Очень большой телескоп ( ELT ) является астрономической обсерваторией в настоящее время в стадии строительства. Планируется, что по завершении он станет крупнейшим в мире сверхбольшим телескопом в оптическом / ближнем инфракрасном диапазоне . Являясь частью агентства Европейской южной обсерватории (ESO), он расположен на вершине Серро-Армазонес в пустыне Атакама на севере Чили .
 Впечатление художника от ELT | |
| Альтернативные названия | ELT  |
|---|---|
| Часть | Европейская южная обсерватория |
| Местоположение (а) | Cerro Armazones , провинция Антофагаста , Антофагаста область , Чили |
| Координаты | 24 ° 35′21 ″ ю.ш. 70 ° 11′30 ″ з.д. / 24,5893 ° ю.ш. 70,1916 ° з.д.Координаты : 24 ° 35′21 ″ ю.ш. 70 ° 11′30 ″ з.д. / 24,5893 ° ю.ш. 70,1916 ° з.д. |
| Организация | Европейская южная обсерватория |
| Высота | 3046 м (9,993 футов) |
| Наблюдая за временем | 320 ночей в год |
| Построено | 26 мая 2017– |
| Стиль телескопа | сверхбольшой телескоп инфракрасный телескоп телескоп Нэсмита оптический телескоп |
| Диаметр | 39,3 м (128 футов 11 дюймов) |
| Вторичный диаметр | 4,09 м (13 футов 5 дюймов) |
| Третичный диаметр | 3,75 м (12 футов 4 дюйма) |
| Угловое разрешение | 0,005 угловой секунды |
| Зона сбора | 978 м 2 (10 530 квадратных футов) |
| Фокусное расстояние | 743,4 м (2439 футов 0 дюймов) |
| Монтаж | Телескоп Нэсмита |
| Вложение | купол |
| Веб-сайт | www |
  Расположение чрезвычайно большого телескопа | |
 Связанные СМИ на Викискладе? | |
Конструкция состоит из отражающего телескопа с сегментированным первичным зеркалом диаметром 39,3 метра (130 футов) и вторичным зеркалом диаметром 4,2 м (14 футов) и будет поддерживаться адаптивной оптикой , восемью лазерными направляющими звездами и несколькими большими научные инструменты. [1] Обсерватория стремится собирать в 100 миллионов раз больше света, чем человеческий глаз, в 13 раз больше света, чем самые большие оптические телескопы, существовавшие в 2014 году, и иметь возможность корректировать атмосферные искажения. Его площадь сбора света примерно в 256 раз больше, чем у космического телескопа Хаббла, и, согласно спецификациям ELT, он будет обеспечивать изображения в 16 раз резче, чем у телескопа Хаббла. [2]
Первоначально проект назывался European Extremely Large Telescope ( E-ELT ), но в 2017 году его название было сокращено. [3] ELT предназначен для развития астрофизических знаний, позволяя проводить подробные исследования планет вокруг других звезд, первых галактик в мире. Вселенная, сверхмассивные черные дыры и природа темного сектора Вселенной, а также обнаружение воды и органических молекул в протопланетных дисках вокруг других звезд. [4] Предполагается, что строительство объекта займет 11 лет, с 2014 по 2025 год. [5]
11 июня 2012 года Совет ESO одобрил планы программы ELT по началу строительных работ на площадке телескопа, при этом строительство самого телескопа ожидает окончательного согласования с правительствами некоторых стран-членов. [6] Строительные работы на площадке ELT начались в июне 2014 года. [7] К декабрю 2014 года ESO обеспечило более 90% общего финансирования и санкционировало строительство телескопа для начала, которое будет стоить около одного миллиарда евро на первое этап строительства. [8] Первый камень в телескоп был торжественно заложен 26 мая 2017 года, положив начало строительству основной конструкции купола и телескопа, первый свет намечен на 2025 год. [9] [10]
История
26 апреля 2010 года Совет южной европейской обсерватории (ESO) выбрал Серро-Армазонес , Чили , в качестве исходного участка для планируемого ELT. [12] Среди других обсуждаемых участков были Серро-Макон, Сальта, Аргентина; Обсерватория Роке-де-лос-Мучачос на Канарских островах; и сайты в Северной Африке, Марокко и Антарктиде. [13] [14]
