Чрезвычайно большой телескоп. Европейский чрезвычайно большой телескоп

Сверхгигантские телескопы сейчас рассматриваются в качестве одного из главнейших приоритетов наземной астрономии. Они необычайно продвинут астрофизические знания, позволяя проводить детальные исследования по различной актуальной тематике: планеты вокруг других звезд, наиболее ранние объекты Вселенной, сверхмассивные черные дыры, природа и распределение темного вещества и темной энергии, доминирующих во Вселенной.

С конца 2005 г. ESO вместе с европейским астрономическим сообществом и промышленностью разрабатывает концепцию нового гигантского телескопа.

Новый инструмент обозначается аббревиатурой ELT (Extremely Large Telescope). Этот телескоп революционно новой для наземных инструментов конструкции будет иметь 39-метровое главное зеркало и станет самым большим телескопом в мире для оптической и ближней ИК области излучения: “величайшим оком человечества, глядящим в небо”.

Программа ELT принята в 2012 г., а в конце 2014 г. официально объявлено о начале строительства телескопа. В мае 2017 г. на церемонию закладки первого камня в фундамент будущего телескопа приехал президент Чили.

Последние новости и пресс-релизы о строительстве ELT можно найти по этой ссылке.

Научные исследования с ELT

Начало регулярной эксплуатации телескопа планируется на начало следующего десятилетия. Мощь ELT будет направлена на решение крупнейших научных задач нашего времени. Многое ему предстоит сделать впервые, например, найти Святой Грааль современной наблюдательной астрономии: землеподобные планеты вокруг других звезд, в «зонах обитания», где может существовать жизнь. Он будет также заниматься “звездной археологией” в ближайших галактиках, внесет фундаментальный вклад в космологию, измеряя свойства первых звезд и галактик, определяя природу темного вещества и темной энергии. А главное, астрономы готовятся к неожиданностям - к новым непредвиденным вопросам, которые, конечно, появятся вместе с новыми открытиями, сделанными с ELT.

Научные задачи

Универсальный телескоп оптического и ближнего ИК-диапазона с исключительно большой апертурой. Некоторые области исследований: галактики с большим красным смещением, звездообразование, экзопланеты, протопланетные системы.

Живое изображение

Смотрите на Серро Армазонес в реальном времени с соседней вершины Серро Паранал. Картинка обновляется каждый час в дневное время. Кликните для увеличения.

Этот концепт показывает купол ELT с высоты птичьего полёта. Авторы и права: ESO.

Сегодня во всеём мире строятся действительно новаторские обсерватории, которые откроют новую страницу в астрономии. Места строительства этих научных объектов включают гору Мауна-Кеа на Гавайях, Австралию, Южную Африку, юго-западный Китай и пустыню Атакама – удалённое плато в чилийских Андах. В этой чрезвычайно сухой среде уже пстроены многочисленные массивы, которые позволяют астрономам видеть отдалённые области космического пространства в высоком разрешении.

Одним из таких объектов должен стать и Чрезвычайно Большой Телескоп (ELT) Европейской южной обсерватории (ESO), массив следующего поколения, в котором будет использоваться сложное первичное зеркало диаметром почти 39 метров (128 футов). В этот самый момент его строительство ведётся на горе Серро Армазонес, где строительные команды заняты подготовкой фундамента для самого большого телескопа.

Строительство ELT началось в мае 2017 года и в настоящее время его планируется завершить к 2024 году. Первоначально, в 2012 году, ESO указало, что для строительства ELT потребуется около 1,12 миллиарда долларов. Учтя инфляцию, которая составила 201 миллиард долларов США к 2018 году и заложив уровень инфляции в 3% в будущем, стоимость проекта к 2024 году увеличилась до 1,47 миллиардов долларов.

В дополнение к высотным условиям, необходимым для эффективных астрономических наблюдений, где атмосферные помехи относительно низки, и отсутствует световое загрязнение, ESO также было необходимо огромное, плоское пространство, чтобы заложить фундамент для ELT. Поскольку такого места не существовало, ESO пришлось, сгладить вершину горы Серро Армазонес в Чили.

