Телескоп Субару: История и особенности крупнейшего японского телескопа.

Введение

Японский телескоп и обсерватория.

Обзор

Телескоп Subaru – это отражающий телескоп Ричи-Кретьена. Приборы могут быть установлены в фокусе Кассегрена под главным зеркалом; в одной из двух фокусных точек Насмита в кожухах по бокам монтировки телескопа, куда свет направляется с помощью третичного зеркала; или в фокусе главного прибора вместо вторичного зеркала – конфигурация, редко встречающаяся на крупных телескопах, обеспечивающая широкое поле зрения, подходящее для глубоких обзоров больших участков неба. В 1984 году в Токийском университете была сформирована инженерная рабочая группа для разработки и изучения концепции телескопа. В 1985 году астрономический комитет научного совета Японии присвоил наивысший приоритет разработке «Японского национального большого телескопа» (JNLT), а в 1986 году Токийский университет подписал соглашение с Гавайским университетом о строительстве телескопа на Гавайях. В 1988 году Национальная астрономическая обсерватория Японии была образована в результате реорганизации Токийской астрономической обсерватории университета для надзора за JNLT и другими крупными национальными астрономическими проектами. Строительство телескопа Subaru началось в апреле 1991 года, а позднее в том же году общественный конкурс определил официальное название телескопа – «Телескоп Subaru». Строительство было завершено в 1998 году, а первые научные изображения получены в январе 1999 года. В сентябре 1999 года принцесса Саяко из Японии провела церемонию открытия телескопа. В конструкцию телескопа были внедрены многочисленные передовые технологии. Например, 261 компьютерно-управляемый актуатор воздействует на главное зеркало снизу, корректируя искажения первичного зеркала, вызванные изменением ориентации телескопа. Здание телескопа также имеет форму, оптимизированную для повышения качества астрономических изображений за счет минимизации влияния атмосферной турбулентности. Subaru – один из немногих современных телескопов, в который можно наблюдать невооруженным глазом. Для церемонии открытия был изготовлен окуляр, чтобы принцесса Саяко могла взглянуть в него напрямую. Сотрудники телескопа пользовались им несколько ночей, пока он не был заменен на гораздо более чувствительные рабочие инструменты. Subaru является основным инструментом в поисках Планеты Девять. Его широкое поле зрения, в 75 раз превышающее поле зрения телескопов Кека, и высокая светособирающая способность подходят для глубоких обзоров больших участков неба. Поиски, разделенные между исследовательской группой под руководством Константина Батыгина и Майкла Брауна и другой группой под руководством Скотта Шепарда и Чада Трухильо, как ожидается, займут до пяти лет.

The Subaru Telescope is a Ritchey Chretien reflecting telescope. Instruments can be mounted at a Cassegrain focus below the primary mirror; at either of two Nasmyth focal points in enclosures on the sides of the telescope mount, to which light can be directed with a tertiary mirror; or at the prime focus in lieu of a secondary mirror, an arrangement rare on large telescopes, to provide a wide field of view suited to deep wide field surveys. In 1984, the University of Tokyo formed an engineering working group to develop and study the concept of a telescope. In 1985, the astronomy committee of Japan's science council gave top priority to the development of a "Japan National Large Telescope" (JNLT), and in 1986, the University of Tokyo signed an agreement with the University of Hawaii to build the telescope in Hawaii. In 1988, the National Astronomical Observatory of Japan was formed through a reorganization of the University's Tokyo Astronomical Observatory, to oversee the JNLT and other large national astronomy projects. Construction of the Subaru telescope began in April 1991, and later that year, a public contest gave the telescope its official name, "Subaru Telescope". Construction was completed in 1998, and the first scientific images were taken in January 1999. In September 1999, Princess Sayako of Japan dedicated the telescope. A number of state of the art technologies were worked into the telescope design. For example, 261 computer controlled actuators press the main mirror from underneath, which corrects for primary mirror distortion caused by changes in the telescope orientation. The telescope enclosure building is also shaped to improve the quality of astronomical images by minimizing the effects caused by atmospheric turbulence. Subaru is one of the few state of the art telescopes to have been used with the naked eye. For the dedication, an eyepiece was constructed so that Princess Sayako could look through it directly. It was enjoyed by the staff for a few nights until it was replaced with the much more sensitive working instruments. Subaru is the primary tool in the search for Planet Nine. Its large field of view, 75 times that of the Keck telescopes, and strong light gathering power are suited for deep wide field sky surveys. The search, split between a research group led by Konstantin Batygin and Michael Brown and another led by Scott Sheppard and Chad Trujillo, is expected to take up to five years.