Ранние конструкции включали сегментированное главное зеркало диаметром 42 метра (140 футов) и площадью около 1300 м 2 (14 000 квадратных футов) с вторичным зеркалом диаметром 5,9 м (19 футов). Однако в 2011 году было выдвинуто предложение уменьшить его размер на 13% до 978 м 2 для главного зеркала диаметром 39,3 м (130 футов) и вторичного зеркала диаметром 4,2 м (14 футов). [1] Это снизило прогнозируемые затраты с 1,275 миллиарда до 1,055 миллиарда евро и должно позволить завершить строительство телескопа раньше. Меньшее среднее образование - особенно важное изменение; 4,2 м (14 футов) делают его доступным для различных производителей, а более легкий зеркальный блок позволяет избежать использования высокопрочных материалов в крестовине опоры вторичного зеркала. [15] : 15
Генеральный директор ESO прокомментировал в пресс-релизе 2011 года, что «с новым дизайном E-ELT мы все еще можем удовлетворить смелые научные цели, а также гарантировать, что строительство может быть завершено всего за 10–11 лет». [17] Совет ESO одобрил пересмотренный базовый проект в июне 2011 года и ожидал, что предложение о строительстве будет одобрено в декабре 2011 года. [17] Впоследствии финансирование было включено в бюджет на 2012 год для первоначальных работ, которые должны начаться в начале 2012 года. [18] Проект получил предварительное одобрение в июне 2012 года. [6] ESO одобрило начало строительства в декабре 2014 года, обеспечив более 90% финансирования номинального бюджета. [8]
Этап разработки 5-зеркального анастигмата был полностью профинансирован из бюджета ESO. После внесения в 2011 году изменений в базовый проект (таких как уменьшение размера главного зеркала с 42 м до 39,3 м) в 2017 году стоимость строительства оценивалась в 1,15 миллиарда евро (включая приборы первого поколения). [19] [20] По состоянию на 2014 год начало работ было запланировано на 2024 год. [10] Фактическое строительство официально началось в начале 2017 года. [21]
Планирование
ESO сосредоточилось на текущем проекте после того, как технико-экономическое обоснование пришло к выводу, что предлагаемый диаметр 100 м (328 футов), чрезвычайно большой телескоп , будет стоить 1,5 миллиарда евро (1 миллиард фунтов стерлингов) и будет слишком сложным. Как текущая технология изготовления, так и ограничения по транспортировке по дорогам ограничивают размер отдельных зеркал примерно 8 м (26 футов) на единицу. Следующими по величине телескопами, используемыми в настоящее время, являются телескопы Кека , Gran Telescopio Canarias и Южноафриканский большой телескоп , каждый из которых использует небольшие шестиугольные зеркала, соединенные вместе, чтобы сделать составное зеркало чуть более 10 м (33 фута) в поперечнике. В ELT используется аналогичная конструкция, а также методы устранения атмосферных искажений входящего света, известные как адаптивная оптика . [22]
Зеркало класса 40 метров позволит изучать атмосферы внесолнечных планет . [23] ELT является наивысшим приоритетом в европейской деятельности по планированию исследовательской инфраструктуры, такой как Astronet Science Vision and Infrastructure Roadmap и ESFRI Roadmap. [24] В 2014 году телескоп прошел фазу B исследования, которое включало «контракты с промышленностью на разработку и изготовление прототипов ключевых элементов, таких как сегменты главного зеркала, адаптивное четвертое зеркало или механическая структура (...) [и] концептуальные исследования для восьми инструментов ». [25]
Дизайн
ELT будет использовать новый дизайн с пятью зеркалами. [26] Первые три зеркала изогнуты (несферические) и образуют трехзеркальный анастигмат для превосходного качества изображения в поле зрения 10 угловых минут (одна треть ширины полной Луны). Четвертое и пятое зеркала (почти) плоские и обеспечивают адаптивную оптическую коррекцию атмосферных искажений (зеркало 4) и коррекцию наклона наконечника для стабилизации изображения (зеркало 5). Четвертое и пятое зеркала также направляют свет в сторону одной из фокальных станций Нэсмита по обе стороны от конструкции телескопа, что позволяет одновременно устанавливать несколько больших инструментов.
