Автор: Илья Милославский
Самый большой оптический прибор для наблюдения за звездами — Большой Бинокулярный Телескоп (LBT – Large Binocular Telescope) университета в Аризоне, США. Он состоит из двух зеркал 8 м 40 см каждое, что соответствует монокулярному телескопу с одним зеркалом диаметром 14 м 40 см. Эти характеристики позволяют ему улавливать свет звезд, находящихся на расстоянии 9 млрд световых лет. При этом, зеркала LBT не самые большие в мире: 8 м 40 см — это пятый результат на планете. Самое большое зеркало имеет телескоп на горе Мучачос (Канарские острова). Его диаметр — 10 м 40 см, однако, он уступает LBT по охвату площади наблюдений — из-за своей монокулярности, и по четкости изображения — из-за технических характеристик принимающих видеокамер. Но — обо всем по порядку.
LBT это, по сути, два телескопа, работающих как один. Они состоят каждый из вогнутого зеркала по 8 м 40 см диаметром, которые фокусируют отраженный свет звезд в одной точке — вторых, маленьких и плоских, зеркалах, откуда уже изображение поступает на высокочувствительные объективы видеокамер (до эпохи цифрового видео изображения со второго — маленького — зеркала и изучались астрономами через оптические окуляры). Тем не менее, главным элементом любого телескопа вот уже 350 лет является большое принимающее вогнутое зеркало. Именно от его размеров, а не от увеличивающей способности оптических линз, зависит дальность видения и четкость изображения. Это еще в 1663 годузаметил шотландский математик и астроном Джеймс Грегори, сменив своим открытием эру линзовых телескопов эрой телескопов зеркальных.
Зеркала — не врут
Проходя через обычное стекло, свет преломляется и расщепляется на цвета спектра. Но это лишь полбеды: положение резко ухудшается при использовании линзы. Расщепленные ею, световые волны различных цветов уже не в состоянии идеально слиться вместе на одной линии окуляра: одни цвета фокусируются ближе, другие — дальше. В физике это называется световой аберрацией. И чем меньше (читай: дальше) наблюдаемый объект, тем ощутимее эта погрешность. Более того, увеличение диаметра линз, чтобы якобы видеть дальше, только больше усиливает дефект конечного изображения.
Джеймс Грегори нашел способ, как преодолеть этот парадокс. Он справедливо решил, что лучше всего свет собирать вогнутым зеркалом, а затем рассматривать сфокусированное в одной точке изображение через увеличивающую линзу окуляра. Он даже разработал схему такого телескопа, однако построить его не смог из-за сложности конструкции: принимающее зеркало должно было иметь дырку посередине — для окуляра, в который попадало изображение со второго — маленького — зеркала внутри тубы телескопа. Сделать вогнутое зеркало с дыркой посередине по тем временам было как минимум непросто. Поэтому прошло шесть лет, прежде чем другой ученый не построил первый в мире зеркальный телескоп. Звали ученого Исаак Ньютон.
26-летний преподаватель Кембриджского университета обошел стороной необходимость сверлить дырку в принимающем зеркале. Вместо этого он установил второе — маленькое — зеркало внутри тубы под углом, а дырку окуляра прорезал сбоку телескопа. В 1672 году этим изобретением молодой Исаак Ньютон «вынес мозг» своим коллегам из Королевского научного общества: его прибор — не длиннее и не толще человеческой руки — давал картинку больше и четче, чем их двухметровый линзовый телескоп. Теперь вся Солнечная система лежала буквально перед глазами астрономов. С тех пор телескопы эволюционировали в сторону увеличения не оптических линз, а принимающих зеркал, все больший размер которых гарантирует прямопропорциональное качество картинки.
И тем не менее, два меньших по размеру зеркала LBT эффективнее одного десятиметрового зеркала. И дело здесь не только в том, что, работая как один, приборы LBT охватывают в сумме большую площадь звездного неба, нежели их монокулярный коллега. Сверхчувствительные видеокамеры LBT, которые принимают конечное изображение, настроены таким образом, что улавливают лишь определенные цвета спектра: каждое свою группу. В обсерватории оба варианта изображения вновь сливаются в одну картинку. Это обеспечивает LBT максимальную на данном историческом этапе четкость изображения среди всех наземных телескопов.
