Введение
Очень Большой Телескоп (VLT) — астрономический комплекс, эксплуатируемый с 1998 года Европейской Южной Обсерваторией, расположенный на Серро-Параналь в пустыне Атакама на севере Чили. Он состоит из четырех отдельных телескопов, каждый из которых оснащен главным зеркалом диаметром 8,2 метра. Эти оптические телескопы, названные Анту, Куэ́йен, Мелипаль и Йепун (все слова, обозначающие астрономические объекты на языке мапуче), обычно используются независимо, но могут быть объединены для достижения очень высокого углового разрешения. Массив VLT также дополняется четырьмя мобильными вспомогательными телескопами (AT) с апертурой 1,8 метра. VLT способен наблюдать как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах длин волн. Каждый отдельный телескоп может обнаруживать объекты, примерно в четыре миллиарда раз более тусклые, чем те, которые видны невооруженным глазом. При совместной работе всех телескопов комплекс может достичь углового разрешения около 0,002 угловой секунды. В режиме работы одного телескопа угловое разрешение составляет примерно 0,05 угловой секунды. VLT является одним из наиболее эффективных астрономических комплексов, уступая по количеству опубликованных научных работ только космическому телескопу Хаббл среди объектов, работающих в видимом диапазоне длин волн. К числу новаторских наблюдений, выполненных с помощью VLT, относятся первое прямое изображение экзопланеты, отслеживание звезд, обращающихся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, и наблюдения за послесвечением самого далекого известного гамма-всплеска.
The Very Large Telescope (VLT) is an astronomical facility operated since 1998 by the European Southern Observatory, located on Cerro Paranal in the Atacama Desert of northern Chile. It consists of four individual telescopes, each equipped with a primary mirror that measures 8.2 meters in diameter. These optical telescopes, named Antu, Kueyen, Melipal, and Yepun (all words for astronomical objects in the Mapuche language), are generally used separately but can be combined to achieve a very high angular resolution. The VLT array is also complemented by four movable Auxiliary Telescopes (ATs) with 1.8 meter apertures. The VLT is capable of observing both visible and infrared wavelengths. Each individual telescope can detect objects that are roughly four billion times fainter than what can be seen with the naked eye. When all the telescopes are combined, the facility can achieve an angular resolution of approximately 0.002 arcsecond. In single telescope mode, the angular resolution is about 0.05 arcseconds. The VLT is one of the most productive facilities for astronomy, second only to the Hubble Space Telescope in terms of the number of scientific papers produced from facilities operating at visible wavelengths. Some of the pioneering observations made using the VLT include the first direct image of an exoplanet, the tracking of stars orbiting around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way, and observations of the afterglow of the furthest known gamma ray burst.
Общая информация
VLT состоит из комплекса четырех крупных телескопов (диаметром 8,2 метра), называемых единичными телескопами или UT, оснащенных оптическими элементами, позволяющими объединить их в астрономический интерферометр (VLTI) для разрешения малых объектов. Интерферометр также включает в себя четыре передвижных телескопа диаметром 1,8 метра, предназначенных для интерферометрических наблюдений. Первый из UT начал работу в мае 1998 года и был представлен астрономическому сообществу 1 апреля 1999 года. Остальные телескопы стали работоспособными в 1999 и 2000 годах, обеспечив возможность использования VLT с несколькими телескопами. К VLTI были добавлены четыре 1,8-метровых вспомогательных телескопа (AT), чтобы обеспечить его доступность, когда UT используются для других проектов. Эти AT были установлены и введены в эксплуатацию в период с 2004 по 2007 год. VLT может использоваться как набор из четырех независимых телескопов (это основной режим работы), как единый крупный когерентный интерферометрический прибор (интерферометр VLT или VLTI) для достижения более высокого разрешения. Этот режим используется для наблюдений относительно ярких источников с малым угловым размером, а также как единый крупный некогерентный прибор для увеличения светособирающей способности. Инструментарий, необходимый для получения скомбинированного некогерентного изображения, изначально не был создан. В 2009 году были предложены новые проекты инструментария, которые потенциально могли бы сделать этот режим наблюдения доступным. Иногда несколько телескопов независимо наводятся на один и тот же объект, либо для увеличения общей светособирающей силы, либо для проведения одновременных наблюдений с использованием дополнительных инструментов.
