3. Сучасні наземні й космічні телескопи. Астрономічні обсерваторії.

 Телескопи і обсерваторії - невід'ємна складова роботи будь-якого астронома. Проте сучасні телескопи далеко пішли від своїх попередників. Так, наприклад, виросли розміри дзеркал, підвищилася точність їх виготовлення, стали широко використовуватися космічні телескопи і, нарешті, значно зросла кількість діапазонів довжин хвиль, в яких ведуться спостереження. Адже оптичний діапазон, видимий людському оку, - це украй вузький інтервал частот, тоді як багато інших процесів у Всесвіті супроводжуються випромінюванням на абсолютно інших частотах. Таким чином, спорудження наземних і космічних обсерваторій, працюючих в інфрачервоному, ультрафіолетовому, рентгенівському, терагерцовом і інших діапазонах допоможе відкрити нові об'єкти і знайти нові закономірності у Всесвіті.

Новий чилійський телескоп займеться «холодним Всесвітом».

    Обсерваторія APEX для дослідження «холодного Всесвіту» була офіційно відкрита 25 вересня. За допомогою нового телескопа, встановленого в чилійській пустелі Атакама, астрономи збираються вивчати міжзоряну речовину і космічний пил, які недоступні звичайним оптичним системам. Телескоп з 12-метровою антеною одночасно чутливий до найкоротших радіохвиль і самого довгохвильового інфрачервоного випромінювання - цю ділянку спектру називають субміліметровою (довжини хвиль 0.2-1.5 мм). Як встановив Макс Планк на початку 20 століття, в такому діапазоні розсіюється теплова енергія тіл з температурою від декількох до 100-150 градусів Кельвіна.

    Міліметрова і субміліметрова астрономія надає унікальні можливості по вивченню перших галактик, що сформувалися у Всесвіті, а також процеси народження зірок і планет. Зокрема, APEX дозволить астрономам вивчати хімічні і фізичні умови в молекулярних хмарах - щільних газопилових утвореннях - де і відбувається формування зірок. Новий телескоп - найбільше з подібних пристосувань в південній півкулі. До цього, з 1987 по 2003 роки, для спостережень в схожому діапазоні (зрушеному у бік менших частот і менших температур) використовували 15-метровий телескоп SEST. Відомо, що найбільші оптичні телескопи доки мають менші дзеркала, а антени радіотелескопів можуть бути набагато більше. Проміжні розміри пояснюють проміжними вимогами до нерівностей дзеркала. APEX - частина Південної європейської обсерваторії (ESO), що належить десяти країнам Євросоюзу і Швейцарії і що об'єднує декілька розташованих в Чилі інструментів. Передбачається, що в майбутньому APEX стане частиною розподіленої мережі телескопів ALMA.

Новий інфрачервоний телескоп для космічних спостережень.

    Велика частина Всесвіту залишається невидимою для нас. Причина полягає в тому, що наші очі сприймають лише невелику частину електромагнітного спектру. Між тим, спостереження, наприклад, в інфрачервоних променях дозволяють астрономам виявити приховані зоряні об'єкти і такі процеси, як народження зірок. Через два роки учені зможуть проводити спостереження на найбільшому інфрачервоному космічному телескопі Herschel («Хершель»). Нещодавно кореспонденти журналу Euronews Space отримали можливість подивитися на цей телескоп, який є «перлиною» високих технологій і має найбільше головне дзеркало з коли-небудь виведених в космос. Нова обсерваторія Європейського космічного агентства, яку планується запустити в 2007 році, має попередників з багатою історією. Так, в 1980-х роках супутник IRAS, спільно розроблений США, Великобританією і Голландією, провів спостереження 25 тисяч космічних ІЧ-джерел. Новий супутник ISO Європейського агентства, запущений в 1995 році, продовжив спостереження, надаючи велику кількість даних аж до травня 1998 року. Нині роль космічної інфрачервоної обсерваторії виконує телескоп Spitzer (космічне агентство NASA). Новий же телескоп Herschel ще розсуне межі ІЧ-астрономії і дасть ученим

Наші очі сприймають лише невелику частину електромагнітного спектру. Між тим, спостереження в інфрачервоних променях дозволяють астрономам виявити приховані зоряні об'єкти і такі процеси, як народження зірок.

