Конечно, уже имеющиеся наблюдательные сети, состоящие из нескольких более скромных приборов, именуемые интерферометрами, которые "сливают" поступающие световые лучи воедино, тоже дают очень четкие изображения небесных тел. Но нераздельное гигантское зеркало, все же, будет собирать куда больше света, а значит, позволит астрономам обнаруживать и изучать более тусклые объекты. Подобный инструмент мог бы, например, обнаружить излучение, отраженное сравнительно недалекими от Солнечной системы "чужими" планетами (а их открыто уже несколько десятков), исследовать состав их атмосфер, чтобы выяснить, содержатся ли там вещества, свидетельствующие о наличии жизни. Или же наблюдать чрезвычайно удаленные галактики, по которым можно судить о том, что представляла собой Вселенная в своей "юности".
Создание гигантских телескопов — дело недешевое. Подсчитано, что до сих пор любое удвоение апертуры требовало увеличения расходов примерено в шесть раз. Так что 100-метровый телескоп, казалось бы, должен стоить не менее 20-30 миллиардов долларов. Но технологии совершенствуются, и то, что еще недавно казалось немыслимо дорогим, уже в ближайшем будущем может стать вполне приемлемым. Посмотрим, какие проекты новых телескопов предлагают конструкторы сегодня.
Шведские специалисты Арне Ардеберг и Терне Андерсен из Лундского университета выступают с проектом 50-метрового Крайне большого телескопа (extremely Large Telescope, XLT). Им представляется гигантское параболическое зеркало, сложенное из 585 шестигранных сегментов, которое направляет собранный свет на "всего лишь" 4-метровое вторичное зеркало. Оно, в свою очередь, посылает луч обратно через центральное отверстие в главном зеркале, позади которого расположена приемная аппаратура. "В процессе создания конструкции телескопа нами рассматривались разные варианты главного зеркала — от монолитного до состоящего из 100 тысяч 15-сантиметровых сегментов, но в итоге мы остановились на сегментах примерно такого же размера, как и у телескопа им. Кека, — сказал Андерсен. — "Кек" наглядно демонстрирует преимущества подобной системы, к тому же, возможно, нам будет легче добиться от финансирующих организаций выделения средств на строительство, если у них перед глазами будет успешно работающий аналог предлагаемого инструмента".
В целях удешевления стоимости телескопа можно отказаться от параболической формы главного зеркала в пользу сферической. Преимущество заключается в том, что все сегменты такого зеркала могут быть одинаковыми, что облегчает сложную задачу их полировки. К сожалению, в этом случае в оптическую схему телескопа придется вводить дополнительные корректоры для устранения неизбежно возникающей при этом сферической аберрации.
Руководимая Томасом Себ-рингом группа американских астрономов из Национального объединения оптических обсерваторий (NOAO), Университета штата Техас и Пенсильванского университета предлагает проект 35-метрового телескопа, главное зеркало которого будет как раз сферическим. Этому инструменту также присвоено название Крайне большой телескоп, правда, с другой аббревиатурой (Extremely Large Telescope, ELT). Предлагаемая конструкция представляет собой, по сути, увеличенную копию действующего в Макдональдской обсерватории (штат Техас) Телескопа им. Хобби и Эберли (Звездочет 1998 г., №2, стр. 18).
Напомним, что "Хобби-Эбер-ли" имеет 11-метровое составное сферическое зеркало, которое расположено под фиксированным (55 градусов) углом к горизонту, и в этом положении может вращаться только вокруг вертикальной оси. Поэтому для того чтобы телескоп мог хотя бы некоторое время следить за суточным вращением неба, во время наблюдений используется лишь часть главного зеркала (а именно, движущееся по нему "пятно" диаметром 9.2 м). Из-за этого по величине действующего светового отверстия этот телескоп уступает двум 10-метровым "Кекам". Кроме этого, невозможность изменять угол наклона главного зеркала делает для него невидимым примерно 30% небосвода.
Подобные ограничения, конечно, несколько сужают круг задач, которые можно решать с помощью подобных инструментов, но они дают очень большой выигрыш в цене. Так, при уровне затрат, всего в полтора раза превосходящем стоимость изготовления двух "Кеков", светособирающая сила зеркала ELT будет в 6 раз больше!