Ключом к невероятным возможностям визуализации ELT является его, похожее на соты первичное зеркало, которое само по себе состоит из 798 гексагональных зеркал, каждое из которых имеет диаметр 1,4 метра (4,6 фута). Такая мозаичная структура используется из-за того, что невозможно построить одно 39-метровое зеркало, способное создавать качественные изображения.

Для сравнения, Очень Большой Телескоп ESO (VLT) – самый большой и самый современный телескоп на сегодняшний день использует четыре телескопа-спутника, которые имеют зеркала диаметром 8,2 метра (27 футов) и четыре передвижных вспомогательных телескопа с зеркалами, около 1,8 метра (5,9 фута) в диаметре.

Однако 39-метровый ELT будет иметь значительные преимущества перед VLT, имея площадь зеркала, которая в сто раз больше, чем у VLT и способность собирать в сто раз больше света, новый телескоп сможет наблюдать за гораздо более слабыми объектами. Кроме того, ELT будет иметь одно цельное зеркало, и изображения, которые оно будет захватывать, не будут подвергаться серьёзной обработке.

ELT сможет собирать примерно в 200 раз больше света, чем космический телескоп “Хаббл”. С помощью мощных зеркальных и адаптивных оптических систем для коррекции атмосферной турбулентности ELT, как ожидается, сможет напрямую визуализировать экзопланеты, находящиеся в далёких звёздных системах.

Кроме того, ELT поможет измерить ускорение расширения Вселенной, что позволит астрономам разрешить ряд космологических загадок – например, роль тёмной энергии в космической эволюции. Исследуя глубокий космос, астрономы также смогут уточнить и дополнить имеющиеся на сегодняшний день модели эволюции Вселенной.

В обозримом будущем к ELT присоединятся и другие телескопы следующего поколения, такие как Тридцатиметровый Телескоп, Гигантский Магелланов Телескоп (GMT), Квадратный Километровый Массив (SKA) и Пятисотметровый Сферический Телескоп (FAST). В то же время космические телескопы, такие как TESS и Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), как ожидается, обеспечат ещё больше интересных открытий.

Грядёт революция в астрономии, и она случится очень скоро!

На иллюстрации показана трехмерная модель телескопа E-ELT «в естественной среде обитания» - на специально подготовленной площадке на вершине горы Армазонес (Cerro Armazones) в Чили.

Техника, с которой сейчас работают астрономы, настолько продвинутая, что они могут заглядывать почти в самые далекие (а значит, и самые древние) уголки Вселенной. Но, как это часто бывает, например, в спорте, - чтобы еще чуть-чуть улучшить и без того первоклассный результат, нужны колоссальные усилия. Чтобы телескоп мог видеть более тусклые объекты, он должен собирать больше света. Поскольку лишнее наблюдательное время взять неоткуда, приходится увеличивать размеры телескопов. К счастью, технологии вроде активной и адаптивной оптики это позволяют.

Подчеркивая размеры и технические особенности новых телескопов (или, как иногда шутят, из-за недостатка фантазии у астрономов), им часто дают незамысловатые названия. Например, Очень большой телескоп (Very Large Telescope, VLT) или Большой бинокулярный телескоп . Это относится и ко многим телескопам, которые пока еще только планируется строить: Тридцатиметровый телескоп (с диаметром главного зеркала 30 м), Большой обзорный телескоп (Large Synoptic Survey Telescope). Самый большой из телескопов ближайшего будущего - Европейский чрезвычайно большой телескоп (European Extremely Large Telescope, E-ELT) с диаметром зеркала 39 метров - тоже в тренде.

25 мая этого года была пройдена важная веха в истории E-ELT: в штаб-квартире ESO в Гархинге близ Мюнхена (Германия) был подписан контракт с консорциумом ACe Consortium на строительство башни, купола и механических конструкций телескопа. Это самый крупный контракт в истории наземной астрономии: его сумма составляет 400 миллионов евро.

