Атакама шөліндегі үлкен телескоптар кешені

Кіріспе

Атакама шөліндегі телескоп, Чили

Өте үлкен телескоп (VLT) – 1998 жылдан бері Еуропалық Оңтүстік обсерваториясы басқаратын, Чилидің солтүстігіндегі Атакама шөліндегі Серро-Параналда орналасқан астрономиялық кешен. Ол төрт жеке телескоптан тұрады, олардың әрқайсысы 8,2 метр диаметрлі негізгі айнамен жабдықталған. Бұл оптикалық телескоптар Antu, Kueyen, Melipal және Yepun (мапуче тілінде астрономиялық нысандарды білдіретін сөздер) деп аталады, олар көбінесе жеке қолданылады, бірақ өте жоғары бұрыштық ажыратымдылыққа қол жеткізу үшін біріктірілуі мүмкін. VLT массивіне 1,8 метрлік апертурасы бар төрт жылжымалы көмекші телескоп (AT) да қосылған. VLT көрінетін және инфрақызыл толқын ұзындығында бақылау жасауға қабілетті. Әрбір жеке телескоп, қалың көзбен көруге болатыннан шамамен төрт миллиард есе әлсіз нысандарды анықтай алады. Барлық телескоптар біріктірілгенде, кешен шамамен 0,002 доға секундтық бұрыштық ажыратымдылыққа жете алады. Жеке телескоп режимінде бұрыштық ажыратымдылық шамамен 0,05 доға секундін құрайды. VLT – астрономиядағы ең өнімді кешендердің бірі, көрінетін толқын ұзындығында жұмыс істейтін нысандардан жарияланған ғылыми мақалалар саны бойынша Хаббл ғарыш телескопынан кейін екінші орында. VLT арқылы жасалған маңызды байқаулардың арасында экзопланетаның алғашқы тікелей суреті, Галактика ортасындағы аса ауыр қара тесіктің айналасында айналатын жұлдыздардың қозғалысын қадағалау және ең алыс белгілі гамма-шашудың қалдық сәулесін байқау бар.

Жалпы ақпарат

VLT төрт үлкен (диаметрі 8,2 метр) телескоптан (Unit Telescopes немесе UT деп аталатын) тұрады, оларды шағын нысандарды анықтау үшін қолданылатын астрономиялық интерферометр (VLTI) құрамына біріктіретін оптикалық элементтері бар. Интерферометрге интерферометриялық бақылауларға арналған диаметрі 1,8 метр төрт жылжымалы телескоп кіреді. Бірінші UT 1998 жылдың мамырында жұмыс істей бастады және 1999 жылдың 1 сәуірінде астрономиялық қауымдастыққа ұсынылды. Басқа телескоптар 1999 және 2000 жылдары іске қосылды, бұл көп телескопты VLT мүмкіндіктерін қамтамасыз етті. UT басқа жобалармен айналысқан кезде қолдану үшін VLTI-ге төрт 1,8 метрлік қосымша телескоп (AT) қосылды. Бұл AT 2004-2007 жылдар аралығында орнатылып, жұмыс істей бастады. VLT үш түрлі режимде жұмыс істейді: төрт тәуелсіз телескоптан тұратын жиынтық (бұл негізгі жұмыс режимі); қосымша ажыратымдылыққа арналған бір үлкен когерентті интерферометриялық құрал (VLT интерферометрі немесе VLTI), бұл режим салыстырмалы түрде жарық көздерді және кіші бұрыштық өлшемдерді бақылау үшін қолданылады; қосымша жарық жинау қабілеті үшін бір үлкен, когерентті емес құрал ретінде. Біріктірілген когерентті фокус алу үшін қажетті құралдар бастапқыда жасалмаған. 2009 жылы осы бақылау режимін қолжетімді ету үшін жаңа құралдар ұсынылды. Кейде бірнеше телескоп бір нысанға тәуелсіз бағытталды, жарық жинау қуатын арттыру үшін немесе бір мезгілде қосымша құралдармен бақылау жүргізу үшін.

