Сучасні телескопи: зовнішній вигляд

 На кінцях довгої і жорсткої труби встановлені в спеціальних оправах об'єктив і окуляр. Труба з'єднана спеціальним механізмом з високою колоною і може повертатися в різних напрямках.

Обертати таку трубу не так просто. Але ж обертання повинно відбуватися легко і плавно, інакше не вдасться точно направити телескоп на ту ділянку неба, яка цікавить астронома. Більше того, положення небесних світил на небі не залишається постійним, а внаслідок обертання Землі весь час змінюється. Тому, для того щоб зірка або планета, за якою спостерігають, залишалася в полі зору телескопа, труба повинна точно переміщатися за нею.

Обертання труби проводиться спеціальним пристроєм. Спостерігач може направити телескоп на будь-яку ділянку неба, а потім особливий автоматичний механізм буде вже сам, без участі людини, рухати сучасні телескопи за зіркою чи планетою.

Особливо точно і бездоганно повинен діяти автоматичний механізм тоді, коли астроном фотографує небесні тіла, наприклад, зірки. Тоді окуляр виймається, а в те місце, де знаходиться зображення, яке дає об'єктив, поміщається фотопластинка. Освітленість зображення невелика, і тому фотографування триває довгий час: кілька хвилин або годин, а для слабких зірок і десятки годин.

Тоді фотографування займає кілька ночей. Вдень робляться перерви. І весь цей час сучасні телескопи повинні бути точно направлені на зірку. Якщо ж труба телескопа в своєму русі хоча б трохи випередить зірку або відстане від неї, то зображення на платівці переміститься, і знімок вийде змазаним. Інакше кажучи, зображення об'єкта на фотопластинці буде в цьому випадку не крапкою, а більш-менш довгим штрихом. Отже, для успішної роботи сучасних телескопів потрібна висока якість не тільки їх оптичних частин, а й усіх інших допоміжних пристроїв.

Для захисту сучасних телескопів від вітру, дощу і снігу над ними споруджується спеціальний будинок. У даху будівлі є отвір, через яке здійснюється спостереження неба. Зовнішній вигляд цього будинку, названого обсерваторією, незвичайний. Нерідко він будується у вигляді величезного куполу. Обсерваторії знаходяться, як правило, в гірських місцевостях. Повітря там чисте і прозоре; перешкоди, що вносяться атмосферними явищами, значно менші.

Деякі сучасні телескопи

 На Паломарській обсерваторії за допомогою дзеркально-лінзового телескопа системи Шмідта було проведено огляд, що складається з тисячі карт, який закарбував у двох кольорах об'єкти неба до 21-ї зоряної величини. П'ятиметровий телескоп Паломарської обсерваторії є найстарішим із найбільших сучасних телескопів світу.

2,5-метровий телескоп обсерваторії Апачі-Пойнт (США), оснащений гігантської ПЗЗ-камерою, почав складати новий огляд, в якому будуть об'єкти в п'яти кольорах до 25-ї зоряної величини.

На 10-метровому дзеркалі телескопа «Кек-1» на Гавайських островах за допомогою сегментування отримано розширення 0,02". Там же на висоті 4150 м над рівнем моря розташований телескоп «Кек-2».

На 6-метровому телескопі БТА Спеціальної астрофізичної обсерваторії РАН на Північному Кавказі при застосуванні нової спекл-інтерферометричної камери вдалося довести кутове розширення до 0,02".

Телескоп VLT (Very Large Telescope), який знаходиться на півночі Чилі на вершині гори Паранал в пустелі Атакама на висоті 2635 м над рівнем моря, складається з чотирьох ідентичних телескопів, розміри кожного з яких 8,2 м. Всі чотири телескопи зможуть працювати в режимі інтерферометра з наддовгою базою і отримувати зображення, як на телескопі з 200-метровим дзеркалом. В даний час проводиться налагодження всієї системи в гігантський оптичний інтерферометр.

Телескоп НІ (імені Вільяма Хоббі та Роберта Еберле), дзеркало якого має розміри 9,1 м, запрацював у 1997 році в Маунт-Фоулкес (штат Техас, США). Він розташований на висоті 2002 м над рівнем моря.

Телескоп «Субару», діаметр дзеркала якого досягає 8,2 м, розпочав свою роботу в 1999 році на Мауна-Кеа, Гавайські острови, на висоті 4139 м над рівнем моря. Його системи стежать за формою головного дзеркала з метою зменшення спотворень і боротьби з атмосферним тремтінням. Керований комп'ютером циліндричний купол телескопа пригнічує теплову турбулентність повітря. В даний час проводиться налагодження цього телескопа, але вже отримано розширення 0,2". Спостереження на даному телескопі проводяться із спеціальних приміщень, під час роботи телескопа люди в будинку знаходитися не можуть. Спостереження можуть проводитися і за допомогою мережі Інтернет. Телескоп розрахований на спостереження від ультрафіолетової до інфрачервоної області спектру.