Контракты на зеркало и датчики ELT
Главное зеркало
Поверхность главного зеркала длиной 39 метров будет состоять из 798 шестиугольных сегментов, каждый размером примерно 1,4 метра в поперечнике и толщиной 50 мм. [28] Каждый рабочий день два сегмента будут повторно покрыты и заменены, чтобы зеркало всегда было чистым и хорошо отражающим.
Боковые датчики постоянно измеряют относительное положение сегментов главного зеркала и их соседей. Позиционные приводы 2394 (по 3 на каждый сегмент) используют эту информацию для поддержки системы, сохраняя общую форму поверхности неизменной от деформаций, вызванных внешними факторами, такими как ветер, изменения температуры или вибрации. [29]
В январе 2017 года [30] ESO заключила контракт на изготовление 4608 кромочных датчиков с консорциумом FAMES, в который входят Fogale [31] и Micro-Epsilon. [32] Эти датчики могут измерять относительное положение с точностью до нескольких нанометров, что является наиболее точным показателем, когда-либо использовавшимся в телескопах.
В мае 2017 года ESO заключило два дополнительных контракта. Один был присужден компании Schott AG, которая будет производить заготовки для сегментов 798, а также дополнительные 133 сегмента в составе набора для обслуживания, что позволит снимать, заменять и очищать сегменты на ротационной основе после того, как ELT будет включен. операция. Зеркало будет отлито из той же керамики с низким коэффициентом расширения Zerodur, что и существующие зеркала очень больших телескопов в Чили.
Другой контракт был присужден французской компании Safran Reosc [34], дочерней компании Safran Electronics & Defense . Они будут получать заготовки зеркал от Schott и полировать один сегмент зеркала в день, чтобы уложиться в семилетний срок. Во время этого процесса каждый сегмент будет полироваться до тех пор, пока на нем не останется неровностей поверхности более 7,5 нм RMS . После этого Safran Reosc смонтирует, протестирует и завершит все оптические испытания перед поставкой. Это второй по величине контракт на строительство ELT и третий по величине контракт, когда-либо подписанный ESO.
Блоки системы поддержки сегментов главного зеркала разработаны и производятся компаниями CESA (Испания) [35] и VDL (Нидерланды). Контракты, подписанные с ESO, также включают поставку подробных и полных инструкций и технических чертежей для их производства. Кроме того, они включают разработку процедур, необходимых для интеграции опор со стеклянными сегментами ELT; для обработки и транспортировки сегментных сборок; и управлять и поддерживать их. [36]
Вторичное зеркало
Изготовление вторичного зеркала представляет собой серьезную проблему, поскольку оно очень выпуклое и асферическое. Он также очень большой; Имея диаметр 4,2 метра и вес 3,5 тонны, это будет самое большое вторичное зеркало, когда-либо применявшееся в телескопах, и самое большое выпуклое зеркало из когда-либо созданных.
В январе 2017 года [30] ESO заключила контракт на поставку заготовки для зеркала компании Schott AG , которая будет производить ее из Zerodur .
Также необходимы сложные опорные ячейки, чтобы гибкие вторичные и третичные зеркала сохраняли свою правильную форму и положение; эти опорные ячейки будут предоставлены SENER . [38]
Предварительно сформированная стеклокерамическая заготовка вторичного зеркала затем будет отполирована и испытана Safran Reosc. [39] [40] Зеркало будет иметь форму и полировку с точностью до 15 нанометров (15 миллионных долей миллиметра) по оптической поверхности.