Бөлшектік телескоптар

БТ-да кең ауқымды құралдар жиынтығы бар, олар жақын ультракөкіден орта инфрақызылға дейін (яғни Жер бетінен қолжетімді жарық толқындарының көп бөлігі) бақылау жүргізуге мүмкіндік береді, соның ішінде жоғары ажыратымды спектроскопия, көп нысанды спектроскопия, бейнелеу және жоғары ажыратымды бейнелеу сияқты әдістердің барлық түрлері қолданылады. Атап айтқанда, VLT-де атмосфералық турбуленттіліктің әсерін түзететін бірнеше адаптивті оптикалық жүйелер бар, олар телескоптың ғарышта болғандай айқын кескіндерді қамтамасыз етеді. Жақын инфрақызыл диапазонда VLT-нің адаптивті оптикалық кескіндері Хаббл ғарыш телескопының кескіндерінен үш есеге дейін жақсы, ал спектроскопиялық ажыратымдылығы Хабблдан әлдеқайда жоғары. АТЖ-лар жоғары бақылау тиімділігімен және автоматтандыру деңгейімен ерекшеленеді. БТ-ның негізгі айналарының диаметрі 8,2 метрді құрайды, бірақ практикалық тұрғыда телескоптың линзасы оның екінші айналарымен анықталады, нәтижесінде пайдалы диаметр Насмит фокусында 8,0 метрге, ал Кассегрен фокусында 8,1 метрге дейін төмендейді. 8,2 метрлік диаметрі бар телескоптар ыстықпен басқарылатын, телескоптармен синхронды түрде айналатын, ықшам ғимараттарда орналасқан. Бұл конструкция бақылау жағдайларына кез келген кері әсерді азайтуға бағытталған, мысалы, телескоп түтігіндегі ауа турбуленттілігінен туындауы мүмкін, температура мен жел ағынының өзгеруіне байланысты. VLT-ның негізгі телескоптарының басты міндеті – төрт тәуелсіз телескоп ретінде жұмыс істеу. Интерферометрия (бірнеше телескоптан түсетін жарықты біріктіру) өте жоғары ажыратымдылықты қамтамасыз ету үшін уақыттың шамамен 20 пайызын пайдаланылады, мысалы, Бетельгейзе сияқты жарқын нысандарды зерттеу үшін. Бұл режим астрономдарға жеке телескоптарға қарағанда 25 есеге дейін егжей-тегжейлі кескіндерді көруге мүмкіндік береді. Жарық сәулелері VLTI-де айналардың күрделі жүйесі бар туннельдерде біріктіріледі, мұнда жарық жолдары жүз метрлік қашықтықта 1 мкм-ден кем айырмашылықпен бірдей сақталуы керек. Осындай дәлдікпен VLTI миллисекундтық бұрыштық ажыратымдылыққа ие кескіндерді қайта жасай алады. 1-4 бірлік телескоптары қазір тиісінше Анту (Күн), Куэйен (Ай), Мелипал (Оңтүстік Крест) және Епун (Кешкі Жұлдыз) деп аталады. Бастапқыда Епунның кешкі жұлдыз Венераны білдіретініне қатысты шатасу туды, себебі 1940 жылдардағы испандық мапуче сөздігінде Епун қате түрде "Сириус" деп аударылған.

The UTs are equipped with a large set of instruments permitting observations to be performed from the near ultraviolet to the mid infrared (i. e. a large fraction of the light wavelengths accessible from the surface of the Earth), with the full range of techniques including high resolution spectroscopy, multi object spectroscopy, imaging, and high resolution imaging. In particular, the VLT has several adaptive optics systems, which correct for the effects of atmospheric turbulence, providing images almost as sharp as if the telescope were in space. In the near infrared, the adaptive optics images of the VLT are up to three times sharper than those of the Hubble Space Telescope, and the spectroscopic resolution is many times better than Hubble. The VLTs are noted for their high level of observing efficiency and automation. The primary mirrors of the UTs are 8.2 meters in diameter but, in practice, the pupil of the telescopes is defined by their secondary mirrors, effectively reducing the usable diameter to 8.0 meters at the Nasmyth focus and 8.1 meters at the Cassegrain focus. The 8.2 m diameter telescopes are housed in compact, thermally controlled buildings, which rotate synchronously with the telescopes. This design minimises any adverse effects on the observing conditions, for instance from air turbulence in the telescope tube, which might otherwise occur due to variations in the temperature and wind flow.]] The principal role of the main VLT telescopes is to operate as four independent telescopes. The interferometry (combining light from multiple telescopes) is used about 20 percent of the time for very high resolution on bright objects, for example, on Betelgeuse. This mode allows astronomers to see details up to 25 times finer than with the individual telescopes. The light beams are combined in the VLTI using a complex system of mirrors in tunnels where the light paths must be kept equal within differences of less than 1 μm over a light path of a hundred metres. With this kind of precision the VLTI can reconstruct images with an angular resolution of milliarcseconds. Unit Telescopes 1–4 are since known as Antu (Sun), Kueyen (Moon), Melipal (Southern Cross), and Yepun (Evening Star), respectively. Originally there was some confusion as to whether Yepun actually stands for the evening star Venus, because a Spanish Mapuche dictionary from the 1940s wrongly translated Yepun as "Sirius".