Можливості телескопів Першим приймачем зображень в телескопі, винайденим Галілеєм в 1609 році, було око спостерігача. З тих пір не тільки збільшилися розміри телескопів, а й принципово змінилися приймачі зображення. На початку ХХ століття в астрономії стали вживатися фотопластинки, чутливі в різних областях спектру. Потім були винайдені фотоелектронні помножувачі (ФЕП), електронно-оптичні перетворювачі (ЕОП).

У сучасних телескопах в якості приймачів випромінювання використовують ПЗЗ-матриці. ПЗЗ складається з великої кількості (1000 × 1000 і більше) напівпровідникових чутливих комірок розміром в декілька мікрон кожна, в яких кванти випромінювання звільняють заряди, що накопичуються в певних місцях – елементах зображення. Зображення обробляються в цифровому вигляді за допомогою ЕОМ. Матриця повинна охолоджуватися до температур -130 °С.

Спостереження на сучасних телескопах проводяться із спеціальних приміщень; під час роботи телескопів людям в будівлі бажано не знаходиться, щоб не створювати зайвих вібрацій і потоків тепла. Деякі телескопи можуть передавати зображення безпосередньо користувачам мережі Інтернет.

У сучасних телескопах-рефлекторах головне дзеркало, як правило, має параболічну або гіперболічний форму. Вони здатні отримувати зображення не тільки в оптичному, а й в інфрачервоному та ультрафіолетовому діапазонах. Є механізми компенсування тремтіння атмосфери – адаптивна оптика і спекл-інтерферометрія.

 Телескоп "Хаббл"

24 квітня 1990 року із запуском космічного телескопа «Хаббл» почалося справді золоте століття астрономії.

До розробки проекту космічного телескопа НАСА сумісно з Європейським космічним агентством приступило в кінці 1970-х років. Планувалося, що це буде космічна обсерваторія, яку почнуть відвідувати кожні два-три роки кораблі із Землі для технічного обслуговування і усунення поломок.

Своє ім'я телескоп отримав на честь одного з видатних астрономів XX століття Едвіна Хаббла, справжнього класика науки. Він залишив грандіозну спадщину — еволюціонуючий мир галактик, керований законом його імені. Хаббл зробив такі видатні відкриття, що вони дають безперечне право назвати Хаббла найбільшим астрономом з часів Коперника.

Едвін Хаббл народився 20 листопада 1889 року. Його дитинство пройшло в міцній дружній сім'ї, де росли вісім дітей. Астрономією Едвін зацікавився рано, ймовірно, під впливом свого діда по матери, що побудував собі невеликий телескоп. У 1906 році Едвін закінчив школу, після чого поступив в університет Чікаго. Там працював астроном Ф.Р. Мультон, автор відомої теорії походження Сонячної системи. Він зробив великий вплив на подальший вибір Хаббла.

Після закінчення університету Хабблу вдалося отримати стипендію Родса і на три роки виїхати до Англії для продовження освіти. Проте замість природних наук йому довелося вивчати в Кембріджі юриспруденцію.

Літом 1913 року Едвін повернувся на батьківщину, але юристом він не став. Хаббл прагнув до науки і повернувся в університет Чікаго, де в Йеркськой обсерваторії під керівництвом професора Фроста підготував дисертацію на ступінь доктора філософії.

Весною 1917 року, коли він закінчував свою дисертацію, США вступили в Першу світову війну. Молодий учений відхилив запрошення, записався добровольцем в армію. Літом 1919 року Хаббл демобілізувався і поспішив до Пасадени, щоб працювати в новій обсерваторії Маунт-Вільсон. Хаббл працював тут до своєї смерті з чотирилітньою перервою під час Другої світової війни.

У обсерваторії він почав вивчати туманності, зосередившись спочатку на об'єктах, видимих в смузі Чумацького Шляху. Перше, що зробив Хаббл — це класифікував їх. Класифікація ця продовжує служити науці, і все подальші модифікації її істоти не торкнулися.

Потім він встановив дійсну природу туманностей — це визначило місце Хаббла в історії астрономії. Але на його долю випало і ще видатніше досягнення — відкриття закону червоного зсуву.

Після війни в обсерваторії, куди повернувся астроном, поновилася розробка двухсотдюймового (508-сантиметрового) телескопа. Хаббл очолив комітет із створення перспективних планів досліджень на новому інструменті, був членом комітету з управління обсерваторій, що об'єдналися, Маунт-Вільсон і Маунт-паломар. Головне завдання обсерваторії Хаббл бачив у вирішенні космологічної проблеми. «Можна з упевненістю передбачити, — переконано говорив він, — що 200-дюймовик відповість нам, чи слідує червоний зсув вважати свідоцтвом на користь швидкого Всесвіту, що розширюється, або воно зобов'язане якомусь новому принципу природи».

Хаббл помер від інсульту 28 вересня 1953 року. На Землі немає пам'ятників Хабблу. Нікому не відомий навіть, де він похований, така була воля його дружини. Його ім'ям названий кратер на Місяці, астероїд № 2069 і космічний телескоп — найбільший в світі.