За эти деньги консорциум построит вращающийся купол диаметром 85 метров общей массой около 5000 тонн и смонтирует в нем крепеж для телескопа и конструкции трубы, общая подвижная масса которых превысит 3000 тонн. Обе эти механические конструкции будут намного превосходить по размерам все аналогичные структуры современных наземных телескопов. Башня будет почти 80 метров высотой, а площадь под ней будет сравнима с площадью футбольного поля.

Само же зеркало будет иметь площадь 978 м 2 и состоять из 798 правильных шестиугольников с диагональю 1,4 м и толщиной всего 5 см. Если сравнить E-ELT с любым юнитом VLT, то он будет собирать в 15 раз больше света, а значит, видеть объекты в 15 раз более слабые. Предполагается, что именно это новое поколение телескопов сможет увидеть признаки биосферы на планетах вне Солнечной системы и обнаружить самые первые галактики после Большого взрыва .

Алексей Паевский

20 июня 2014 года, в центральной части пустыни Атакама в Чили, была взорвана вершина горы Cerro Armazones, высотой 3060 метров.

Шутка про названия телескопов

Этот взрыв представляет собой первый этап в формировании плоской платформы размером 300х150 метров на вершине горы и удалении 220000 кубометров породы.

На сформированной платформе, Европейской Южной Обсерваторией ESO будет создан самый большой телескоп в мире, названый E-ELT (Экстремально Большой Телескоп).

Территория для телескопа

13 октября 2011 года, Республика Чили и ESO подписали соглашение о передаче земель для строительства Экстремально Большого Телескопа. Чили пожертвовала площадь в 189 квадратных километров вокруг горы Cerro Armazones для установки E-ELT, а также концессию на 50 лет на дополнительные 362 кв. км прилегающей территории , которая будет защищать E-ELT от светового загрязнения и исключать возможность добычи полезных ископаемых. При нынешней 719 кв. км. земли вокруг Cerro Paranal, общая охраняемая территория вокруг комплекса Paranal-Armazones достигает 1270 кв. км.!

Почему именно Чили?

Замедленная киносъемка (time-lapse) с вершины Cerro Armazones

Почему для строительства была выбрана именно Чили? Все дело в том, что на земле не так уж и много мест с идеальным астроклиматом. Наилучшим местом считаются Анды с Чили, в частности горное плато Паранал и его окрестности, где уже построены и работают 4-е телескопа VLT, гигантский радиотелескоп ALMA и другие телескопы, такие как VISTA. Воздух в этом районе сухой, а высота 3000 метров и большое количество солнечных дней делают это место одним из лучших для строительства, к тому же Чили входит в состав ESO. Другим интересным место с хорошим астроклиматом является вершина горы Маун Кеа на Гавайях, где уже функционируют несколько больших телескопов.

Параметры E-ELT

Галерея компьютерных рендеров E-ELT

Построенное в начале 2000 годов поколение больших (8-10 метров) телескопов принесло своим создателям множество открытий. На данный момент, астрономия испытывает золотую эру своего развития. Проектируемый телескоп E-ELT будет иметь возможности, которые в 10 раз больше, чем у его предшественников. Главное зеркало будет диаметром почти 40 м, что составляет почти половину футбольного поля. Оно будет собирать почти в 15 раз больше света, чем самые современные оптические телескопы на сегодня. Его площадь составит примерно 1000 квадратных метров из 800 шестиугольных сегментов, каждый из которых размером 1,4 метра, при толщине 50 мм и покрывающие поле зрения на небе 1/10 размера полной Луны.

Телескоп E-ELT будет намного больше, чем все остальные большие телескопы, которые планируется построить в ближайшее время или уже построены, в том числе и Тридцатиметровый телескоп (Thirty Meter Telescope (TMT), который будет построен на Гавайях.

Для примера: размеры будущего E-ELT, уже существующих телескопов «VLT», диаметром 8-метров (справа от E-ELT) и пирамид на плато Гиза.

Сравнение размеров телескопа

На фоне гигантских размеров главного зеркала, все остальные элементы этого оптического прибора выглядят незначительными. Например его вторичное монолитное зеркало имеет диаметр “всего” 4,2 метра. Однако еще совсем недавно такую “вторичку” не зазорно было использовать в качестве первичного зеркала. Также у телескопа E-ELT будет целых 5 адаптивных зеркал, которые будут корректировать искажения, вносимых нашей атмосферой. Все это не удивительно, ведь стоимость проекта оценена в 1 миллиард евро! Ожидается, что в 2022 году Экстремально Большой Телескоп будет запущен и мы увидим его первые снимки.