Третичное зеркало
Вогнутое третичное зеркало высотой 3,8 метра, также отлитое из Зеродура, станет необычной особенностью телескопа. Большинство современных больших телескопов, включая VLT и космический телескоп Хаббла НАСА / ЕКА, используют только два изогнутых зеркала для формирования изображения. В этих случаях иногда используется небольшое плоское третичное зеркало, чтобы направить свет в удобную фокусировку. Однако в ELT третичное зеркало также имеет изогнутую поверхность, поскольку использование трех зеркал обеспечивает лучшее качество конечного изображения в большем поле зрения, чем это было бы возможно при двухзеркальной конструкции. [30]
Четвертичное зеркало
Четвертичное зеркало длиной 2,4 метра представляет собой плоское адаптивное зеркало и имеет толщину всего 2 миллиметра. С помощью до 8000 приводов поверхность можно перенастраивать с очень высокой временной частотой. [41] Деформируемое зеркало будет самым большим из когда-либо созданных адаптивных зеркал [42] и будет состоять из шести составляющих лепестков, систем управления и приводов звуковых катушек. Искажение изображения, вызванное турбулентностью атмосферы Земли, может быть исправлено в реальном времени, а также деформации, вызванные ветром на основном телескопе. Система адаптивной оптики ELT обеспечит улучшение разрешения примерно в 500 раз по сравнению с лучшими условиями видимости, достигнутыми до сих пор без адаптивной оптики. [42]
Консорциум AdOptica [43] в партнерстве с INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) в качестве субподрядчиков отвечает за проектирование и производство четвертичного зеркала, которое должно быть отправлено в Чили к концу 2022 года. [44] Safran Reosc будет изготовить корпуса зеркал, а также отполировать их. [45]
ELT купол и конструкция
Купольная конструкция
Купол ELT будет иметь высоту почти 74 метра от земли и диаметр 86 метров [46], что сделает его самым большим куполом, когда-либо построенным для телескопа. Купол будет иметь общую массу около 5000 тонн, а общая подвижная масса опоры телескопа и трубчатой конструкции составит около 3700 тонн.
Что касается смотровой щели, изучались две основные конструкции: одна с двумя наборами вложенных дверей и текущая базовая конструкция, то есть одна пара больших раздвижных дверей. Эта пара дверей имеет общую ширину 45,3 м.
ESO подписала контракт на его строительство [47] вместе с основной структурой телескопов с итальянским консорциумом ACe, состоящим из Astaldi и Cimolai [48], и назначенным субподрядчиком, итальянской группой EIE. [49] Церемония подписания состоялась 25 мая 2016 года [50] в штаб-квартире ESO в Гархинг-бай-Мюнхен, Германия.
Купол должен обеспечивать необходимую защиту телескопа в ненастную погоду и днем. Был оценен ряд концепций купола. Базовая концепция купола ELT класса 40 м - это почти полусферический купол, вращающийся на бетонном пирсе, с изогнутыми открывающимися в стороны дверями. Это повторная оптимизация по сравнению с предыдущим проектом, направленная на снижение затрат, и он проходит повторную валидацию, чтобы быть готовым к строительству. [51]
Через год после подписания контракта и после церемонии закладки первого камня в мае 2017 года площадка была передана ACe, что означало начало строительства основной конструкции купола.
Астрономическое представление
С точки зрения астрономических характеристик, купол должен иметь возможность отслеживать зону зенитного избегания с углом в 1 градус, а также предварительно устанавливать новую цель в течение 5 минут. Для этого купольная камера должна иметь возможность ускоряться и двигаться с угловой скоростью 2 градуса / с (линейная скорость составляет примерно 5 км / ч). [52]
Купол спроектирован так, чтобы предоставить телескопу полную свободу, так что он может позиционировать себя независимо от того, открыт он или закрыт. Это также позволит вести наблюдения от зенита до 20 градусов от горизонта.
