Только-только, всего лишь прошлой осенью увидел "первый свет" телескоп им. Хобби и Эберли с составным 11-метровым зеркалом, предназначенный для спектроскопических исследований небесных объектов. Астрономы не успели даже толком начать на нем научные наблюдения, а южноафриканское руководство уже заявило о твердом намерении построить на своей территории в течение ближайшей пятилетки еще один, точно такой же инструмент.
А сколько еще крупных телескопов находятся в процессе строительства! Здесь и международный проект "Джемини", предусматривающий установку двух 8-метровых телескопов-близнецов в северном и южном полушарии, и 8-метровый японский "Субару", воздвигаемый на Гавайях, и итало-американский "Большой бинокулярный телескоп" с двумя объективами диаметром 8.4 м каждый. Однако, пожалуй, самым амбициозным из всех разрабатываемых инструментов является "Очень большой телескоп" (Veiy Large Telescope, сокращенно VLT), строящийся на севере Чили.
Официальный "старт" этому проекту был дан в декабре 1987 года, когда представители восьми европейских государств — Бельгии, Голландии, Дании, Италии, ФРГ, Франции, Швеции и Швейцарии подписали соглашение о строительстве телескопа, который мог бы обеспечить Европе "безусловное лидерство в возможностях исследования Вселенной на много лет вперед".
Основная идея проекта заключается в строительстве в одном месте сразу четырех идентичных 8-метровых телескопов. Подобная схема позволяет резко повысить эффективность работы обсерватории — ведь имея четыре инструмента вместо одного, можно предоставлять драгоценное наблюдательное время сразу четырем независимым группам. В то же время близкое расположение телескопов будет давать возможность использовать их при необходимости в "одной связке", получая инструмент, эквивалентный одиночному телескопу с диаметром объектива 16 метров.
Каждый отдельный телескоп, входящий в состав VLT, безусловно, будет представлять собой мощный инструмент для изучения Вселенной. И все же, пожалуй, самой захватывающей особенностью строящегося гиганта является то, что в перспективе все входящие в его состав телескопы смогут работа ть в режиме интерферометра со сверхдлинной базой. Именно тогда можно будет получить рекордные по разрешению изображения небесных тел, эквивалентные разрешающей способности 200-метрового одиночного зеркала. Теоретически с помощью такого телескопа можно будет, например, рассмотреть земного астронавта, находящегося на поверхности Луны!
Однако для того, чтобы в полной мере воспользоваться теми преимуществами, которые обещает дать новый инструмент, его необходимо было разместить в правильном месте.
Многолетние поиски места для обсерватории завершились на вершине горы Паранал (высота 2635 м), расположенной в "сердце" пустыни Атакама на севере Чили, в 12 км от побережья Тихого океана. На многие десятки километров отсюда нет никаких населенных пунктов, освещенность от которых могла бы мешать ночным наблюдениям. Небо здесь почти всегда остается безоблачным (до 350 ясных ночей в году), а воздух исключительно спокойный и сухой (менее 50 мм осадков в год). Эта уникальная комбинация природных факторов позволит астрономам почти круглый год вести интенсивные высокоточные наблюдения в диапазоне от ближней ультрафиолетовой области до инфракрасных лучей.
Четыре близнеца
Для каждого из четырех 8-метровых телескопов VLT было решено выбрать оптическую схему Ричи-Кретьена, в которой исправлены сферическая аберрация и кома. Помимо этого предусмотрен ряд дополнительных зеркал, которые позволят размещать приемную аппаратуру помимо "классического" кассегренов-ского фокуса, в фокусе Нэсмита или Куде (последний будет использоваться при проведении интерферо-метрических наблюдений).
Объективами телескопов будут служить цельные менисковые зеркала с апертурой 8.2 м, отлитые из особого сорта стекла, имеющего исключительно низкий коэффициент температурного расширения. При этом следует обратить внимание на их удивительно малую толщину — всего 175 мм!
Очевидно, что столь тонкое зеркало при таких размерах будет просто-напросто прогибаться под тяжестью собственного веса. Значит, необходимо предусмотреть механизмы, которые могли бы компенсировать эти деформации. Этим-то и займется сложная система разгрузки, состоящая из 150 активных подпорок, способных двигаться "вперед" и "назад".