Көмекші телескоптар

Төрт 8,2 метрлік бірлік телескоптарды VLTI-де біріктіруге болатын болса да, олардың бақылау уақыты көбінесе жеке бақылауларға жұмсалады және жыл сайын шектеулі түндерде интерферометриялық бақылаулар үшін қолданылады. Дегенмен, VLTI-нің әр түнде жұмыс істеуіне мүмкіндік беретін төрт кішірек 1,8 метрлік АТ-лер бар және олар интерферометрияға толықтай арналған. VLT-нің нәтижелері күніне орта есеппен бірден астам рецензияланған ғылыми мақаланың жариялануына әкелді. Мысалы, 2017 жылы VLT деректері негізінде 600-дан астам рецензияланған ғылыми мақала жарияланды. Телескоптың ғылыми жаңалықтарына Beta Pictoris b планетасын тікелей түсіру, Күн жолының ортасындағы аса ауыр қара тесіктің айналасында қозғалатын жеке жұлдыздарды бақылау және ғаламшардағы ең алыс гамма-сәулелік жарқылдың (gamma ray burst) кейін қалдығын бақылау жатады. 2018 жылы VLT Айнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясының аса ауыр қара тесіктің жанындағы экстремалды гравитациялық өріс арқылы өтетін жұлдыздың қозғалысы бойынша алғашқы табысты сынағын жүргізуге көмектесті, яғни гравитациялық қызыл жылжуды (gravitational redshift) анықтауға мүмкіндік берді. Шын мәнінде, бұл бақылау 26 жылдан астам уақыт бойы VLT-дегі SINFONI және NACO адаптивті оптикалық құралдарымен жүргізілді, ал 2018 жылғы жаңа тәсілде GRAVITY сәуле біріктіргіш аспабы да қолданылды. Макс Планк аспан физикасы институтының (MPE) Галактикалық орталық тобы осы бақылаулардың нәтижесінде әсерлерді алғаш рет анықтады. VLT-нің жетістіктерінің арасында 11 миллиард жыл қашықтықта орналасқан галактикада көміртек моноксидінің (carbon monoxide) молекулаларын алғаш рет табу да бар, бұл 25 жыл бойы қол жеткізе алмаған нәтиже еді. Бұл астрономдарға осындай алыс кезеңдегі ғарыштық температураның ең нақты өлшемін алуға мүмкіндік берді. Тағы бір маңызды зерттеу – Күн жолының ортасындағы аса ауыр қара тесіктен шығатын күшті жарқылдарды зерттеу. VLT және APEX бірігіп, орталық қара тесіктің жанындағы күшті гравитацияда орбитамен айналатын материалдың созылуын анықтады. VLT арқылы астрономдар NGC 6397 шоғырындағы өте ескі жұлдыздардың жасын да бағалады. Жұлдыздардың эволюциялық модельдеріне сүйене отырып, екі жұлдыздың жасы 13,4 ± 0,8 миллиард жыл екені анықталды, яғни олар Ғаламдағы жұлдыздардың пайда болуының ең ерте кезеңінен қалған. Сонымен қатар, олар VLT арқылы алғаш рет супер-Жер (super Earth) экзопланетаның атмосферасын зерттеді. GJ 1214b деп аталатын планета өз жұлдызының алдынан өтетін кезде зерттелді, сонда жұлдыздың жарығы планетаның атмосферасынан өтті. Барлығында, ESO обсерваторияларында жасалған ең маңызды 10 жаңалықтың жетісінде VLT телескопы қолданылды.