Новий інфрачервоний телескоп для космосу

можливість вести спостереження на ще більших довжинах хвиль.

    Хоча сам супутник знаходиться під відповідальністю Alcatel Space, головним підрядником на його конструювання є EADS Astrium. Впродовж останніх тижнів, інженери EADS Astrium піддали телескоп серії механічних кваліфікаційних тестів. Усі випробування проводилися в умовах високої частоти, щоб уникнути якого-небудь забруднення поверхні дзеркала із-за конденсації, пилу або молекулярних слідів. Ивс Тулемон (Yves Toulemont), керівник проекту Herschel, відзначає украй мала вага дзеркала. «Для порівняння, Hubble має головне дзеркало з діаметром 2.4 метра, і важить цей телескоп 1500 кг. Наш телескоп має діаметр 3.5 метра, при масі всього 320 кг», - говорить він. Створення подібного телескопа зажадало застосування найсучасніших технологій. Так, головне дзеркало складається з 12 «пелюсток», безшовних сполучених один з одним. Структуру дзеркала складає керамічна основа з карбіду кремнію. Її товщина дорівнює всього 4 міліметра, але, в той же час, вона дуже стійка до механічних і температурних дій, які виникнуть при виведенні телескопа в космос. Висота нерівностей дзеркала не перевищує трьох мікрометрів.

    Вторинне дзеркало телескопа також виготовлене з карбіду кремнію, і висота його нерівностей не перевищує одного мікрона. Обидва дзеркала покрито тонким шаром алюмінію, за допомогою якого і відбувається віддзеркалення. Стартова маса телескопа складає трохи більше трьох тонн. Основну її частину складає криостат - гігантський «термос», що охолоджується рідким гелієм. Усередині нього розташовані усі детектори трьох основних наукових інструментів телескопа. Останні отримують інфрачервоне випромінювання, що збирається дзеркалом, і повинні триматися при температурах нижче - 271 градуса Цельсія. Herschel був виведений в космос ракетою Ariane 5 в другій половині 2007 року разом з іншим супутником Planck, який вивчає космічне мікрохвильове фонове випромінювання. Потім два апарати розділяться, і «Хершель» буде спрямований в особливу точку - так звану точку Лагранжа L - 2. «Точка L - 2 знаходиться на відстані 1.5 млн. кілометрів від Землі в напрямі, протилежному до Сонця. - пояснює Тулемон. - Вона є особливою, оскільки апарат матиме фіксоване розташування відносно Сонця і Землі».

    Herschel є першою космічною обсерваторією, здатною перекривати діапазон від далекого інфрачервоного до субміліметрового випромінювання. «Телескоп дасть нам можливість не лише вивчати невидимий всесвіт в цьому діапазоні, але і збирати максимальну кількість випромінювання», - пояснює Джованни Бигнами (Giovanni Bignami), голова Дорадчого комітету з космічної науки ESA (ESA Space Science Advisory Committee). «Herschel буде здатний виявляти дуже специфічні види випромінювання, пов'язані з коливаннями молекул води або органічних молекул. - додає він. - Знаходження цього випромінювання, зрозуміло, не буде доказом існування життя, але, принаймні, буде непрямим її свідченням». Таким чином, вивчаючи за допомогою нового телескопа молекулярний склад Всесвіту, досліджуючи процеси народження зірок і формування і еволюції галактик, астрономи продовжать спостереження, початі апаратами IRAS і ISO.

Спостереження променів високих енергій відкриває загадки природи.

