Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2003 № 10
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Взглянуть на край Вселенной…
…позволят оптические телескопы нового поколения
Астрономам давно известно: чем больше главное зеркало телескопа, тем более мелкие детали он способен рассмотреть. Самый крупный в мире телескоп, который расположен в штате Техас, США, имеет зеркало диаметром 11 м. Но чемпионом, похоже, оставаться ему недолго…
«Небесный стадион»
Европейские ученые решили создать гигантский телескоп с диаметром зеркала 100 м. Представляя журналистам этот почти фантастический проект, его руководитель, профессор Кембриджского университета Герри Гилмор, заявил, что в результате, возможно, удастся разглядеть во Вселенной планеты, похожие на Землю. А чтобы представители прессы нагляднее представили себе возможности нового инструмента, профессор добавил, что с помощью этого прибора в принципе можно прочитать надпись на монете, удаленной на 1000 км!
Увеличить размер зеркала сразу почти в 10 раз и установить это «футбольное поле» в горах, как признал Герри Гилмор, будет чрезвычайно сложно. Прежде всего, ученым придется отказаться от идеи создания целостного зеркала — оно попросту не выдержит собственной тяжести. Поэтому оно будет состоять из тысяч маленьких зеркал.
Но каждое зеркальце, как известно, создает свое собственное изображение. И воедино их будет сводить сложнейшая компьютерная система. Таким образом, фокусировка света в одной точке будет осуществляться благодаря изменению положения каждой отдельной части поверхности по определенной программе.
Схема, показывающая ход лучей в современном оптическом телескопе.
Раскрутите зеркала…
Главная деталь большинства оптических телескопов — твердое монолитное или составное зеркало. А у телескопа LAMA оно будет жидким — из ртути, которую зальют в 18 тарелок диаметром по 12 м. И раскрутят. Сама идея жидкого зеркала отнюдь не нова. Ее предложил еще Исаак Ньютон. Но подходящая технология появилась только во второй половине XIX века. Именно тогда английский астроном Генри Скей залил емкость ртутью, раскрутил ее и получил параболическое зеркало диаметром 35 см, которое давало четкие изображения. Вращая ртуть с разной скоростью, Скей даже умудрялся менять у телескопа фокусное расстояние.
В начале XX века физик Роберт Вуд построил 51-сантиметровое зеркало в Университете Джонса Хопкинса, штат Мэриленд. И с его помощью фотографировал звезды.
Кен Ланцетта из Университета Стоуни-Брук в штате Нью-Йорк хочет вернуть жидкие зеркала в обсерватории.
«В принципе. Вселенная во все стороны одинакова, так что не имеет значения, в каком направлении смотреть», — полагает ученый.
Ланцетта верит, что посредством телескопа с жидким зеркалом можно даже искать планеты у других звезд. Нужны только телескопы побольше. По его расчетам, жидкий телескоп обойдется в 10–20 раз дешевле традиционного. Например, если телескоп CELT диаметром 30 м будет стоить около 700 миллионов долларов, то телескоп с жидким зеркалом такого же размера «потянет» всего на 50 — 100 миллионов.
Телескопы типа LAMA могут оказаться столь дешевыми, что их изготовят в нескольких экземплярах и установят на разных площадках по всему миру. Например, уже есть предложение использовать жидкий телескоп для наблюдения за 100 квазарами — каждую ночь на протяжении 10 лет.
По мере вращения Земли и ее перемещения по орбите вокруг Солнца со временем телескоп сможет увидеть весь ночной небосвод. «Через 10 лет мы не просто получим высококачественные спектры 100 квазаров.
Изменения в их доплеровском сдвиге частоты дадут понять, ускоряется или замедляется расширение Вселенной, — говорит Ланцетта. — А если десять лет кажутся вам чересчур долгим сроком, не забывайте, что ученые хотели это узнать еще задолго до того, как Эйнштейн сформулировал свою теорию относительности»…
Впрочем, кроме достоинств, жидкие зеркала имеют и свои недостатки. Если случайные сотрясения, искажающие поверхность такого зеркала, еще можно компенсировать специальными технологическими мерами, то что прикажете делать с ядовитыми ртутными парами? Работать астрономам придется в спецодежде, респираторных масках и с хорошей вентиляцией.
