Телескоп

... и не увидел лунный модуль. Два месяца, как астрофизики мира простились с легендарнымтелескопом Arecibo, который долгое время обладал самой большой тарелкой. Китайцы сделали тарелку ещё больше, но американцы тем временем модернизировали свои оставшиеся телескопы, и подняли их характеристику в четыре раза.

Трехсотметровая антенна Arecibo долгое время оставалась непревзойденной по площади это важное преимущество для прослушивания очень удаленных и слабых источников радиоизлучения. Но для науки этот телескоп служил не только как ухо, но и как голос радаром, зондирующим объекты Солнечной системы. В этой роли Arecibo работал в паре с другими радиотелескопами, в последние годы часто сGreen Bank Telescope. Телескоп Green Bank меньше диаметр антенны 100 м, зато она поворотная, в отличие от Arecibo, и для таких тарелок это бесспорный рекорд.

Диаметр антенны влияет не только на чувствительность телескопа, но и на его разрешающую способность, то, что фотографы называют резкость. Разрешающая способность это показатель насколько мелкие объекты или минимальное расстояние между ними способен рассмотреть телескоп. Разрешение зависит от двух параметров: диаметра телескопа и длины волны излучения, в котором ведется наблюдение. Так, для одинаковых по размеру телескопов, наблюдение на длине радиоволны 6 мм разрешение будет в 10 тыс раз хуже чем в наблюдении видимого света. То есть чтобы сравниться с 10-сантиметровым любительским телескопом, радиотелескоп должен иметь диаметр 1 километр.

К счастью, радиоастрономы, догадались как обойти это ограничение, если использовать несколько радиотелескопов на расстоянии. Один из способов интерферометрия, когда объединяются данные от нескольких телескопов. Тогда диаметром считается расстояние между наиболее удаленными телескопами в общей системе. Например антенный массивALMAсостоит из 66 антенн и имеет общий диаметр 16 км, а 27 антеннVLA диаметр 36 км.

Если данные с телескопов снимать не аналоговым, а цифровым методом, то можно значительно расширить границы. По сути телескопы можно расставить по всей Земле и тогда диаметр условного телескопа будет ограничиваться только диаметром планеты. Эта технология называется непроизносимым термином радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой. Впервые она была теоретически обоснована в СССР при участии Николая Кардашева, и под его же руководством был создан проект РадиоАстрон космический радиотелескоп.

РадиоАстрон обладал тарелкой всего в 10 м, но объединяя работу с наземными станциями, позволял создавать радиотелескоп диаметром до десятков и сотен тысяч километров. С российским космическим телескопом работали практически все крупные наземные радиообсерватории, включая Arecibo, но американцы пошли своим путем. Они создали наземную сеть 25-метровых радиотелескоповVLBA, которая раскинулась на 9,5 тыс км от Гавайев до Карибского моря.

Российский аналогКвазар-КВОсостоит из трех 32-метровых антенн и разнесен на расстояние 4,5 тыс км, на одной из его станций мне удалось однажды побывать.

Обычно сеть VLBA работает на приём астрофизических сигналов отдельно от Green Bank или Arecibo, а эти две обсерватории использовали другую технологию улучшения изображения бистатическая визуализация. Похожую технологию используют авиационные или космические радары, зондирующие земную поверхность SAR: Arecibo работал как гигантский радиопрожектор, освещая пролетавшие астероиды, Луну, Меркурий и спутники Юпитера, а стометровая антенна Green Bank принимала отраженные лучи. За счет разницы расположения между освещающим и принимающим телескопом качество картинки получалось лучше, чем если бы работал один одновременно и на излучение и на прием. Фактически тут действует тот же принцип, что и в интерферометрии расстояние между двумя радиотелескопами определяют разрешающую способность как диаметр одного. В случае пары Arecibo-Green Bank это 2,5 тыс. км, которые давали разрешение на Луне около 20 м, что в три раза лучше телескопа Hubble.

К сожалению, бистатический радар Arecibo-Green Bank дальше Юпитера не добивал, т.к. вращение Земли уводило из прицела Arecibo далекие тела пока туда летел сигн. Но и этого хватало более чем. Главным открытием этой технологии сталооткрытиеводяного льда на Меркурии.

