Кіріспе
Бөлшектік айна – бір үлкен қисық айна сияқты жұмыс істеуге арналған кішігірім айналардың жиынтығы. Сегменттер сфералық немесе асимметриялық болуы мүмкін (егер олар үлкен параболалық шағылыстырғыштың бөлігі болса). Олар үлкен шағылыстыратын телескоптардың объективтері ретінде қолданылады. Жұмыс істеуі үшін барлық айна сегменттері нақты пішінге дейін тегістелуі керек және айнаның тіреу жасушасына орнатылған итергіштерді пайдаланатын, компьютерлік басқарудағы белсенді оптикалық жүйе арқылы белсенді түрде реттелуі тиіс. Бұл идеяның алғашқы авторы Гвидо Хорн Д'Артуро болды, ол жиырма жылдық зерттеуден кейін 1952 жылы алғашқы жұмыс істейтін бөлшектік айны жасады. Кейіннен бұл тәуелсіз түрде қайта ашылып, 1980 жылдары доктор Джерри Нельсонның басшылығымен Лоуренс Беркли ұлттық зертханасында және Калифорния университетінде одан әрі дамытылды. Содан бері барлық қажетті технологиялар бүкіл әлемге тарады, нәтижесінде болашақтағы барлық ірі оптикалық телескоптар бөлшектік айналарды пайдалануды жоспарлап отыр.
A segmented mirror is an array of smaller mirrors designed to act as segments of a single large curved mirror. The segments can be either spherical or asymmetric (if they are part of a larger parabolic reflector). They are used as objectives for large reflecting telescopes. To function, all the mirror segments have to be polished to a precise shape and actively aligned by a computer controlled active optics system using actuators built into the mirror support cell. The concept was pioneered by Guido Horn D'Arturo, who built the first working segmented mirror in 1952, after twenty years of research; It was later independently rediscovered and further developed under the leadership of Dr. Jerry Nelson at the Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California during the 1980s, and since then all the necessaries technologies have spread worldwide to the point that essentially all future large optical telescopes plan to use segmented mirrors.
Қолдану
Бір ғана қатты шыныдан жасалған негізгі айналардың технологиялық шектері бар. Мұндай сегменттелмеген, немесе монолитті айналардың диаметрі шамамен сегіз метрден аспайды. Қазіргі кезде қолданыстағы ең үлкен монолитті айналар – Үлкен Бинокулярлық Телескоптың екі негізгі айнасы, олардың әрқайсысының диаметрі 8,4 метрді құрайды. Сондықтан сегменттелген айналарды қолдану – үлкен апертуралы телескоптардың маңызды құралы болып табылады. 5 метрден асатын монолитті айнаны пайдалану тым қымбат, себебі айнаның өзінің құны да, оны қолдауға қажетті алып құрылымның құны да жоғары. Мұндай айна телескопты әртүрлі жағдайларға бұрғанда өзінің салмағынан сәл көтеріліп, бетінің дәл пішінін өзгертеді. Сегменттерді жасау, тасымалдау, орнату және күтіп ұстау өте үлкен монолитті айналарға қарағанда оңайырақ. Сегменттелген айналардың бір кемшілігі – әрбір сегментке нақты асимметриялық пішін қажет болуы мүмкін және ол күрделі компьютерлік бақылаудағы орнату жүйесіне тәуелді. Барлық сегменттер түйінделген кескінде дифракциялық эффектілерді тудырады. Сегменттелген айналардың тағы бір қолданылуы – кеңейтілген шындық саласында оптикалық компоненттердің мөлшерін азайту үшін мүмкіндік береді. Tooz компаниясы өз жарық бағыттағыштарынан жарықты шығару үшін жартылай шағылыстыратын сегменттелген айна массивін қолданады, ол оптикалық смарт-шыны элементі ретінде пайдаланылады.