Впрочем, некоторые специалисты полагают, что ртуть можно будет заменить расплавом какого-нибудь другого металла, например, алюминия. Правда, расплав все время придется подогревать…
Вращающиеся тарелки с ртутью дешевле монолитного стеклянного зеркала.
Один из проектов многозеркального телескопа. Цифрами обозначены:
1 — защитная оболочка; 2 — фрагмент зеркального покрытия; 3 — подложка под зеркалами; 4 — кронштейн подвесной системы зеркала; 5 — сенсор, принимающий изображение со своего фрагмента зеркала и превращающий оптический сигнал в электрический; 6 — кабель для передачи данных; 7 — мотор, приводящий в действие систему управления положением зеркала в пространстве; 8 — блок с аппаратурой управления.
Кто уронил карандаш на Луне?
Еще один вариант получения более детальных изображений Вселенной — заставить работать в одной упряжке сразу несколько инструментов. Такая практика уже довольно часто используется при наблюдении за Вселенной с помощью радиотелескопов. Сейчас удается объединить в одну систему радиотелескопы, расположенные даже на разных континентах. Причем, обработка полученной информации методами радиоинтерферометрии дает такие результаты, как если бы в распоряжении ученых имелся радиотелескоп с антенной размерами в земной шар.
Теперь аналогичный метод ученые хотят применить и в оптическом диапазоне. Поскольку видимый участок электромагнитного спектра имеет волны очень короткой длины, совместить изображения, полученные разными источниками намного труднее, чем радиоволны. Но все же с помощью современной вычислительной техники астрономы надеются справиться с этой задачей. Что это даст? Вот один только пример.
Недавно кембриджские астрономы опубликовали снимки двойной звезды Катеоль — одной из самых ярких в Северном полушарии. Она находится в созвездии Возничего на расстоянии 40 световых лет от Земли. «Двойняшек» разделяет между собой более 1,5 млн. км — расстояние по земным меркам весьма значительное. Однако даже для космического телескопа «Хаббл» или для техасского телескопа это расстояние чересчур мало, чтобы небесный объект можно было наблюдать в виде двух небесных тел.
А вот если, как задумано, в Кембридже удастся построить первый оптический интерферометр, он сделает это без особого труда.
«Мы вполне сможем заметить, если кто-то из астронавтов, гуляя по Луне, вдруг обронит карандаш», — уверяют Джон Болдлин и его коллеги по обсерватории Кембриджского университета в Англии. Специалисты также полагают, что смогут наблюдать поверхность тех планет, что были недавно обнаружены у далеких звезд.
Виртуальная обсерватория
И это еще не все. Примерно год назад большая группа астрономов приступила к созданию инструмента, который они называют лучшим телескопом 8 мире. Проект еще далек от завершения, но недавно ученые решили устроить экспериментальную проверку того, что уже сделано. И к своей радости всего за несколько минут они смогли открыть дюжину новых небесных тел, принадлежащих к семейству коричневых карликов.
Так называются небесные объекты, занимающие нишу между планетами и звездами — они слишком велики для планет, но слишком малы для звезд. Термоядерные реакции в них практически не идут, а поэтому они излучают весьма слабо, почти невидимы, а потому очень трудно обнаруживаемы.
«У меня просто дух захватило от таких возможностей», — сказал по этому поводу астроном Алекс Салуэй из Университета Джонса Хопкинса, один из создателей нового телескопа.
Впрочем, восторг ученого вызвали не коричневые карлики сами по себе — в конце концов, их обнаружены уже сотни. Просто доктор Салуэй и его коллеги полагают, что метод обнаружения новых небесных тел открывает новую эру в астрономии и вообще в науке.
Ведь телескоп, как таковой, здесь вообще не использовался. Открытие было сделано на основании данных так называемой «виртуальной обсерватории». То есть весь гигантский массив данных, собранных с помощью телескопов и искусственных спутников Земли, был помещен в память суперкомпьютера наряду со специальными программами, позволяющими обработать эти данные.
Поскольку в этом случае основным инструментом исследователей становятся компьютеры, а не телескопы, открываются новые возможности для исследований в тех странах, где никогда не было собственных астрономических инструментов. Если данные наблюдений по мере их получения выставлять в Интернет, то в научной работе смогут принять участие ученые со всех уголков мира.