А теперь, представьте себе зеркальце размером... с баскетбольную площадку — гигантская стеклянная конструкция диаметром более 30 м. Ее масса — около 150 т, и состоит она из более чем 250 шестиугольных 2-метровых сегментов. Представили? Значит, вы смотрите сейчас на вторичное зеркало сверхтелескопа будущего поколения. Именно — вторичное! Потому что первичное, величиной уже не с баскетбольную площадку, а с футбольное поле, лежит сотней метров ниже, у основания всего сооружения, общий "рост" которого равняется высоте знаменитой пирамиды Хеопса в Египте.
Вот это и есть 100-метровый Ошеломляюще большой телескоп (OwerWhelmingly Large telescope), сокращенное название которого — OWL — читается так же, как английское слово "сова". Этот инструмент будет обладать вдесятеро большей светособирающей поверхностью, чем все ныне действующие профессиональные телескопы мира, взятые вместе!
OWL — не сон и не фантазия. Это уже вполне конкретный план, находящийся на рассмотрении в Европейской южной обсерватории. Специалисты-оптики уже завершили подготовку чертежей для изготовления зеркал, а инженеры и техники разрабатывают механическую структуру этого сборного "игрушечного конструктора", который будет состоять из 4 тысяч труб диаметром по 2 м. Общий вес сооружения достигнет приблизительно 17 тыс. т, что в 20 раз больше, чем у 6-метрового телескопа БТА Специальной астрофизической обсертории, установленного на Северном Кавказе.
Руководитель проекта Роберто Гильмоцци утверждает, что весь телескоп обойдется "всего" в 900 млн. долларов. Подобную "дешевизну" он объясняет тем, что сооружение будет состоять главным образом из одинаковых сборных элементов-модулей, созданных с использованием современной технологии. Если денежные средства поступят своевременно, то, как полагает Гильмоцци, "Сова" сможет увидеть свой "первый свет" около 2012 года. Это означает, что к этому сроку по крайней мере часть из 2 тысяч сегментов, из которых будет состоять 100-метровое главное зеркало, будет уже находиться на своем постоянном месте. Окончательно же инструмент может быть сдан в эксплуатацию к 2018 году.
Читателю ясно, что постройка подобного гиганта — задача титаническая. Гигантская махина, больше похожая на Эйфелеву башню, чем на обычную трубу телескопа, должна ведь еще и двигаться! В течение каждых суток четыре "лепестка", обеспечивающих кондиционирование воздуха над зеркалами, будут то закрывать, то обнажать их, сохраняя ночную температуру, а в случае необходимости, к этому будет привлекаться еще и подвижный ангар, защищающий нежное "дитя" от воздействия стихий. Зеркало будущего чемпиона будет иметь сферическую форму, так что все 2000 составляющих его сегментов должны быть идентичными. Только на то, чтобы изготовить такое количество 2.3-метровых близнецов, уйдет ни много, ни мало 8 лет — более одного сегмента в рабочий день создавать вряд ли удастся.
Когда OWL вступит в строй, он, как говорится, "заткнет за пояс" все остальные действующие телескопы. Установленные на нем приемные камеры и спектрометры при беспрецедентной светособирающей силе прибора будут в состоянии "добираться" до объектов 38-ой звездной величины! Благодаря своей адаптивной оптике "Сова" сумеет разглядеть детали с разрешением в 1.4 миллисекунды — это можно сравнить с размерами мелкой монетки, на которую взирают с расстояния 2700 км!
Возникает перспектива изучать солнцеподобные звезды в скоплении галактик Девы, можно будет наблюдать процессы рождения звезд, происходящие в очень удаленных областях Вселенной. Слабосветящиеся белые карлики станут доступными взору астронома на всем пути до Туманности Андромеды. Станет возможным непосредственно обнаруживать юпитероподобные планеты на расстояниях до 30 световых лет от нас.
100-метровая "Сова" — самое крупное из всех доселе запланированных на XXI век оптических сооружений. Но не единственное в своем роде. Например, главный конструктор составных зеркал телескопов им. Кека Джерри Нельсон разрабатывает новаторскую систему так называемых Гигантских оптических устройств (Giant Optical Devices, ее английское сокращение GOD образует слово "Бог"), состоящую из комплекса 20-ти и 50-метровых зеркал. Этот "составной великан" должен будет обладать исключительно острым зрением и чрезвычайно высокой чувствительностью, что позволит астрономам изучать самые далекие галактики, погружаясь в далекое прошлое Вселенной.