as a set of four independent telescopes (this is the primary mode of operation). as a single large coherent interferometric instrument (the VLT Interferometer or VLTI), for extra resolution. This mode is used for observations of relatively bright sources with small angular extent. as a single large incoherent instrument, for extra light gathering capacity. The instrumentation required to obtain a combined incoherent focus was not originally built. In 2009, new instrumentation proposals were put forward to potentially make that observing mode available. Multiple telescopes are sometimes independently pointed at the same object, either to increase the total light gathering power or to provide simultaneous observations with complementary instruments.
Телескопы
УТ оснащены большим набором инструментов, позволяющих проводить наблюдения от ближнего ультрафиолета до среднего инфракрасного диапазона (то есть, большая часть длин волн света, доступных с поверхности Земли), с использованием полного спектра методов, включая спектроскопию высокого разрешения, многообъектную спектроскопию, визуализацию и визуализацию высокого разрешения. В частности, VLT имеет несколько систем адаптивной оптики, которые корректируют влияние атмосферной турбулентности, обеспечивая изображения почти такой же четкости, как если бы телескоп находился в космосе. В ближнем инфракрасном диапазоне изображения, полученные с помощью адаптивной оптики VLT, в три раза четче, чем изображения, полученные космическим телескопом Хаббл, а спектроскопическое разрешение во много раз выше, чем у Хаббла. Телескопы VLT отличаются высоким уровнем эффективности наблюдений и автоматизации. Первичные зеркала УТ имеют диаметр 8,2 метра, но на практике зрачок телескопа определяется их вторичными зеркалами, что фактически уменьшает полезный диаметр до 8,0 метра в фокусе Насмита и 8,1 метра в фокусе Кассегрена. Телескопы диаметром 8,2 м размещены в компактных зданиях с терморегулированием, которые вращаются синхронно с телескопами. Такая конструкция минимизирует любое негативное влияние на условия наблюдения, например, от воздушной турбулентности внутри трубы телескопа, которая могла бы возникнуть из-за изменений температуры и потоков ветра. Основная роль основных телескопов VLT заключается в работе как четырех независимых телескопов. Интерферометрия (комбинирование света от нескольких телескопов) используется примерно в 20% случаев для получения очень высокого разрешения на ярких объектах, например, на Бетельгейзе. Этот режим позволяет астрономам видеть детали в 25 раз более мелкие, чем с помощью отдельных телескопов. Световые лучи объединяются в VLTI с помощью сложной системы зеркал в туннелях, где разница в длине световых путей должна поддерживаться в пределах менее 1 мкм на световом пути в сто метров. С такой точностью VLTI может реконструировать изображения с угловым разрешением в миллисекунды дуги. УТ 1–4 теперь известны как Анту (Солнце), Куэен (Луна), Мелипаль (Южный Крест) и Йепун (Вечерняя Звезда) соответственно. Изначально существовала путаница относительно того, представляет ли Йепун вечернюю звезду Венеру, поскольку в испанском словаре мапуче 1940-х годов Йепун ошибочно переводился как "Сириус".
