23 червня своє перше світло має побачити телескоп обсерваторії Вери Рубін також відомий як Оглядовий телескоп Сімоні. Цей унікальний інструмент має найбільше поле зору серед усіх створених великих професійних інструментів. Він дозволить виявити величезну кількість об’єктів як у Сонячній системі, так і за її межами.
Огляди зоряного неба
Обсерваторія імені Вери Рубін — це велетенський телескоп, який має почати працювати вже цього літа. Якщо говорити точніше, то своє перше світло він має побачити вже 23 червня, а повноцінна робота розпочнеться з 16 вересня 2025 року.
Великих телескопів у світі збудовано і будується чимало. І деякі з них своїми розмірами набагато переважають цей астрономічний інструмент. Наприклад, дзеркала Гігантського Магелланового Телескопа мають сумарний діаметр у 24,5 м. То чому ж усі так багато уваги приділяють значно скромнішому телескопу?
Сучасна астрономія йде паралельно двома шляхами. Один із них передбачає збільшення поля зору інструменту, аби охопити одночасно якомога більше об’єктів та явищ. Інший — детальне вивчення окремо взятих об’єктів, що потребує великої апертури (діаметра дзеркала), яка здатна за короткий час зібрати багато фотонів.
Проблема в тому, що телескопи з широким полем зору зазвичай мають малий розмір, а отже, не покажуть астрономам слабкі світила. Водночас великі телескопи майже завжди охоплюють лише крихітну ділянку неба і бачать тільки найближче оточення цікавого для науковців об’єкта. Ця фундаментальна розбіжність піднімає важливе питання: як за короткий час отримати одночасно широкий та глибокий огляди неба?
Власне, складання каталогів зір, комет, астероїдів чи екзопланет ніколи не переставали бути однією з головних задач астрономії. Свідком тому є космічний телескоп Gaia, який вже завершив свою роботу, але отримані від нього дані будуть публікувати ще не один рік, а відкриття на його основі розтягнуться на десятиліття.
Історично для огляду зоряного неба в пошуках нового і цікавого використовувалися ті самі телескопи, що й для вивчення конкретних об’єктів на ньому. Однак після Другої світової війни поступово стало зрозуміло, що посилення збільшувальної можливості, призвело до того, що телескопи збирають інформацію з дуже маленького шматочка неба, тобто у них дуже вузьке поле зору. В результаті оглядати за їхньою допомогою всю небесну сферу занадто довго.
Саме тому ще в середині 1990-х виник концепт Великого синоптичного оглядового телескопа, який згодом був переіменований на Оглядовий телескоп Сімоні. Він поєднував би велику збільшувальну здатність із дуже широким полем зору, що дозволяло б йому оперативно оглядати все небо і виявляти нові об’єкти.
Однак грошей на всі проєкти не вистачало. Тому розмови про важливість такого інструменту велися, але фінансування виділялися переважно на ті проєкти, які були цікаві астрофізикам, що прагнули розгадати таємниці Всесвіту.
Магазин від Universe Space Tech
Дитяча бананка Noosphere – Space Explorer
До товаруСправа зрушила з мертвої точки лише 2008-го після того, як мільярдери Білл Гейтс та Чарльз Сімоні пожертвували на будівництво величезну суму грошей. За кілька років до них приєднався й уряд США. У 2014 році будівництво телескопа нарешті стартувало, й ось, десятиліття потому, він вже готується до початку роботи.
Конструкція телескопа
У конструкції оптичних телескопів використовуються два основні принципи: рефракція, тобто відхилення променів за допомогою лінз та їхнє відбиття за допомогою дзеркал. Створення цього типу приладів почалося саме з лінз, тому люди уявляють їх переважно саме так. Однак насправді дзеркала легші та простіші у виготовленні, тому вже багато років усі великі телескопи будуються як рефлектори.
Це добре підходить для випадків, коли треба уважно вивчити одну маленьку ділянку неба. Однак якщо треба оглянути великий шматок неба, у систем зі сферичних дзеркал починає проявлятися хиба, яка називається сферичною аберацією. Простіше кажучи, віддалені від центру частини відбивної поверхні занадто сильно викривлюють світло і зробити із цим нічого не можна.
Саме тому в основі Оглядового телескопа Сімоні лежить достатньо екзотична схема Пауля — Бейкера, в основі якої лежать три максимально близьких до плоских дзеркала.
Найбільше з них має форму широкого кільця діаметром 8,36 м, воно відбиває світло на вторинне дзеркало, теж кільцеподібної форми, але діаметром 3,6 м, а воно спрямовує його на третє, що розташоване всередині й трохи позаду першого і має діаметр 5 м.
Таким чином, світло всередині телескопа відбивається не двічі, як зазвичай, а тричі. Проте на і на цьому його шлях не закінчується. Далі воно спрямовується в камеру, де проходить через систему з трьох лінз, найбільша з яких має діаметр 1,55 м, і тільки після цього потрапляє на світлочутливу матрицю у 3,2 гігапікселя, тобто кількість точок у сотню разів вища, ніж на професійному фотоапараті.