И здесь возникает законный вопрос: зачем создавать новые гигантские телескопы, когда при помощи бурно развивающейся сейчас оптической интерферометрии, объединяя несколько мелких (и дешевых) телескопов, можно получать такую же (а зачастую и большую) разрешающую способность, какую имеет однозеркальный инструмент? Например, строящийся сейчас в северной части Чили Очень большой телескоп (Very Large Telescope, VLT) будет состоять из четырех идентичных 8.2-м телескопов, которые, будучи соединены между собой, смогут давать такое же разрешение, что и однозеркальный 130-метровый инструмент (Звездочет, 1998 г., №7, стр. 14). А ведь зеркало даже самого крупного из предлагаемых телескопов — "Совы" — будет иметь только 100 метров в диаметре!
На это можно ответить, что, во-первых, такие интерферометры, как VLT, не в состоянии достичь той светособирающей силы, какая присуща 100-метровому инструменту, поэтому наиболее слабые объекты останутся недоступными их взору (по сравнению с VLT "Сова" будет иметь преимущество в четыре звездные величины). Во-вторых, интерферометры обладают слишком уж скромным полем зрения, которое не позволит астрономам изучать многие протяженные объекты (например, галактики или области звездообразования).
Остается проблема мощности компьютеров. Чтобы постоянно приспосабливать к изменяющимся условиям 2 тысячи сегментов главного зеркала "Совы", необходимо, чтобы этим процессом "руководило" с полмиллиона современных вычислительных машин. Именно такое количество техники необходимо для того, чтобы успевать отслеживать и вносить все необходимые поправки, компенсирующие изменения температуры, давления и прочих факторов. К тому же, система адаптивной оптики у 50-ти, а тем более у 100-метрового телескопа должна быть значительно более сложной, чем у нынешнего 10-метрового "Кека".
И, все же, Роберто Гильмоцци и его коллеги не теряют уверенности в том, что в течение следующих 20 лет их мечты станут реальностью. Переход от Очень большого телескопа к Ошеломляюще большому — это качественный скачок в наземной астрономии, сравнимый с тем, когда вместо невооруженного глаза наблюдатели получили первый телескоп Галилео Галилея.
Специализированные телескопы
Телескоп с громадным объективом хорош тогда, когда вам надо изучить детали какого-нибудь удаленного объекта. Однако для проведения различных обзоров неба вам, в первую очередь, необходимо заботиться о величине поля зрения. Именно этим целям служат специализированные широкоугольные телескопы. В ближайшие годы планируется ввести в строй сразу несколько таких инструментов.
Телескоп для проведения астрономических обзоров в видимом и инфракрасном диапазонах (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy, VISTA) увидит "первый свет" в 2004 году. VISTA будет иметь 4-метровое главное зеркало и поле зрения 1.7° — беспрецедентно большое для такого инструмента (по площади в девять раз больше полной Луны!). Он будет установлен на горе Паранал, рядом с телескопом VLT, и его строительство начнется в 2002 году.
Многоцелевой широкоугольный спектроскопический телескоп (Large Sky Area MultiObject Spectroscopic Telescope, LAM-OST) будет предназначен исключительно для проведения спектроскопических исследований. Он будет иметь неподвижное 4-метровое главное зеркало, свет на которое будет направляться вспомогательным подвижным зеркалом. Поле зрения инструмента составит 5°. Телескоп будет установлен в северном Китае, неподалеку от Великой стены, и его строительство будет закончено в 2004 году. LAM-OST станет самым производительным инструмент в своем классе: он сможет получать спектры до 4000 объектов за одну экспозицию.
Обзорный телескоп большой апертуры (Large-aperture Synoptic Survey Telescope, LSST) — еще более внушительный проект. Этот телескоп планируется снабдить 6.5-метровым главным зеркалом, а его поле зрения будет иметь несколько градусов в поперечнике. LSST сосредоточится на поиске новых и сверхновых звезд, комет и астероидов. Его возможности таковы, что он сумеет еженедельно делать обзор всего неба до 24-й величины. Ожидается, что этот телескоп обнаружит 90 процентов всех околоземных астероидов более 300 м в поперечнике, а также несколько тысяч объектов пояса Койпера.
Телескоп темной материи (Dark Matter Telescope, DMT), если он будет построен, будет иметь 8.4-метровое главное зеркало и поле зрения диаметром 3°. При этом он будет почти в 1000 раз эффективнее, чем знаменитая 1.2-метровая камера Шмидта Паломарской обсерватории. Это инструмент позволит изучать распределение темной материи во Вселенной (путем исследования искажений в изображениях удаленных скоплений галактик, вызванных слабым гравитационным линзированием).
Силкин Борис Исаакович — сотрудник Гэофизического центра Российской академии наук.