Телескоп вагою в 11 тонн, при довжині 13,1 метрів і діаметрі рефлектора 240 сантиметрів, коштує 1,2 мільярдів доларів — більше ста мільйонів доларів за тонну. По розрахунках фахівців, «Хаббл» пропрацює на орбіті до 2005 року.

На телескопі встановлено декілька наукових приладів. Ширококутна камера призначена для фотографування поверхонь планет і їх супутників. Камера для слабосвітних об'єктів підсилює в сто тисяч разів світло, що потрапляє на неї. Спектрограф для цього слабкого світла аналізує випромінювання і може виявити хімічний склад і температуру того, що його випустило. Так званий спектрограф Годдарда визначає, як рухається об'єкт, що випустив світло.

«Хаббл» вивів на орбіту висотою 613 кілометрів один з «Шаттлов» в квітні 1990 року. Почалася робота телескопа з невдачі. Через два місяці після запуску стало ясно, що основне дзеркало телескопа діаметром в два з половиною метри відхиляється у своїх країв від розрахункового розміру на декілька мікрон — п'ятдесяту частину товщини людського волоса. Але цього виявилося достатнім, щоб практично перекреслити працю тисяч людей — зображення було неясним і розпливчатим.

Щоб виправити наслідки аберації, були створені складні програми, що коректували, і зображення почали підправляти вже на Землі за допомогою комп'ютерів. Але навіть у такому вигляді телескоп «Хаббл» дозволяв зробити відкриття: виявити чорні дірки в центрах галактик, новий шторм на Сатурні, кільця, що розходяться, навколо найновішої зірки. Проте було очевидне, що без ремонту не обійтися. Міняти дзеркало в космічних умовах неможливо, тому було вирішено на кожен з приладів телескопа «надіти окуляри»: додати невеликі пристрої для кор-рекции. По два маленькі люстерка виправляли недолік великого.

За роки свого польоту за хмарами космічна обсерваторія зробила декілька десятків тисяч оборотів навколо Землі, «накрутивши» при цьому Мільярди кілометрів.

Телескоп «Хаббл» дозволив спостерігати вже більше восьми тисяч небесних об'єктів. Для порівняння — приблизно стільки ж зірок видно із Землі Неозброєним оком. У його пам'яті зберігаються «адреси» п'ятнадцяти мільйонів зірок, які він може досліджувати. Два з половиною трильйони байтів інформації, набраної телескопом, зберігається на 375 оптичних дисках. Ученим близько сорока країн він дозволив опублікувати більше тисячі наукових робіт.

Завдяки «Хабблу» були зроблені відкриття, що увійшли до історії астрономії і навіть в інститутські підручники. Вдалося з'ясувати, наприклад, Що чорні дірки дійсно існують і зазвичай розташовані в центрах галактик. Або те, що первинна стадія зародження планет однакова для всіх зірок, а темна пляма на нептунові не стоїть на місці: воно зникає в одній півсфері і з'являється в іншій. Інший вивід — у супутника Юпітера, Європи, є тонка киснева атмосфера. Ще відкриття — пояс з сотень мільйонів комет оточує Сонячну систему.

Телескоп допоміг знайти нові супутники за зовнішнім кільцем Сатурну, вправити першу карту поверхні астероїда, що пролітає недалеко від Землі, дозволив виявити в міжгалактичному просторі гелій, що залишився з часу Великого вибуху. «Хаббл» дав можливість заглянути в самі видалені куточки космосу, змінити наші переконання на найраніші стадії виникнення Всесвіту.

«Хаббл» виявив новий клас гравітаційних лінз, які використовуватимуться як «телескопи» для дослідження Всесвіту. З їх допомогою астрономи можуть розглянути, як йшов тоді процес утворення зірок в блакитній галактиці.

Телескоп допоміг вченим зміряти швидкість обертання газового диска еліптичної галактики М87 в сузір'ї Діви, віддаленої від Землі на п'ятдесят мільйонів світлових років. Виявилось, що обертається він навколо «чогось» з масою в три мільярди сонячних мас. «Якщо це не чорна дірка, тоді я взагалі не представляю, що це таке, — вважає професор форд з Інституту космічного телескопа. — Ми абсолютно не чекали побачити спіральну структуру, що оберталася, в центрі еліптичної галактики».

Чорні дірки — дуже масивні і неймовірно щільні об'єкти. Останні десятиліття про них багато говорили, сперечалися, їх шукали, але лише телескоп «Хаббл» підтвердив їх існування. Давно було відомо, що з центру галактики М87 виходить могутнє оптичне і радіовипромінювання Тільки тепер, після виявлення диска, що обертається, стало зрозуміло, що це чорна дірка, всмоктуючи речовину, створює ефект «торнадо» — вихору, що крутиться, розміром в сотні світлових років. Цей струмінь добре видно на знімку.