Изакрытиельда на Луне.

Также Arecibo много работал в наблюдении пролетающих околоземных астероидов.

А потом онразрушился.

К счастью, ученые подстелили соломку и смогли установить мощный передатчик на стометровый Green Bank. Теперь он будет прожектором, и за счет своей поворотной системы и большей мощности передатчика сможет добивать не только до Юпитера, но и до Урана и Нептуна. Принимать же данные будет наземная сеть VLBA.

Новая системаGreen Bank-VLBAпровела первые испытания и телескопы обратили взор к месту посадки Apollo 15 в лунных Аппенинах. Разрешение этой панорамы около 5 м на пиксель.

Разрешающая способность нового снимка примерно в четыре раза превосходит лунную съемку прежней пары Arecibo-Green Bank.

Авторы съемки не уточнили удалось ли им увидеть какие-либо следы пребывания человека в рассмотренной местности, поэтому пришлось самому сравнить результаты радарной съемки и спутниковой.

Первое, что бросается в глаза светлые пятна радарного снимка не всегда совпадают с оптическим. Это логично, т.к. яркое отражение в радиолучах дают дробленые камни, т.е. эти пятна следы разбросанной породы вокруг молодых метеоритных кратеров. А вот ни тропинки, вытоптанные астронавтами, ни оставшаяся ступень лунного модуля в радиодиапазоне не видны. В разрешении 5 м, модуль должен занимать два пикселя, и если бы он обладал более ярким отражением радиоволн, то был бы виден.

Судя по всему, панели экранно-вакуумной теплоизоляции и противометеоритной защиты такой же хороший поглотитель и рассеиватель радиолучей, что и окружающий реголит. Хотя возможно и другое объяснение алгоритм обработки данных мог съесть два ярких пикселя, решив, что это просто шум.

Для сравнения, в видимом диапазоне, на снимках пятиметрового разрешения от японского аппарата Kaguya темное пятно на месте лунного модуля видно благодаря контрасту с окружающим грунтом. Можно даже рассмотреть отрезок наиболее вытоптанного грунта в северо-западном направлении от места прилунения.

Ранее в эту же долинузаглядывали космический телескоп Hubble. Но у него разрешение всего 60 м, потому сумел рассмотреть лишь смутные признаки посадки чуть более светлое гало разогнанной ракетными двигателями пыли.

Самые качественные, на сегодня, спутниковые снимки места посадки Apollo 15 доступны благодаря американскому аппарату LRO. Тут уже видны и тропинки, и следы ровера, и сам ровер, и оставленное оборудование, и мусор. Разрешение этого кадра в десять раз лучше японского 0,5 м.

При увеличении мощности передатчика на телескопе Green Bank, возможно, качество лунных панорам ещё возрастет, хотя вряд ли они снова будут смотреть на Apollo. В Солнечной системе много других целей, интересных астрофизикам и планетологам.

С радиотелескопами и местами посадок американцев на Луну известен другой курьез. В конце 70-х гг в Советском Союзе построили большой наземный радиотелескоп РАТАН-600. Для испытания астрономы направили его на Луну, и с удивлениемобнаружилипять ярких источников радиоизлучения на поверхности. Оказалось, что это шли телеметрические данные с блоков приборовALSEP, которые оставили американские астронавты. Они питались от радиоизотопных термоэлектрических генераторов и могли проработать ещё десятилетия. Но ученые NASA к тому времени уже утратили интерес к Луне, и погасили ALSEP вскоре после обнаружения советскими радиоастрономами.

Проектирование и строительство инструментов для Чрезвычайно большого телескопа (ELT) началось в 2015 году. В данном переводе работы (Ramsay et al.) будет представлен краткий обзор плана создания приборов для ELT.

Любой вопрос или замечания Вы можете написать в комментариях. Также я открыт для личного диалога втелеграмеили беседы внашем чате. А еще у меня естьтелеграм-канало космологии.