Although the four 8.2 metre Unit Telescopes can be combined in the VLTI, their observation time is spent mostly on individual observations, and are used for interferometric observations for a limited number of nights every year. However, the four smaller 1.8 metre ATs are available and dedicated to interferometry to allow the VLTI to operate every night.]] Results from the VLT have led to the publication of an average of more than one peer reviewed scientific paper per day. For instance in 2017, over 600 refereed scientific papers were published based on VLT data. The telescope's scientific discoveries include direct imaging of Beta Pictoris b, the first extrasolar planet so imaged, tracking individual stars moving around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way, and observing the afterglow of the furthest known gamma ray burst. In 2018, the VLT helped to perform the first successful test of Einstein's General Relativity on the motion of a star passing through the extreme gravitational field near the supermassive black hole, that is the gravitational redshift. In fact, the observation has been conducted for over 26 years with the SINFONI and NACO adaptive optics instruments in the VLT while the new approach in 2018 also used the beam combiner instrument GRAVITY. The Galactic Centre team at the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) had use the observation revealed the effects for the first time. Other discoveries with VLT's signature include the detection of carbon monoxide molecules in a galaxy located almost 11 billion light years away for the first time, a feat that had remained elusive for 25 years. This has allowed astronomers to obtain the most precise measurement of the cosmic temperature at such a remote epoch. Another important study was that of the violent flares from the supermassive black hole at the centre of the Milky Way. The VLT and APEX teamed up to reveal material being stretched out as it orbits in the intense gravity close to the central black hole. Using the VLT, astronomers have also estimated the age of extremely old stars in the NGC 6397 cluster. Based on stellar evolution models, two stars were found to be 13.4 ± 0.8 billion years old, that is, they are from the earliest era of star formation in the Universe. They have also analysed the atmosphere around a super Earth exoplanet for the first time using the VLT. The planet, which is known as GJ 1214b, was studied as it passed in front of its parent star and some of the starlight passed through the planet's atmosphere. In all, of the top 10 discoveries done at ESO's observatories, seven made use of the VLT.

Телескоптар

Әрбір бірлік телескоп – бұл Ричи-Кретиен Кассегрен телескопы, 22 тонналық 8,2 метрлік Zerodur негізгі айнасы 14,4 метрлік фокустық қашықтығы бар, ал 1,1 метрлік жеңіл бериллийден жасалған екінші айнасы бар. Жазық үшінші айна жарықты екі жағындағы f/15 Nasmyth ошақтарында орналасқан екі құралдың біріне бағыттайды, жүйелік фокустық қашықтығы 120 метрді құрайды, немесе үшінші айна негізгі айнаның орталық тесігі арқылы жарықты Кассегрен ошағындағы үшінші құралға жіберу үшін жанына иеді. Бұл бақылау жағдайларына сәйкес үш құралдың кез келгенін 5 минут ішінде ауыстыруға мүмкіндік береді. Қосымша айналар сәулені туннельдер арқылы VLTI орталық сәуле біріктіргіштеріне жіберуге қабілетті. Максималды көру бұрышы (Nasmyth ошақтарында) шамамен 27 доғалық минутты құрайды, бұл толық Айдан сәл кішкентай, бірақ көптеген құралдар тар көру бұрышын пайдаланады. Әрбір телескоптың жалпы массасы шамамен 350 тонна болатын альт-азимуттық тірегі бар және ол негізгі айнаның артқы жағындағы 150 тіреу нүктесімен активті оптиканы қолданады, бұл компьютерлердің көмегімен жұқа (177 мм қалыңдықтағы) айнаның пішінін басқаруға мүмкіндік береді.

Танымал мәдениетте

Телескоптардың ірі айналарының бірі National Geographic Channel арнасының "World's Toughest Fixes" реалити-шоуында көрсетілді, онда инженерлер тобы айнаны тазалау және алюминиймен жаңадан жабу үшін алып тастап, тасымалдады. Жұмыс барысында күшті желмен күресуге, алып кір жуатын машинадағы бұзылған сорғыны жөндеуге және арқандармен байланысты мәселені шешуге тура келді. Бұл процедура жоспарлы техникалық жөндеудің бір бөлігі. Өте ірі телескоптың маңындағы аймақ 2008 жылғы "Quantum of Solace" фильмінде бейнеленген. ESO қонақ үйі, Residencia, Джеймс Бонд фильмінің кейбір түсірілімдеріне фон болды.