Усе це робиться для того, аби забезпечити поле зору в 3,5°. Для порівняння, поперечник Сонця та Місяця на небі складає лише 0,5°. При цьому телескоп буде весь час рухатися, роблячи кожні 20 с 15-секундні експозиції. Очікується, що таким чином йому вдасться робити до 200 тис. знімків щорічно.
Хто така Вера Рубін
У червні 2019 року оголосили, що обсерваторію, в якій розташовуватиметься новий телескоп, назвуть на честь Вери Рубін. Сам же інструмент зберіг назву, пов’язану з Чарльзом та Лізою Сімоні. Таким чином вшанували пам’ять видатної американської науковиці. Вера Рубін була саме серед тих астрономів, хто дивився на Всесвіт широко.
Ще у своїй докторській дисертації 1954 року вона виявила, що більшість галактик у Всесвіті не розкидані випадково, а групуються разом. Пізніше вона вивчала Галактику Андромеди та інші спіральні галактики й виявила, що рух зір у них не відповідає передбаченням ньютонівської теорії гравітації.
Аналіз цих двох фактів привів її до думки, що десь у космосі має існувати прихована маса, яку передбачав ще Франц Цвіккі та яку потім почали називати темною матерією.
При цьому сама Рубін була цьому факту зовсім не рада. За словами науковиці, краще б усі виявлені невідповідності можна було б пояснити альтернативною теорією — модифікованою ньютонівською динамікою, але її подальші дослідження спростували це припущення. Тож те, що значна частина робіт вчених присвячена пошукам чогось, про що вони не мають уявлення, і що при цьому майже ніяк себе не проявляє, — значною мірою саме її заслуга.
Що шукатиме новий телескоп?
Задачі, які стоять перед Обсерваторією ім. Вери Рубін, цілком в дусі робіт вченої, яка дала їй своє ім’я. Перша з них — відшукати 90 % навколоземних астероїдів. Усі бояться падіння каміння з неба, однак імовірність того, що протягом періоду, співмірного з тривалістю існування цивілізації, з околиць Сонячної системи до нас долетить і зіткнеться із Землею астероїд діаметром у кілометр, — надзвичайно мала.
А от невеликих уламків розміром у кілька десятків, а то і сотень метрів — сила-силенна, навіть всередині орбіти Марса. Задача виявити більшість із них ставилася перед американськими науковцями ще 20 років тому, проте відтоді стало зрозуміло, наскільки вона складна.
Усі ці камені тут, поруч. Але вони занадто численні й занадто маленькі для того, аби виловити їх звичайними методами. А кожен під час зіткнення із Землею здатний зруйнувати ціле місто. І виловити їх під силу саме Оглядовому телескопу Сімоні з його широчезним полем зору.
Інша задача, яка стоятиме перед новим оглядовим телескопом, — виявлення транснептунових об’єктів. Про пошуки дев’ятої великої планети Сонячної системи чули, мабуть, усі. Скоріш за все, її за Нептуном немає, хоча достеменно це невідомо.
Зате там багато тіл діаметром у кілька сотень кілометрів. І більшість з них астрономи ще не відкрили. Але цілком можливо, що саме завдяки новому телескопу ми нарешті як слід картографуємо околиці Сонячної системи.
Крім того, очікується, що він допоможе знайти чимало комет та астероїдів в інших її частинах. Ще одна задача стосуватиметься картографування Галактики. Ці дослідження доповнять дані, отримані від космічного телескопа Gaia.
Іншою важливою задачею для Обсерваторії ім. Вери Рубін стане дослідження нових та наднових зір. У масштабах Всесвіту вони спалахують надзвичайно часто і при цьому мають яскравість, співставну з кулястими скупченнями, а то і цілими галактиками. Частина з них належить до типу Ia і їх можна використовувати як «стандартні свічки» для вимірювання відстані.
Сучасні телескопи давно могли б їх бачити у кількості, значно більшій, ніж вони спостерігаються зараз. Але у нас просто немає стільки телескопів. І це — теж проблема, яку має розв’язати новий оглядовий телескоп.
Нарешті, Обсерваторія ім. Вери Рубін займеться пошуком свідчень існування темної матерії. Для цього вона відстежуватиме явища гравітаційного лінзування, які виникають тоді, коли масивний об’єкт розташований між нами та більш віддаленим джерелом, і зображення останнього спотворюється через викривлення простору-часу масивним об’єктом.
Очікується, що всі ці дані будуть надходити від телескопа у настільки великих кількостях, що команда науковців просто не встигатиме їх обробляти вручну. Тому ця обсерваторія, вочевидь, також стане випробувальним майданчиком для систем штучного інтелекту.
