23 июня свой первый свет должен увидеть телескоп обсерватории Веры Рубин также известный как Обзорный телескоп Симони. Этот уникальный инструмент имеет самое большое поле зрения среди всех созданных крупных профессиональных инструментов. Он позволит обнаружить огромное количество объектов как в Солнечной системе, так и за ее пределами.
Обзоры звездного неба
Обсерватория имени Веры Рубин — это огромный телескоп, который должен начать работать уже этим летом. Если говорить точнее, то свой первый свет он должен увидеть уже 23 июня, а полноценная работа начнется с 16 сентября 2025 года.
Больших телескопов в мире построено и строится немало. И некоторые из них своими размерами намного превосходят этот астрономический инструмент. Например, зеркала Гигантского Магелланового Телескопа имеют суммарный диаметр в 24,5 метра. Так почему же все так много внимания уделяют значительно более скромному телескопу?
Современная астрономия идет параллельно двумя путями. Один из них предусматривает увеличение поля зрения инструмента, чтобы охватить одновременно как можно больше объектов и явлений. Другой — детальное изучение отдельно взятых объектов, что требует большой апертуры (диаметра зеркала), которая способна за короткое время собрать много фотонов.
Проблема в том, что телескопы с широким полем зрения обычно малого размера, а значит, не покажут астрономам слабые светила. В то же время большие телескопы почти всегда охватывают лишь крошечный участок неба и видят только ближайшее окружение интересующего ученых объекта. Это фундаментальное расхождение поднимает важный вопрос: как за короткое время получить одновременно широкий и глубокий обзоры неба?
Собственно, составление каталогов звезд, комет, астероидов или экзопланет никогда не переставали быть одной из главных задач астрономии. Свидетелем тому является космический телескоп Gaia, который уже завершил свою работу, но полученные от него данные будут публиковать еще не один год, а открытия на его основе растянутся на десятилетия.
Исторически для обозрения звездного неба в поисках нового и интересного использовались те же телескопы, что и для изучения конкретных объектов на нем. Однако после Второй мировой войны постепенно стало понятно, что усиление увеличительной возможности, привело к тому, что телескопы собирают информацию с очень маленького кусочка неба, то есть у них очень узкое поле зрения. В результате осматривать с их помощью всю небесную сферу слишком долго.
Именно поэтому еще в середине 1990-х годов возник концепт Большого синоптического обзорного телескопа, который впоследствии был переименован в Обзорный телескоп Симони. Он сочетал бы большую увеличительную способность с очень широким полем зрения, что позволяло бы ему оперативно осматривать все небо и выявлять новые объекты.
Однако денег на все проекты не хватало. Поэтому разговоры о важности такого инструмента велись, но финансирование выделялось преимущественно на те проекты, которые были интересны астрофизикам, стремившимся разгадать тайны Вселенной.
Дело сдвинулось с мертвой точки только в 2008 году после того, как миллиардеры Билл Гейтс и Чарльз Симони пожертвовали на строительство огромную сумму денег. Через несколько лет к ним присоединилось и правительство США. В 2014 году строительство телескопа наконец стартовало, и вот, десятилетие спустя, он уже готовится к началу работы.
Конструкция телескопа
В конструкции оптических телескопов используются два основных принципа: рефракция, то есть отклонение лучей с помощью линз и их отражение с помощью зеркал. Создание этого типа приборов началось именно с линз, поэтому люди представляют их преимущественно именно так. Однако на самом деле зеркала легче и проще в изготовлении, поэтому уже много лет все большие телескопы строятся как рефлекторы.
Это хорошо подходит для случаев, когда надо внимательно изучить один маленький участок неба. Однако если надо осмотреть большой кусок неба, у систем из сферических зеркал начинает проявляться недостаток, который называется сферической аберрацией. Проще говоря, удаленные от центра части отражающей поверхности слишком сильно искривляют свет и сделать с этим ничего нельзя.
Именно поэтому в основе Обзорного телескопа Симони лежит достаточно экзотическая схема Пауля — Бейкера, в основе которой лежат три максимально близких к плоским зеркала.
Самое большое из них имеет форму широкого кольца диаметром 8,36 м, оно отражает свет на вторичное зеркало, тоже кольцеобразной формы, но диаметром 3,6 м, а оно направляет его на третье, которое находится внутри и немного позади первого и имеет диаметр 5 м.
Таким образом, свет внутри телескопа отражается не дважды, как обычно, а трижды. Однако на и на этом его путь не заканчивается. Далее он направляется в камеру, где проходит через систему из трех линз, самая большая из которых имеет диаметр 1,55 м, и только после этого попадает на светочувствительную матрицу в 3,2 гигапикселя, то есть количество точек в сотню раз выше, чем на профессиональном фотоаппарате.