    Унікальна обсерваторія в Аргентині почала відкривати таємниці, пов'язані з космічними променями високих енергій. Серед учених досі немає єдиної думки з приводу їх походження. Енергія таких часток з 10 млн. разів вища, ніж може бути отримана на сучасних прискорювачах. Аргентинська обсерваторія Пьера Оже (Pierre Auger Observatory) націлена на їх вивчення і прагне використовувати їх як джерело інформації про Всесвіт. Так, з 9 по 11 листопада 2005 року вчені обсерваторії представили перші результати досліджень. Щоб зареєструвати такі рідкісні явища, як проліт цих часток, в обсерваторії був сконструйований масив з 1600 детекторів, що займають територію більше 3000 кв. кілометрів. Кожен «черенковский» детектор містить 3000 галонів води і фіксує світіння, що виникає при проходженні частки. Масив оточують 24 телескопи, які у безмісячні ночі реєструють ультрафіолетову флуоресценцію, що виникає при проходженні часток крізь атмосферу.

    «Такі промені високих енергій є посланцями Всесвіту», - говорить нобелівський лауреат Джим Кронин, університет (University of Chicago) Чикаго, який заснував цей експеримент спільно з Аланом Ватсоном (Alan Watson) з Університету Лідса (University of Leeds). На їх думку, це велика можливість для відкриттів. Ватсон додає із цього приводу: «Як природа створила такі умови, де частки прискорюються до таких величезних енергій? Якщо ми відстежимо їх походження, це дасть відповідь». Обсерваторія набирає дані з того моменту, коли були зібрані тільки перші елементи масиву. Отримані результати включають спектр променів при найвищих енергіях і результати по анізотропії і пошуку джерел випромінювання.

    Основні моменти отриманих результатів : - Був отриманий спектр космічних променів (кількість часток як функція їх енергії). У міру збільшення енергії, кількість часток з такою енергією падає. - Як правило, космічні промені - це заряджені частки. Промені з низькою енергій схильні до сильного впливу магнітних полів галактик, що значно викривляє їх траєкторії. Промені з вищою енергією поширюються прямолінійніше. Якщо в спостереженнях приходитиме більше часток з одного напряму, чим з іншого (анізотропія), то тоді можна буде почати пошуку їх джерела. - Також учені хочуть упізнати склад так званих «початкових часток» (часток, які початково стикаються з атмосферою Землі і викликають у результаті каскад інших часток (злива)). Чи являються вони протонами, атомними ядрами або фотонами? Дослідники встановили, що доля фотонів серед таких часток не може перевищувати певного числа, що у результаті вплине на відбір теорій відносно походження космічних променів. - Ці екзотичні теорії розглядають різні гіпотетичні об'єкти, що залишилися після Великого вибуху, - «космічні струни», «стіни областей» і «монополі». Якщо такі об'єкти існують, а потім колапсують, то виділяється величезна кількість енергії, яка і прискорює частки. У такому разі, частина космічних променів має бути фотонами. Проте доки даних недостатньо, щоб спростувати або довести будь-яку з теорій. Тому в обсерваторії набиратимуть нові дані, щоб звужувати круг пошуків.

Детектор CONDOR почав вивчення космосу в терагерцовом діапазоні.

    У листопаді 2005 року розпочав роботу детектор CONDOR (CO N+ Deuterium Observation Receiver), встановлений в обсерваторії APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), яка розташована в чилійських Андах. Його завдання полягає у вивченні гарячих газів поблизу молодих масивних зірок на надвисокій радіочастоті 1.5 ТГц. Ці спостереження є першими терагерцовыми дослідженнями, що виконуються на великому телескопі (діаметром 12 метрів). Вони дали деякі несподівані результати, а тому надії, що покладаються на новий напрям в астрономії, вже виправдалися. Успіх детектора

У листопаді 2005 року розпочав роботу детектор CONDOR (CO N+ Deuterium Observation Receiver), встановлений в обсерваторії APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), яка розташована в чилійських Андах.