Помимо контроля формы зеркала, данные механизмы во время наблюдений будут заниматься коррекцией его отдельных участков, компенсируя при этом искажения волнового фронта, вызываемые неспокойствием земной атмосферы и другими факторами. Подобная техника, получающая в последнее время все большее распространение, называется "активной оптикой".
Она работает следующим образом. ПЗС-камера. которая отвечает за автоматическое гидирование телескопа, передает каждые несколько секунд (в минимуме — ежесекундно) изображение гидируемой звезды на компьютер. Специальная программа анализирует это изображение, сравнивая его с "идеальным" и определяя, какие поправки надо внести в форму главного зеркала телескопа для устранения выявленных в процессе этого сравнения различий. После этого подаются сигналы каждой из 150 подвижных подпорок главного зеркала, которые "подгоняют" его под необходимые критерии. При такой схеме работы удается практически полностью устранить аберрации телескопа и медленные колебания изображения, вносимые атмосферными помехами. Не до конца устраненным остается лишь быстрое дрожание изображений, отслеживать которые данная система активной оптики просто не успевает.
Вторичные зеркала телескопов, слегка превышающие в диаметре 1 м, для облегчения веса будут изготовлены не из стекла, а из легкого, но твердого металла бериллия и снабжены системой терморегуляции. Конструкция их оправ снабжена механизмами, позволяющими изменять в небольших пределах их положение и ориентацию относительно объектива. За счет подвижности вторичного зеркала можно будет устранять ошибки наведения, фокусировки и гидирования телескопа во время наблюдений.
Все телескопы, входящие в систему VLT, будут установлены на альт-азимутальных монтировках, в которых перемещение трубы телескопа осуществляется вокруг двух осей, одна из которых направлена в зенит, а другая лежит в горизонтальной плоскости. Достоинством монтировок такого типа является более низкая цена по сравнению с экваториальными системами, однако им присущи и некоторые недостатки.
Во-первых, для слежения за суточным движением небесных тел трубу телескопа необходимо вращать вокруг двух осей одновременно, а не вокруг одной, как в случае экваториальных монтировок. Во-вторых, на альт-азимутальных монтировках при съемках с длительными выдержками начинает проявляться эффект вращения поля (идеальным на снимке остается лишь изображение звезды, по которой осуществлялось гидирование, остальные смещаются, растягиваясь в дуги тем сильнее, чем дальше они расположены от гидируемой звезды). Для устранения этого недостатка в каждом из трех фокусов телескопа установлены специальные устройства — ротаторы, обеспечивающие вращение блока, на котором закрепляется светоприемное оборудование. Скорость этого компенсирующего движения определяется компьютером в зависимости от того, в какую область неба в данный момент направлен телескоп.
Телескопа дом родной
Каждый телескоп системы VLT будет находиться внутри отдельного здания, главные функции которого состоят в том, чтобы защитить инструмент от неблагоприятных погодных условий, когда он находится в нерабочем состоянии, и обеспечить доступ в любую часть неба, когда необходимо проводить наблюдения.
Внешний вид обсерватории несколько необычен, поскольку купола "пристанищ" телескопов имеют цилиндрическую форму вместо привычной сферической. Нижняя часть здания является неподвижной, а верхняя — вращающаяся. Для проведения наблюдений в куполе имеется широкая щель, снабженная защитным ветровым экраном.
Под ярким южным солнцем здание и купол обсерватории могут сильно нагреваться, и это может серьезно помешать ночным наблюдениям, поскольку восходящие потоки теплого воздуха сильно искажают изображения небесных объектов. Поэтому температура всего комплекса должна минимальным образом отличаться от температуры окружающей атмосферы, и этот баланс необходимо поддерживать на протяжении всего периода наблюдений. Для решения этой проблемы создана система активного термического регулирования, которая позволяет кондиционировать воздух внутри здания. Охлажденный (или теплый) воздух распространяется по внутреннему объему, выделяясь из специальных вентиляционных отдушин, распределенных по всей внутренней поверхности, включая и купол. Эта же система поддерживает постоянный тепловой режим и во время наблюдений.
Подкупольное помещение снабжено тележками и вертикальными подъемниками, при помощи которых осуществляется доступ к любым уровням телескопа. В случае же необходимости провести техническое обслуживание главного зеркала предусмотрена возможность его удаления из трубы и транспортировки в специальное здание.