Несчастные случаи при строительстве

Во время строительства телескопа в двух отдельных инцидентах погибли четыре рабочих. 13 октября 1993 года 42-летний Пол Ф. Лоуренс получил смертельные травмы, когда его придавил опрокинувшийся вилочный погрузчик. 16 января 1996 года искры от сварочных работ воспламенили изоляцию, которая начала тлеть, выделяя ядовитый дым, от которого погибли 52-летний Марвин Арруда, 38-летний Рикки Дель Росарио и 36-летний Уоррен К. "Кип" Калео. Еще двадцать шесть рабочих были госпитализированы в Хило. В память о всех четырех работниках у основания купола телескопа установлена мемориальная доска, а также временный знак, который ежегодно вывешивается в январе вдоль дороги, ведущей к Мауна-Кеа.

Неудача в 2011 году

2 июля 2011 года оператор телескопа в Хило обнаружил аномалию в верхней части телескопа. При дальнейшей проверке было установлено, что охлаждающая жидкость из верхней секции протекла на основное зеркало и другие компоненты телескопа. Наблюдения с использованием фокуса Насмита были возобновлены 22 июля, а с использованием фокуса Кассеграйна – 26 августа.

Неудача в 2023 году

15 сентября 2023 года в ходе эксплуатационного теста при техническом обслуживании было зафиксировано ненормальное значение датчика нагрузки в точке крепления первичного зеркала. Впоследствии, во время ремонта покрытия зеркала, на первичное зеркало упала деталь. Научные наблюдения были приостановлены. После замены датчика и устранения повреждений первичного зеркала наблюдения были возобновлены 3 марта 2024 года.

Инструменты

На четырех фокусах телескопа Субару можно установить несколько камер и спектрографов для наблюдений в видимом и инфракрасном диапазонах. Многообъектная инфракрасная камера и спектрограф (MOIRCS) – широкопольная камера и спектрограф с возможностью одновременного получения спектров нескольких объектов, установленная на фокусе Кассегрена. Инфракрасная камера и спектрограф (IRCS) используется в сочетании с новым адаптивным оптическим блоком из 188 элементов (AO188), установленным на инфракрасном фокусе Насмита. Охлаждаемая среднеинфракрасная камера и спектрометр (COMICS) – среднеинфракрасная камера и спектрометр с возможностью изучения холодной межзвездной пыли, установленная на фокусе Кассегрена. Снята с эксплуатации в 2020 году. Камера и спектрограф для слабых объектов (FOCAS) – камера и спектрограф для видимого света с возможностью одновременного получения спектров до 100 объектов, установленная на фокусе Кассегрена. Subaru Prime Focus Camera (Suprime Cam) – 80-мегапиксельная широкопольная камера для видимого света, устанавливается на главной фокусировке. Заменена Hyper Suprime Cam в 2012 году, выведена из эксплуатации в мае 2017 года. Спектрограф высокой дисперсии (HDS) – спектрограф видимого света, установленный на оптическом фокусе Насмита. Многоволоконный спектрограф (FMOS) – инфракрасный спектрограф, использующий подвижные волоконно-оптические каналы для одновременного получения спектров до 400 объектов, устанавливается на главной фокусировке. Высококонтрастный коронографический изобразитель для адаптивной оптики (HiCIAO) – инфракрасная камера для поиска планет вокруг других звезд. Используется с AO188, установленным на инфракрасном фокусе Насмита. Hyper Suprime Cam (HSC) – эта 900-мегапиксельная камера с ультрашироким полем зрения (1,5°) впервые увидела свет в 2012 году и была предложена для общего пользования в 2014 году. Чрезвычайно большая система коррекции широкого поля (семилинзовая конструкция, некоторые элементы которой имеют диаметр до метра) была изготовлена компанией Canon и поставлена 29 марта 2011 года. Она будет использоваться для обзоров слабого гравитационного линзирования с целью определения распределения темной материи. Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO) – высококонтрастная система визуализации для прямого получения изображений экзопланет. Коронограф использует конструкцию фазовой индуцированной амплитудной аподизации (PIAA), что позволяет получать изображения планет ближе к их звездам, чем с использованием обычных коронографов типа Лио. Например, на расстоянии 100 пк коронограф PIAA на SCExAO сможет получать изображения начиная с 4 а.е., в то время как Gemini Planet Imager и VLT SPHERE – начиная с 12 а.е. Система также имеет несколько других типов коронографов: Vortex, четырехквадрантную фазовую маску и 8-октантную фазовую маску, а также коронограф с формой зрачка. Первая фаза строительства завершена, а вторая фаза должна быть завершена к концу 2014 года для начала научных наблюдений в 2015 году. SCExAO первоначально будет использовать камеру HiCIAO, но она будет заменена CHARIS – интегральным полевым спектрографом – примерно в 2016 году.