Помощные телескопы
Хотя четыре 8,2-метровых телескопа могут быть объединены в VLTI, время их наблюдений в основном тратится на индивидуальные наблюдения, а для интерферометрических наблюдений используется лишь ограниченное число ночей в год. Однако четыре меньших 1,8-метровых телескопа AT доступны и предназначены для интерферометрии, что позволяет VLTI работать каждую ночь. Результаты, полученные с помощью VLT, привели к публикации в среднем более одной рецензируемой научной статьи в день. Например, в 2017 году было опубликовано более 600 научных статей, основанных на данных VLT. К научным открытиям, сделанным с помощью телескопа, относятся прямое изображение Beta Pictoris b – первой экзопланеты, полученной таким образом, отслеживание отдельных звезд, движущихся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, и наблюдение за послесвечением самого далекого известного гамма-всплеска. В 2018 году VLT помог провести первый успешный тест общей теории относительности Эйнштейна на движении звезды, проходящей через экстремальное гравитационное поле вблизи сверхмассивной черной дыры, а именно – гравитационное красное смещение. На самом деле, наблюдения проводились более 26 лет с использованием адаптивных оптических систем SINFONI и NACO на VLT, в то время как новый подход в 2018 году также использовал прибор GRAVITY для комбинирования лучей. Команда Galactic Centre из Института Макса Планка по внеземной физике (MPE) впервые обнаружила эти эффекты, используя полученные наблюдения. Другие открытия, сделанные с помощью VLT, включают в себя первое обнаружение молекул угарного газа в галактике, расположенной на расстоянии около 11 миллиардов световых лет, что оставалось невозможным в течение 25 лет. Это позволило астрономам получить наиболее точное измерение космической температуры в такую отдаленную эпоху. Важным исследованием стало также изучение мощных вспышек от сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. VLT и APEX объединили усилия, чтобы обнаружить растяжение материала при его вращении вблизи центральной черной дыры в условиях сильной гравитации. Используя VLT, астрономы также оценили возраст очень старых звезд в шаровом скоплении NGC 6397. На основе моделей звездной эволюции было установлено, что возраст двух звезд составляет 13,4 ± 0,8 миллиарда лет, то есть они относятся к самой ранней эпохе звездообразования во Вселенной. Они также впервые проанализировали атмосферу вокруг суперземли – экзопланеты GJ 1214b – с помощью VLT. Планета изучалась во время ее прохождения перед родительской звездой, когда часть звездного света проходила через ее атмосферу. В целом, из 10 лучших открытий, сделанных в обсерваториях ESO, семь были выполнены с использованием VLT.
Телескопы
Каждый телескоп представляет собой телескоп Ричи-Кретьена-Кассегрена с 22-тонным 8,2-метровым первичным зеркалом из Zerodur с фокусным расстоянием 14,4 м и легким 1,1-метровым вторичным зеркалом из бериллия. Плоское третичное зеркало направляет свет к одному из двух инструментов в фокусе f/15 Nasmyth с обеих сторон, с фокусным расстоянием системы 120 м, либо третичное зеркало отклоняется в сторону, позволяя свету проходить через центральное отверстие первичного зеркала к третьему инструменту в фокусе Кассегрена. Это обеспечивает переключение между любыми тремя инструментами в течение 5 минут для соответствия условиям наблюдения. Дополнительные зеркала могут направлять свет по туннелям к центральным комбинирующим устройствам VLTI. Максимальное поле зрения (в фокусах Насмита) составляет около 27 угловых минут в диаметре, что немного меньше полной Луны, хотя большинство инструментов охватывают более узкое поле. Каждый телескоп оснащен альт-азимутальной монтировкой общей массой около 350 тонн и использует систему активной оптики с 150 опорами на задней стороне первичного зеркала для контроля формы тонкого (177 мм толщиной) зеркала с помощью компьютеров.
В популярной культуре
Одно из больших зеркал телескопов стало объектом эпизода реалити-шоу "Самые сложные ремонты в мире" на канале National Geographic, где команда инженеров извлекла и транспортировала зеркало для очистки и повторного нанесения алюминиевого покрытия. Работа потребовала противостоять сильному ветру, починить сломанный насос в огромной стиральной машине и решить проблему с такелажем. Эта процедура входит в состав регулярного планового обслуживания. Район вокруг Очень Большого Телескопа был показан в фильме 2008 года "Квант милосердия". Отель ESO, Residencia, послужил фоном для части фильма о Джеймсе Бонде.