Что ждать от телескопа E-ELT?

Одна из самых интересных задач будущего телескопа это исследование экзопланет. Даже не столько их открытие, сколько получение прямых изображений больших экзопланет, а также их спутников. С помощью E-ELT мы сможем узнать параметры их атмосфер, а также вести наблюдения за их орбитами. Множество фундаментальных вопросов ждут своего решения и один их них это формирование планетарных систем, процессы возникновения и развития протопланет. С помощью своершенного оптического прибора можно будет обнаружить молекулы воды или органические вещества в протопланетных дисках вокруг звезд.

Исследование экзопланет

Планета у звезды HR 8799, открыта непосредственным наблюдением в ИК спектре. HR 8799 располагается на расстоянии 129 световых лет от нас, в созвездии Пегаса.

На сегодня мы гораздо больше знаем о звездах, чем о их экзопланетах, а все из-за того, что современные инструменты дают хорошую возможность наблюдать звезды, но мало пригодны для исследования экзопланет.

Планета у звезды Бета Живописца в обоих элонгациях

Главный плюс прямого наблюдения экзопланет состоит в том, что в отличие от космического телескопа «Кеплер» мы сможем исследовать экзопланеты, лежащие вне плоскости орбит своих звезд. Экзопланет, у которых орбита не совпадают с лучом зрения, обнаружится намного больше. Так ближайшие к нашему Солнцу 53 звезды в окружности диаметром 10 парсек – весьма любопытны для прямого поиска экзопланет размером с Землю. Из этих 53-х звезд, пять это двойные системы с невидимыми спутниками, и вероятно, с возможными планетами. Лет через 20 мы вероятно сможем получить доказательства существования внеземной жизни – анализирую спектры планетных атмосфер. При условии что жизнь на этих планетах существует.

Предельная звездная величина

У планеты типа Юпитера, звездная величина, на расстоянии 1 а.е. от звезды похожей на наше Солнце, при исследовании с расстояния 10 парсек, будет около 24. Так в 8-метровый телескоп VLT мы можем наблюдать объекты вплоть до 27 звездной величины. Используя E-ELT для непосредственного наблюдения мы можем рассчитывать увидеть объекты до 30-31 звездных величин.

Другие объекты исследования

Кроме внеземных планет, с помощью E-ELT можно увидеть диски у звезд-гигантов, двойные взаимодействующие звезды, а также аккреционные диски у загадочных черных дыр.

Теоретический предел разрешения E-ELT будет около 0,003 сек, в видимом диапазоне. Для примера, у звезды Бетельгейзе размер диска около 0,055 сек.

Диск Бетельгейзе с разрешением 0,037 сек, поле зрения около 0,5 сек. Изображение получено с помощью телескопа VLT

Знаете ли Вы?

E-ELT будет собирать в 100 000 000 раз больше света, чем человеческий глаз, 8 000 000 раз больше, чем телескоп Галилея, и в 26 раз больше, чем один телескоп VLT, диаметром 8,2 метра. E-ELT будет собирать больше света, чем все существующие телескопы диаметром 8-10 метров вместе взятые.

Как будет работать E-ELT

При работе адаптивной оптики лазерные лучи сформируют в атмосфере так называемые «лазерные звезды», изображения которых будут использоваться для последующей коррекции атмосферных искажений возникающих из-за турбулентности в атмосфере. Хотя E-ELT это поистине гигантское сооружение, максимальное отклонение поверхности его главного зеркала от идеальной формы не будет превышать каких-то сотых долей микрона.

Столь сложная задача этим отнюдь не исчерпываются. Существует еще множество трудностей, которые предстоит решить инженерам и ученым. Для управляемой деформации и перемещения каждого отдельного сегмента зеркала предусмотрено 15 электромоторов. На каждом сегменте размещено шесть сенсоров, в задачу которых входит регистрировать его положение по отношению к соседним.