CONDOR (Deuterium Observation Receiver)

CONDOR був результатом спільних зусиль учених з Першого фізичного інституту Університету Кельна (First Physical Institute of the University of Cologne) і Інституту Макса Планка по радіоастрономії (Max Planck Institute for Radio Astronomy).

    «CONDOR повністю відповідає нашим очікуванням«, - говорить Мартина Виднер (Martina Wiedner), керівник цього проекту. Оскільки існують труднощі по детектуванню електромагнітних хвиль такої високої частоти (яка, для порівняння, в тисячі разів вище використовуваної в стільникових телефонах), були використані унікальні приймачі. Спеціальний пристрій, зване Hot Electron Bolometer, створене Карлом Якобсом (Karl Jacobs) і його колегами в Університеті Кельна, перетворить випромінювання терагерцовых частот в сигнал з частотою близько 1 ГГц. З останнім сигналом вже набагато простіше працювати. Для досягнення високої чутливості приймач охолоджується до температури - 269 градусів Цельсія, що всього на 4 градуси вище за абсолютний нуль.

    Для проведення спостережень за допомогою детектора CONDOR необхідно, щоб кількість води в атмосфері була украй мала, оскільки вона істотно поглинає терагерцовое випромінювання. Чилійська пустеля Атакама, розташована на висоті 5100 метрів над рівнем моря, забезпечує необхідне украй сухе повітря. Саме тут знаходиться обсерваторія APEX. Її телескоп має основне дзеркало діаметром 12 метрів, що представляє ідеальний параболоїд з точністю 15 мікрон. Раніше на телескопі вже були встановлені приймачі на частоти в діапазоні 300-900 ГГц. CONDOR є першим приймачем, який працює на частоті вище 1 ТГц. «Ці спостереження проводяться на найвищих частотах, які тут можна досягти. - пояснює менеджер проекту APEX Рольф Гаштен (Rolf Gasten). - При ще вищих частотах земна атмосфера стає вже непрозорою - аж до інфрачервоних частот». Нові спостереження дозволили вивчати практично невідому до цього «терагерцовий Всесвіт». «Ми робимо відкриття, розглядаючи космос на різних частотах. - пояснює Виднер. - Зокрема, спектральні ознаки гарячого газу (обертальні переходи високих рівнів молекул моноксиду вуглецю CO) видно на терагерцових частотах. Спостереження в цьому спектральному діапазоні важливе, оскільки гарячий газ є істотним компонентом при формуванні масивних зірок» (на фото показана область формування зірок в туманності Оріону. Графік у верхньому правому кутку показує сигнал детектора CONDOR).

Японія запустила космічний телескоп. (21 лютого 2006)

    Ракета M - 5, несуча космічний телескоп Astro - F, стартувала сьогодні з космічного центру «Учинура» (Uchinoura Space Centre) в Японії. Новий телескоп проводитиме дослідження в інфрачервоній області, щоб вивчати теплове випромінювання космічних об'єктів, прихованих хмарами космічного пилу. 500-денна робота на новій обсерваторії спільно вестиметься європейськими і японськими астрономами. Завдання телескопа - складання карти Всесвітом. Для цього Astro - F матиме орбіту, що проходить над північним і південним полюсами, так що він захоплюватиме усі ділянки небесної сфери. «Вивчення усього неба» (All Sky Survey), як називається ця місія, проводитиметься з набагато більшою чутливістю в порівнянні з попередньою, IRAS, що мала місце в 1983 році. «Це приголомшливе нове вікно для спостереження раннього Всесвіту», - коментує Стефен Сержант (Stephen Serjeant), лектор по астрофізиці у Відкритому університеті (Open University) в Милтон Кейнс, Великобританія. «Вважається, що Astro - F стане однією з найбільш важливим міжнародних обсерваторій десятиліття», - додає він.

