1 мкм. Позднее этот слой будет заменен серебряным покрытием, более подходящим для работы в инфракрасном диапазоне.
Во время работы телескопа в подкупольном пространстве не должно быть людей. Сам телескоп и все вспомогательные приборы управляются на расстоянии из специального помещения. Впрочем, с таким же успехом управление "Субару" можно осуществлять из любой точки Земли при помощи Интернета. Для смены приборов в кассегреновском фокусе телескопа и других манипуляций во время наблюдений используются находящиеся внутри башни две тележки-роботы.
"Субару" должен иметь необычайно высокое разрешение в широком спектральном диапазоне, от ближнего ультрафиолета до среднего инфракрасного диапазона. Уже в период опытной эксплуатации он дал изображения с качеством 0.2". И это без использования системы адаптивной оптики! Но наиболее впечатляющими должны стать результаты его наблюдения в очень важном и малоизученном инфракрасном диапазоне, для работы в котором оптимизирован телескоп.
Хронология создания
| Апрель 1991 г. | Начало реализации проекта |
| Июнь 1992 г. | Заложен фундамент для монтировки и башни телескопа на г. Мауна-Кеа (фото 1) |
| Апрель 1993 г. | Начало изготовления механических частей телескопа |
| Июль 1993 г. | Начало строительства купола обсерватории |
| Июль 1994 г. | Отлита заготовка главного зеркала (фото 2) |
| Август 1994 г. | Начало полировки главного зеркала |
| Апрель 1995 г. | Телескоп временно собран в г. Осака (Япония) для проведения испытаний (фото 3) |
| Октябрь 1996 г. | Механические части телескопа перевезены на г. Мауна-Кеа, начата сборка телескопа в обсерватории |
| Март 1997 г. | Завершено строительство обсерватории |
| Март 1998 г. | Завершено строительство телескопа |
| Сентябрь 1998 г. | Завершена полировка главного зеркала (фото 4) |
| Ноябрь 1998 г. | Главное зеркало доставлено на г. Мауна-Кеа (фото 5) |
| Январь 1999 г. | Телескоп приступил к наблюдениям (фото 6) |
Три года ушло на изготовление заготовки для главного зеркала "Субару" (фото 2), выполненного из стекла со сверхнизким коэффициентом теплового расширения. Диск был собран на заводе в Нью-Йорке из более чем 44-х шестигранных пластин, каждая весом в тонну. Их тщательно подогнали друг к другу, сплавили й отполировали, придав верхней и нижней поверхностям плоскую форму. Затем 8.3-метровый диск весом 33 тонны вновь поместили в печь и, разогрев, дали ему прогнуться и принять форму будущего зеркала; лишь после этого началась его тонкая обработка. В течение следующих четырех лет в Питсбурге (шт. Пенсильвания, США) зеркало проходило тонкую обработку и полировку (фото 4). В его задней поверхности просверлили 261 лунку для разгрузочных упоров, а передней поверхности придали оптически идеальную форму. В результате зеркало похудело на 9 тонн.
Эти изображения Юпитера и Сатурна получены "Субару" 22 января 1999 г. в течение нескольких минут последовательно через три светофильтра: В (синий), V (зеленый) и R (красный). На Юпитере видно Большое Красное Пятно - гигантский циклон, размером вдвое больше Земли. Маленькая черная точка ниже центра - спутник Юпитера Ганимед. Он кажется темным, поскольку коэффициент отражения света (альбедо) у его поверхности значительно ниже, чем у облачного покрова Юпитера. Тень Ганимеда в момент съемки проходила мимо диска планеты.
Предсказанный Эйнштейном эффект гравитационной линзы прекрасно виден на этом изображении квазара PG 1115+080, полученном "Субару" в оптическом и близком инфракрасном диапазонах (фото вверху и внизу соответственно). Центральное изображение - это галактика, удаленная от нас на 3 млрд. св. лет. Именно она играет роль гравитационной линзы. Вокруг нее видны 4 изображения самого квазара, лежащего значительно дальше, на расстоянии 10 млрд. св. лет. Этот снимок прежде всего демонстрирует изумительное качество оптики и механики телескопа "Субару". Длинная сторона кадра имеет угловой размер всего 5". В момент съемки качество изображения было 0.33". Регулярно наблюдая за вариациями блеска отдельных изображений квазара, астрономы надеются определить временную задержку света, идущего к нам разными путями, и таким образом определить геометрические свойства Вселенной.
Фото Плутона и Харона получено "Субару" 9 июня 1999 г. в ближнем инфракрасном диапазоне с экспозицией 2 сек. Размер кадра 2"хЗ". Раньше наземным телескопам такое было недоступно: сфотографировать по отдельности Плутон и Харон мог только Космический телескоп им. Хаббла. При качестве изображения 0.35" "Субару" не только без труда разделил эту пару, но и получил спектры каждого из тел. Любопытно, что состав их поверхности оказался совершенно различным: Плутон покрыт замерзшим азотом (N2), метаном (СН4), окисью углерода (СО) и этаном (С2Н6), а Харон покрыт водяным льдом (Н2O), которого нет на Плутоне. Пока "Субару" не может различить диски Плутона и Харона, поскольку их диаметры всего 0.08" и 0.04". Но вскоре, когда начнет работать его система адаптивной оптики, качество изображений достигнет 0.06", диск Плутона станет различим.
Знаменитую планетарную туманность Кольцо (М 57) в созвездии Лиры, удаленную от нас на 1600 св. лет, "Субару" сфотографировал через голубой (В) и зеленый (V) широкополосные светофильтры, а также через узкополосный красный фильтр, пропускающий только линию излучения водорода (Нα) при его переходе из второго в первое возбужденное состояние. Именно излучение водорода позволяет впервые подробно изучить самую внешнюю разреженную часть оболочки (фото слева), сброшенной звездой на заключительном этапе ее эволюции. Остаток этой звезды - белый карлик - виден внутри яркой кольцевой туманности. На фото справа показан результат математической обработки изображения (методом "максимума энтропии"): слабые внешние части туманности пропали, зато стали видны мелкие детали яркого кольца, максимальный диаметр которого составляет 0.7 св. лет.
Галактики редко встречаются поодиночке; обычно они живут группами, содержащими до нескольких тысяч массивных звездных систем. К сожалению, в таких крупных коллективах теряется индивидуальность каждого члена, его характерные черты. Поэтому большой интерес представляют группы галактик, содержащие не более нескольких десятков членов. Особенно интересны так называемые Компактные группы Хиксона (HCG), состоящие из нескольких близко расположенных галактик. Их члены тесно взаимодействуют между собой, демонстрируя при этом свои "скрытые" особенности: темную массу в гало, активное ядро и т.п. На этом изображении размером 2'хЗ', полученном "Субару" в близком инфракрасном диапазоне, показана группа HCG 40, находящаяся в созвездии Гидры на расстоянии 300 млн. св. лет от нас. В ней 5 галактик: сверху вниз - спиральная, эллиптическая, еще две спиральных и линзовидная. Изогнутые диски спиральных галактик указывают на сильное приливное взаимодействие членов группы. Через несколько миллиардов лет они должны "слиться" в единую звездную систему, похожую на гигантскую эллиптическую галактику. На этом фото кроме пяти галактик группы видны звезды нашей Галактики (две белые точки) и несколько очень далеких звездных систем.