Управление

Всего сегментов - 800 и получается, что необходимо считывать данные с около 5 тысяч датчиков со скоростью до 1000 раз в секунду. Эти элементы активной оптики, которые задают форму зеркала при наведении. Еще существует адаптивная оптика, для которой также требуется производить множество измерений для 600 исполнительных устройств - актуаторов, в задачу которых входит в реальном времени изменять поверхности 5-и адаптивных зеркал. Эти зеркала при наблюдении будут непрерывно вибрировать с килогерцовой частотой, исправляя турбулентные фазовые искажения, вызванные нашей атмосферой.

Официальный трейлер

Европейский Чрезвычайно Боль-шой Те-ле-скоп – это те-ле-скоп с сег-мент-ным зер-ка-лом, диаметр ко-то-ро-го сос-тав-ля-ет 39 метров . Бла-го-да-ря чему он сможет со-би-рать больше света, чем лю-бой дру-гой те-ле-скоп. И поэтому он поз-во-лит заг-ля-нуть так далеко, как мы ещё не заг-ля-ды-ва-ли. А это поз-во-лит лучше изу-чить . Но проб-ле-ма зак-лю-ча-ет-ся в том, что Ев-ро-пей-с-кий Чрез-вы-чай-но Боль-шой Те-ле-скоп на-хо-дит-ся на Земле. Как след-ст-вие, его ви-ди-мость должна ог-ра-ни-чи-вать ат-мо-сфе-ра. Потому что она дви-га-ет-ся. В связи с чем, чёт-кость изоб-ра-же-ния те-ря-ет-ся. И, соб-с-т-вен-но, поэтому и су-щест-ву-ют кос-ми-чес-кие те-ле-ско-пы, ви-ди-мость которых не ог-ра-ни-че-на ат-мо-сфе-рой.

Но у космических телескопов есть свои проблемы. На-и-бо-лее оче-вид-ной из ко-то-рых яв-ля-ет-ся их мес-то-по-ло-же-ние. Их тя-же-ло за-пус-кать. Тяжело об-слу-жи-вать. И по-э-то-му хочется как-то ре-шить проб-ле-му на Земле. Вот таким ре-ше-ни-ем и яв-ля-ет-ся Ев-ро-пей-с-кий Чрез-вы-чай-но Боль-шой Те-ле-скоп! А решает он её бла-го-да-ря сис-те-ме адап-тив-ной оптики . Суть ко-то-рой, ко-неч-но, оче-вид-на! Она по-мо-га-ет ус-тра-нить эффект ат-мо-сфер-ной тур-бу-лент-нос-ти. Но уди-ви-тель-но то, что она поз-во-ля-ет ус-тра-нить его пол-нос-тью! Хотя достичь такой точ-нос-ти уда-ёт-ся и не во всех ре-жи-мах. Что, впро-чем, не сви-де-тель-ст-ву-ет об их бес-по-лез-нос-ти. Пос-коль-ку каждый режим ре-ша-ет свои за-да-чи.

Адаптивная система HAWK-I ис-поль-зу-ет-ся для охвата боль-ше-го сег-мен-та неба. А адап-тив-ная система MUSE ис-поль-зу-ет-ся для фор-ми-ро-ва-ния более точ-но-го изоб-ра-же-ния сегмента неба, ди-а-мет-ром в 30см. Но зато они со-вер-шен-но не за-мут-не-ны ат-мос-фер-ной тур-бу-лент-нос-тью. Так что в скором бу-ду-щем нас ждут пот-ря-са-ю-щие снимки да-лё-ко-го космоса и нашей родной . И, ве-ро-ят-но, что с по-мо-щью Ев-ро-пей-с-ко-го Чрез-вы-чай-но Боль-шо-го Те-ле-ско-па таки удаст-ся рас-смот-реть и . Ну, или хотя бы лучше изучить . В любом случае, нас ждёт ещё очень много все-го ин-те-рес-но-го!

Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп в сравнении

Источники

Eso.org/public/teles-instr/elt/

Eso.org/public/news/eso1824/