В декабре 2014 года Европейской южной обсерваторией было дано разрешение на строительство 39-метрового телескопа. Вместе с проектированием оптического устройства началась разработка компонентов телескопа план оснащения ELT предусматривает наличие инструментов для выполнения научной задачи телескопа, которые были выбраны научным сообществом ESO из концептуального проекта 2010 года (TheMessenger 140, 2010). На рисунке 1 представлена временная шкала разработки приборов.

Научная рабочая группа ELT выбрала первые для установки инструменты, которые будут введены в эксплуатацию вместе с первым светом:

1. Монолитный оптический интегральный спектрограф, который имеет высокое угловое разрешение в ближнем ИК-диапазоне (англ.: High Angular Resolution Monolithic Optical and Nearinfrared Integral field spectrograph, HARMONI);

2. Камера ближнего ИК-диапазона с мультиадаптивной оптикой (англ.: Multi-adaptive Imaging CamerA for Deep Observations, MICADO).

Также в разработке находятся системы адаптивной оптики:

1. Модуль лазерное томографической адаптивной оптики (англ: Laser Tomographic Aaptive Optics, LTAO);

2. Модули сопряженной адаптивной оптики (англ.: Multi-conjugate Adaptive Optics, MCAO и Multi-conjugate Adaptive Optics RelaY, Multi-conjugate Adaptive Optics RelaY, MAORY);

Данный набор инструментов позволит проводить на ELT широкоугольные обзоры неба, собирать огромную площадь регионов и производить первые необходимые исследования для проектов. Следующим инструментом по списку идет спектрограф, наблюдающий в среднем ИК-диапазоне на 3-14 мкм (англ.: Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, METIS) с односопряженной адаптивной оптикой (англ.: Singleconjugate Adaptive Optics, SCAO).

Все вышеперечисленные приборы были одобрены к разработке и установке на ELT в 2015-м году. Предварительные проекты (PDR) для модулей HARMONI, а также MICADO и METIS состоялись в ноябре 2017, октябре 2018 и мае 2019 годов соответственно. Пакеты документов по каждому инструменту насчитывают несколько тысяч страниц, в число которых входят концепции дизайна, назначение и прочие. На текущий момент каждый из инструментов официально находится на этапе окончательного проектирования, и после окончательного рассмотрения проекта (FDR) они будут введены в эксплуатацию. Все инструменты с момента принятия их к разработке, кроме MAORY, практически не подверглись изменениям в ходе проектирования конструкцию MAORY существенно пересмотрели и оптимизировали с точки зрения технологичности и простоты в эксплуатации.

Как это всегда бывает, истинные требования инструментов со сложными техническими характеристиками к ресурсам были уточнены лишь в процессе совершенствования их конструкции: бюджет, масса и мощность, контроль вибрация, техническое обслуживание. Благодаря проведенному на высоком уровне проектированию устройств все инструменты перешли к завершающей фазе FDR без потери функциональности и производительности.

Выше было рассказано лишь о тех устройствах, которые точно будут введены в эксплуатацию вместе с ELT. Но еще на первичной фазе исследований разработки ELT, происходящей в 2007-2010 годы, предполагалось использовать еще ряд инструментов:

1. Многообъектный спектрограф (англ.: Multi-object Spectrograph, MOSAIC), который состоял из трех концепций (OPTIMOS-EVE, OPTIMOS-DIORAMAS и EAGLE);

2. Спектрограф с высокой спектральной разрешающей способностью (англ.: Highstability Spectrograph, HIRES), который состоял из двух концепций (CODEX и SIMPLE).

Кроме того, на телескопе предлагается использовать инструмент ELT-PCS он будет выполнять одну из приоритетных и сложных задач, поиск и анализ экзопланет. Решение об установке устройства было принято в 2010 году. ELT-PCS будет введен в эксплуатацию чуть позже остальных приборов. Кроме того, для достижения экстремальных коэффициентов контрастности для наблюдений внесолнечных планет, для устройства разрабатывается уникальный коронограф.

Ну и напоминаю, о том, чтобы читатель не стеснялся задать вопрос или поправить меня в комментариях. Также у меня естьтелеграм-канал, где я рассказываю о последних новостях космологии и астрофизики, а также пишу об астрофотографии. Пишите мне вличкуилинаш чат. Всем добра!