Все это делается для того, чтобы обеспечить поле зрения в 3,5°. Для сравнения, диаметр Солнца и Луны на небе составляет лишь 0,5. При этом телескоп будет все время двигаться, производя каждые 20 с 15-секундные экспозиции. Ожидается, что таким образом ему удастся делать до 200 тыс. снимков ежегодно.
Кто такая Вера Рубин
В июне 2019 года было объявлено, что обсерваторию, в которой будет располагаться новый телескоп, назовут в честь Веры Рубин. Сам же инструмент сохранил название, связанное с Чарльзом и Лизой Симони. Таким образом была увековечена память о выдающейся американской ученой. Вера Рубин была как раз среди тех астрономов, кто смотрел на Вселенную широко.
Еще в своей докторской диссертации в 1954 году она обнаружила, что большинство галактик во Вселенной не разбросаны случайно, а группируются вместе. Позже она изучала Галактику Андромеды и другие спиральные галактики и обнаружила, что движение звезд в них не соответствует предсказаниям ньютоновской теории гравитации.
Анализ этих двух фактов привел ее к мысли, что в космосе должна существовать скрытая масса, которую предусматривал еще Франц Цвикки и которую потом стали называть темной материей.
При этом сама Рубин была этому факту совсем не рада. По словам ученой, лучше все выявленные несоответствия можно было бы объяснить альтернативной теорией — модифицированной ньютоновской динамикой, но ее дальнейшие исследования опровергли это предположение. Так что значительная часть работ ученых посвящена поискам чего-то, о чем они не имеют представления, и что при этом почти никак себя не проявляет, — в значительной степени именно ее заслуга.
Что будет искать новый телескоп?
Задачи, стоящие перед Обсерваторией им. Веры Рубин целиком в духе работ ученой, давшей ей свое имя. Первая из них — найти 90 % околоземных астероидов. Все боятся падения камней с неба, однако вероятность того, что в течение периода, соизмеримого с продолжительностью существования цивилизации, из окрестностей Солнечной системы к нам долетит и столкнется с Землей астероид диаметром в километр, — чрезвычайно мала.
А вот небольших обломков размером в несколько десятков, а то и сотен метров — уйма, даже внутри орбиты Марса. Задача выявить большинство из них ставилась перед американскими учеными еще 20 лет назад, однако с тех пор стало понятно, насколько она сложна.
Все эти камни здесь, рядом. Но они слишком многочисленны и слишком маленькие, чтобы выловить их обычными методами. А каждый при столкновении с Землей способен разрушить весь город. И выловить их по силам именно Обзорному телескопу Симони с его широким полем зрения.
Другая задача, которая будет стоять перед новым обзорным телескопом, — выявление транснептуновых объектов. О поисках девятой большой планеты Солнечной системы слышали все. Скорее всего, ее за Нептуном нет, хотя это неизвестно.
Зато там много тел диаметром в несколько сот километров. И большинство из них астрономы еще не открыли. Но вполне возможно, что именно благодаря новому телескопу мы наконец-то как следует картографируем окрестности Солнечной системы.
Кроме того, ожидается, что он поможет найти немало комет и астероидов в других ее частях. Еще одна задача будет касаться картографирования Галактики. Эти исследования дополнят данные, полученные от космического телескопа Gaia.
Другой важной задачей для обсерватории им. Веры Рубин станет исследование новых и сверхновых звезд. В масштабах Вселенной они вспыхивают очень часто и при этом имеют яркость, сопоставимую с шаровидными скоплениями, а то и целыми галактиками. Часть из них принадлежит к типу Ia и можно использовать как «стандартные свечи» для измерения расстояния.
Современные телескопы давно могли бы их видеть в количестве, значительно большем, чем они наблюдаются сейчас. Но у нас попросту нет столько телескопов. И это тоже проблема, которую должен решить новый обзорный телескоп.
Наконец-то, Обсерватория им. Веры Рубин займется поиском свидетельств существования темной материи. Для этого она будет отслеживать явления гравитационного линзирования, возникающие тогда, когда массивный объект расположен между нами и более удаленным источником, и изображение последнего искажается из-за искажения пространства-времени массивным объектом.
Ожидается, что все данные будут поступать от телескопа в столь больших количествах, что команда ученых просто не будет успевать их обрабатывать вручную. Поэтому эта обсерватория также станет испытательной площадкой для систем искусственного интеллекта.