Several cameras and spectrographs can be mounted at Subaru Telescope's four focal points for observations in visible and infrared wavelengths. Multi Object Infrared Camera and Spectrograph (MOIRCS) Wide field camera and spectrograph with the ability to take spectra of multiple objects simultaneously, mounts at the Cassegrain focus. Infrared Camera and Spectrograph (IRCS) Used in conjunction with the new 188 element adaptive optics unit (AO188), mounted at the infrared Nasmyth focus. Cooled Mid Infrared Camera and Spectrometer (COMICS) Mid infrared camera and spectrometer with the ability to study cool interstellar dust, mounts on the Cassegrain focus. Decommissioned in 2020. Faint Object Camera And Spectrograph (FOCAS) Visible light camera and spectrograph with the ability to take spectra of up to 100 objects simultaneously, mounts on the Cassegrain focus. Subaru Prime Focus Camera (Suprime Cam) 80 megapixel wide field visible light camera, mounts at the prime focus. Superseded by the Hyper Suprime Cam in 2012, decommissioned in May 2017. High Dispersion Spectrograph (HDS) Visible light spectrograph mounted at the optical Nasmyth focus. Fiber Multi Object Spectrograph (FMOS) Infrared spectrograph using movable fiber optics to take spectra of up to 400 objects simultaneously. Mounts at the prime focus. High Contrast Coronographic Imager for Adaptive Optics (HiCIAO) Infrared camera for hunting planets around other stars. Used with AO188, mounted at the infrared Nasmyth focus. Hyper Suprime Cam (HSC) This 900 megapixel ultra wide field (1.5° field of view) camera saw first light in 2012, and was offered for open use in 2014. The extremely large wide field correction optics (a seven element lens with some elements up to a meter in diameter) was manufactured by Canon and delivered March 29, 2011. It will be used for surveys of weak lensing to determine dark matter distribution. Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO) The Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO) instrument is a high contrast imaging system for directly imaging exoplanets. The coronagraph uses a Phase Induced Amplitude Apodization (PIAA) design which means it will be able to image planets closer to their stars than conventional Lyot type coronagraph designs. For example, at a distance of 100 pc, the PIAA coronagraph on SCExAO would be able to image from 4 AU outwards while Gemini Planet Imager and VLT SPHERE from 12 AU outwards. The system also has several other types of coronagraph: Vortex, Four Quadrant Phase Mask and 8 Octant Phase Mask versions, and a shaped pupil coronagraph. The phase I of construction is complete and phase II construction to be complete by end of 2014 for science operations in 2015. SCExAO will initially use the HiCIAO camera but this will be replaced by CHARIS, an integral field spectrograph, around 2016.