Первый свет
Возвести и одновременно открыть сразу четыре крупных телескопа — задача довольно сложная. Поэтому руководство проекта приняло решение о последовательном введении в строй этих инструментов.
Весной 1998 года на гору Пара-нал из Франции прибыло первое 8-метровое зеркало, отполированное, но еще не покрытое отражающим слоем. Прямо в обсерватории оно было закреплено в оправе и вместе со вторичным зеркалом установлено в телескоп. После этого начались работы по юстировке инструмента и проверке систем наведения и гидирования, для чего была проведена серия контрольных экспозиций звездного неба.
В середине мая главное зеркало вместе с оправой перевезли в специальную лабораторию, расположенную на территории обсерватории, где его аллюминировали. После этого объектив был возвращен на свое прежнее место для продолжения юс-тировочных работ.
Первое "боевое" испытание VLT, так называемый "первый свет" телескопа, было торжественно проведено в ночь с 25 на 26 мая этого года. Основной вывод, сделанный в результате анализа полученных изображений, заключается в том, что первый из четырех телескопов VLT удовлетворяет всем тем требованиям, которые были поставлены пере л его изготовителями. Механическая часть телескопа работает безупречно, обеспечивая слежение за звездами с необходимой точностью. Активная оптика — одна из основных идей, заложенных при конструировании инструмента, действует очень эффективно, позволяя практически полностью компенсировать аберрации телескопа и добиться наилучшего по качеству изображения, какое только возможно при конкретных атмосферных условиях.
Таким образом, первый телескоп из будущей "великолепной четверки" выдержал свой "вступительный", самый сложный экзамен. Теперь техникам предстоит установка и отладка оставшегося оборудования, а что касается даты начала научных наблюдений, то первый "заезд" астрономов запланирован на апрель будущего года.
Одновременно с этим продолжится строительство остальных инструментов. До конца нынешнего века будут подготовлены к работе еще три 8-метровых телескопа, после чего начнутся работы по интеграции всей "четверки" в гигантский оптический интерферометр.
Каким образом возможно объединение света от нескольких телескопов в одно изображение? Для этого необходимо добиться того, чтобы сигналы, приходящие на общий приемник, были синхронизированы (когерентны). Этому мешают различия в проходящих ими оптических путях, вызываемые многими факторами: расстояния от телескопов до приемника не одинаковы, происходит суточное движение объекта наблюдения, на пути распространения луча возникают атмосферные неоднородности. Для компенсации этих разностей будет создана сложная корректирующая аппаратура, кроме того, вместе с четырьмя крупными телескопами будут работать три вспомогательных, передвигающихся по рельсам инструмента, с диаметром объектива 1.8-м. Сама же приемная система, куда будут сходиться световые потоки от всех инструментов, расположится в отдельном здании.
Оптическая интерферометрия — это еще очень молодое и многообещающее направление в наблюдательной астрономии. В радиодиапазоне интерферометрические исследования проводятся уже довольно давно, и они позволили астрономам совершить немало важных открытий. Однако в видимых лучах дальше экспериментальных установок дело пока не шло. Проблема в том, что добиться согласования видимых лучей гораздо сложнее, чем радиоволн — ведь их длина на много порядков короче. Соответственно, на столько же порядков возрастают требования к точности всех компонентов системы. Но будем надеяться, что конструкторы VLT знают свое дело и сумеют справиться с этой, прямо скажем, непростой задачей на "отлично". И вот тогда...
Трудно даже предположить, какие результаты будут получены на новом инструменте. Ясно одно — он позволит ученым увидеть самые мелкие детали небесных объектов и заглянуть в чрезвычайно далекое прошлое Вселенной, куда еще не заглядывал ни один современный телескоп, в том числе и Космический телескоп им. Хаббла. И если вспомнить, насколько расширились, а иногда и коренным образом изменились благодаря работе "Хаббла" наши представления о многих процессах, протекающих во Вселенной, то уже сейчас можно смело утверждать, что и новая революция в астрономии не за горами.
Карташов Владимир Федорович — кандидат физ.-мат. наук, старший преподаватель Челябинского государственного педагогического университета.