Сегментті айналарды пайдаланатын телескоптар
Әлемдегі ең ірі оптикалық телескоптардың бірқатары сегменттелген негізгі айналарды пайдаланады. Олардың ішінде, мысалы, төмендегі телескоптар бар, бірақ тізім осымен шектелмейді:
Кек телескобы
Кек телескоптары – Гавайи, АҚШ-тағы Мауна-Кеа тауының шамамен 4145 метр (13600 фут) биіктігінде орналасқан Мауна-Кеа обсерваторияларының ең танымалдары. Екі телескоптың да негізгі айналары бар.
Хобби-Эберли телескопы
Хобби Эберли телескопы (HET) – 9,2 метрлік (30 фут) телескоп, Макдональд обсерваториясында, Батыс Техас штатында 2026 м (6647 фут) биіктікте орналасқан. Оның негізгі айнасы 91 алтыбұрышты сегменттен тұрады. Телескоптың негізгі айнасы 55 градус бұрышта бекітілген және өз осінің айнала айналуы мүмкін. Нысананы телескоп фокусындағы құралдарды жылжыту арқылы бақылауға болады; бұл оның орналасқан жерінде аспанның шамамен 70–81% -ына қол жеткізуге және бір нысананы екі сағатқа дейін қадағалауға мүмкіндік береді.
Оңтүстік Африканың ірі телескопы
Оңтүстік Африканың ірі телескопы (SALT) – 10 метрлік телескоп, ол бақылау уақытының басым бөлігін спектроскопияға арнайды. Ол Hobby-Eberly телескопымен ұқсастықтарды бөліседі және әрқайсысы 1 метрлік 91 алтыбұрышты айна сегментінен тұрады, нәтижесінде 11,1 м x 9,8 м өлшемді жалпы алтыбұрышты айна пайда болады. Ол Оңтүстік Африканың Кару шөлінің жартылай шөлді аймағындағы Сазерленд қаласының жанында орналасқан. Бұл Оңтүстік Африка астрономиялық обсерваториясының, Оңтүстік Африканың ұлттық оптикалық обсерваториясының құрылысы.
Гран Телескопио Канар
GranTeCan деп те аталатын Канар аралдарындағы үлкен телескоп барлығы 36 сегменттелген айнадан тұрады. Негізгі айнасы [өлшемі] болатын бұл телескоп қазіргі таңда Испанияның Канар аралдарындағы Ла-Пальма аралындағы Роке-де-лос-Мучачос обсерваториясында орналасқан әлемдегі ең ірі оптикалық телескоп болып табылады.
LAMOST
Үлкен аспан аймағы көп нысанды талшықты спектроскопиялық телескопы – Қытайдың Хэбэй провинциясында орналасқан зерттеу телескопы. Ол 24 және 37 сегменттен құралған екі тікбұрышты айнадан тұрады. Әрбір алтыбұрышты сегментінің өлшемі 1,1 метрді құрайды.
Джеймс Уэбб ғарыш телескобы
Джеймс Вебб ғарыш телескобының 18 айна сегменті көбінесе 2011 жылы дайындалды. Ғарыш телескобы 2021 жылдың 25 желтоқсанында Гвиана ғарыш орталығынан Ariane 5 зымыранымен ұшырылды.
Келесі буын телескоптары
Үш өте ірі телескоп сегменттелген айналы телескоптардың келесі буыны болып табылады және 2020 жылдары іске қосылуы жоспарлануда. Гигант Магеллан телескопы жеті үлкен сегментті пайдаланады және сегменттелген айналы телескоптар тобына жатады немесе жеке категория ретінде қарастырылады. Отыз метрлік телескоп Гавайидегі Мауна-Кеа обсерваториясында салынуы тиіс, алайда құрылысы қазір тоқтап тұр. Ол үшін 492 алтыбұрышты сегмент қолданылады. Еуропалық өте ірі телескоп осы үшеудің ішіндегі ең үлкені болады және негізгі айнасы үшін барлығы 798 сегментті пайдаланады. Оның алғашқы жарығы 2027 жылға жоспарланған.