Однако, история с наукой не стоят на месте: инновационные решения аризонских специалистов по телескопии, похоже, готовы подвинуть с пьедестала даже лидера по четкости и дальности видения звезд — орбитальный телескоп «Хаббл».
Выше воздуха
Основной проблемой всех наземных телескопов были и остаются так называемые атмосферные помехи. Это, прежде всего, всевозможные дымы и испарения. Именно поэтому все телескопы устанавливаются вдали от городов — чтобы свет звезд не заслонялся смогом, и, как правило, на вершинах гор — чтобы подняться над фронтом облаков. Так, пристанищеLBT — вершина горы Грэхем, 3200 м над уровнем моря, а Большого Телескопа Альт-Азимутального (самого большого телескопа в России, а с 1975 по 1993 гг. — в мире) — гора Семиродники недалеко от поселка Нижний Архыз в Карачаево-Черкесии, 2070 м над уровнем моря. Что же касается самой большой горы на планете (не путать с самой высокой. — И.М.), то царица Мауна-Кеа приютила десятки больших телескопов в рамках нескольких обсерваторий. В их числе и обсерватория Кека, на балансе которой два монокулярных телескопа с диаметром зеркал более 10 м.
Тем не менее, всех помех, связанных с земной атмосферой, не помогает избежать даже высокогорное расположение телескопов. Причина — в разнице температур в условиях космического вакуума и земной атмосферы. В космосе световые волны, излучаемые наблюдаемым объектом, движутся параллельно друг другу, то есть в фазе, а достигая нагретого воздуха Земли начинают двигаться не в фазе: одни — ускоряются, другие — наоборот. И хотя расстояния, которое световые волны от далеких звезд проходят в космосе и в атмосфере Земли несоизмеримо различны, этого вполне достаточно, чтобы нарушить идеальную четкость изображения. Эффект мерцания звезд, который можно наблюдать невооруженным глазом, и есть результат влияния земной атмосферы.
Но то, что представляется романтическим натурам загадочным блеском светил, для астрономов является настоящей головной болью. Чтобы избежать всех атмосферных искажений, и был создан орбитальный телескоп «Хаббл», который был выведен на околоземную орбиту в 1990 году. Диаметр его собирающей поверхности «всего» 4 м 30 см, но из-за отсутствия атмосферных искажений разрешающая способность телескопа «Хаббл» примерно в 8 раз выше аналогичного по размерам наземного телескопа. Ради чистого эксперимента ученые направили объектив «Хаббла» на считавшийся пустым участок звездного неба: оказалось, что рассеянный атмосферой Земли свет ближайших звезд не позволял увидеть в этом темном уголке космоса глобальный световой мир, состоящий из 10 тысяч галактик по 10 млрд звезд (читай: нашихСолнц) каждая. И все же для астрономов «Хаббл» — не предел мечтаний.
Все очень просто. Любая — даже самая незначительная — поломка орбитального телескопа ведет к крайне дорогостоящему ремонту: для ее устранения приходится снаряжать целый «Шаттл» с группой специалистов на борту. Поэтому астрономы убеждены, что лучший телескоп тот, что находится на земле, и вот уже несколько лет ищут пути преодоления атмосферных помех. В основном, за счет оптики, специально деформированной так, чтобы нивелировать отсутствие фазы между световыми волнами. Частично это помогает. Но лишь частично. А вот инженеры, обслуживающиеLBT, считают, что нашли способ получать идеально чистые снимки космических объектов с земли. Для этого необходимо лишь измерить искажения и с помощью сознательной деформации вторых — маленьких — зеркал избавляться от помех.
С этой целью вторые зеркала, которые находятся над главными, будут снабжены сотнями приводных поршней, которые будут давить на их поверхность или вытягивать ее с обратной стороны. При точном расчете деформации световых волн эти микроскопические изменения поверхностей вторых зеркал приведут к восстановлению идеального изображения: когда волны сфокусируются на линзах видеокамер, они снова будут в одной фазе.
В этом случае снимки сделанные LBT будут в 10 раз четче, чем снимки «Хаббла», что позволит аризонским астрономам увидеть не только звезды, обнаруженные орбитальным телескопом, но и планеты, вращающиеся вокруг них. Таким образом, LBT станет не только самым большим телескопом, но и самым точным.