    Гленн Уайт (Glenn White), професор астрономії того ж університету, говорить, що ця місія є потужним засобом по вивченню народження і формування зірок і планет. Співпраця з Європейським космічним агентством. Пройшли всього два десятиліття з основи космічної інфрачервоної астрономії; відтоді кожне десятиліття відзначається запуском нової ІЧ-обсерваторії, яка докорінно міняє наше розуміння космосу. Інфрачервоні обсерваторії роблять можливою реєстрацію холодних об'єктів, включаючи планетарні системи, міжзоряний пил і газ, тобто усе, що складно спостерігати у видимій області спектру. За допомогою ІЧ-астрономії також можливо вивчати народження зірок і галактик. Європейське космічне агентство (ESA) має великий досвід в інфрачервоній астрономії, що тепер знайшло віддзеркалення в участі в програмі Astro - F. Так, ESA забезпечує зв'язок з обсерваторією через наземну станцію в Швеції. Окрім цього, агентство здійснює обробку отримуваних даних - обчислення точного місця розташування спостережуваних на небі об'єктів, щоб прискорити складання небесного каталогу і, кінець кінцем, отримати повний опис «інфрачервоним Всесвітом». Натомість ESA отримує 10% усіх можливостей для спостереження обсерваторії під час виконання їй другою і третьою фаз місії. На думку фахівців, «співпраця, яку Японія запропонувала ESA, дозволить розвиватися європейським астрономам, що допоможе в створенні іншого ІЧ-телескопа Herschel».

Великі радіотелескопи

    Радіотелескопи зазвичай є конструкціями дуже великих розмірів. Найбільш поширений тип радіотелескопу - ця споруда, основним елементом якої служить суцільне металеве дзеркало параболічної форми. Дзеркало відбиває радіохвилі, що падають на нього, так, що вони збираються поблизу фокусу і уловлюються спеціальним пристроєм - опромінювачем. Потім сигнал посилюється і перетвориться у форму, зручну для реєстрації і аналізу. Зберігання і обробка даних здійснюються за допомогою комп'ютерної техніки. Чутливість радіотелескопу тим вище, чим більше відзеркалювальна поверхня.

    Звичайний радіоприймач має пристосування для налаштування на хвилю потрібної радіостанції. Воно є переналаштовуваним фільтром, який посилює радіовипромінювання тільки на хвилі вибраної станції і не пропускає (пригнічує) сигнали станцій, працюючих на близьких хвилях. На відміну від земних радіостанцій космічні радіоджерела, як правило, випромінюють в широкому діапазоні радіохвиль. Тому і радіоастрономічний приймач повинен мати чутливість по можливості в ширшому діапазоні. Такий приймач називається радіометром.

    Розширенню смуги прийому перешкоджає в основному перешкоди від наземних радіостанцій. Тому для радіоастрономії міжнародними угодами виділені спеціальні інтервали довжин хвиль, які забороняється використовувати будь-яким наземним радіо засобам.

    Аресібо - найбільший у світі 300-метровий радіотелескоп з параболічною антеною споруджений в 1963 р. в Аресібо, на острові Пуерто-Ріко. Він сконструйований, побудований і експлуатується Національним центром астрономічних і іоносферних досліджень США. Телескоп розташований у величезному природному котловані в горах. На висоті 150 м над поверхнею гігантського нерухомого дзеркала укріплена на сталевих тросах 600-тонна платформа, на яку можна піднятися по півкілометровому підвісному мосту або по канатній дорозі. Рухлива частина платформи обертається навколо власної осі. По рейках уздовж платформи переміщається керована комп'ютером кабіна з опромінювачами і приймачами - так радіотелескоп наводиться на досліджуване джерело. Із-за нерухомості антени спостереження будь-якого джерела не можуть тривати більше двох годин. Але цей недолік компенсується величезною площею

Первинні дзеркала Великого бінокулярного телескопа діаметром 8,4 м розташовано на відстані 14,4 м один від одного

дзеркала, що забезпечує високу чутливість. Радіотелескоп в Аресібо відрізняється від багатьох інших також тим, що він може служити і передавальною антеною. У такому режимі виконані унікальні експерименти по радіолокації Сонця, Місяця і планет Сонячної системи.