Лобовое стекло
С таким большим отверстием купол ELT требует наличия ветрового стекла для защиты зеркал телескопа (кроме вторичных) от прямого воздействия ветра. Базовая конструкция ветрового стекла сводит к минимуму объем, необходимый для его размещения. Две сферические лопасти, расположенные по обе стороны от створок со смотровой щелью, скользят перед апертурой телескопа, чтобы ограничить ветер.
Вентиляция и кондиционирование
Конструкция купола гарантирует, что купол обеспечивает достаточную вентиляцию, чтобы телескоп не был ограничен видимостью купола. Для этого купол также оборудован жалюзи, благодаря чему ветровое стекло позволяет им выполнять свою функцию.
Вычислительное моделирование гидродинамики и работы в аэродинамической трубе проводятся для изучения воздушного потока внутри и вокруг купола, а также эффективности купола и ветрового стекла в защите телескопа.
Помимо водонепроницаемости, воздухонепроницаемость также является одним из требований, поскольку очень важно минимизировать нагрузку на кондиционирование воздуха. Кондиционирование купола необходимо не только для термической подготовки телескопа к предстоящей ночи, но и для поддержания чистоты оптики телескопа.
Кондиционирование воздуха в телескопе в течение дня имеет решающее значение, и текущие спецификации позволяют куполу охлаждать телескоп и внутренний объем на 10 ° C в течение 12 часов.
Научные цели
ELT будет искать внесолнечные планеты - планеты, вращающиеся вокруг других звезд. Это будет включать не только открытие планет вплоть до масс, подобных Земле, посредством косвенных измерений колебательного движения звезд, возмущенных планетами, вращающимися вокруг них, но также и прямые изображения более крупных планет и, возможно, даже характеристики их атмосфер. [53] Телескоп попытается сфотографировать земные экзопланеты , что вполне возможно. [1]
Кроме того, набор инструментов ELT позволит астрономам исследовать самые ранние стадии формирования планетных систем и обнаруживать воду и органические молекулы в протопланетных дисках вокруг звезд в процессе становления. Таким образом, ELT ответит на фундаментальные вопросы, касающиеся формирования и эволюции планет. [4]
Изучая самые далекие объекты, ELT даст ключ к пониманию формирования первых образовавшихся объектов: первичных звезд, первичных галактик и черных дыр и их взаимосвязей. Исследования экстремальных объектов, таких как черные дыры, выиграют от мощности ELT, чтобы лучше понять зависящие от времени явления, связанные с различными процессами, происходящими вокруг компактных объектов. [53]
ELT предназначен для детального изучения первых галактик. Наблюдения за этими ранними галактиками с помощью ELT дадут подсказки, которые помогут понять, как эти объекты формируются и развиваются. Кроме того, ELT станет уникальным инструментом для инвентаризации изменяющегося со временем содержания различных элементов во Вселенной и для понимания истории звездообразования в галактиках. [54]
Одна из целей ELT - возможность прямого измерения ускорения расширения Вселенной. Такое измерение сильно повлияет на наше понимание Вселенной. ELT также будет искать возможные изменения фундаментальных физических констант со временем. Однозначное обнаружение таких вариаций имело бы далеко идущие последствия для нашего понимания общих законов физики. [54]
Приборы
Телескоп будет иметь несколько научных инструментов. Можно будет переключиться с одного инструмента на другой в течение нескольких минут. Телескоп и купол также смогут изменить положение на небе и начать новое наблюдение за очень короткое время.
Из множества изученных концепций инструментов в стадии разработки находятся три инструмента; MICADO, HARMONI и METIS, а также система адаптивной оптики MAORY.
- HARMONI : Монолитный оптический и ближний инфракрасный спектр интегрального поля с высоким угловым разрешением (HARMONI) будет работать как рабочая лошадка телескопа для спектроскопии. [56]
- METIS : формирователь изображения и спектрограф ELT среднего инфракрасного диапазона (METIS) будет формирователем изображения и спектрографом среднего инфракрасного диапазона. [57]
- MICADO : Камера формирования изображений с мультиадаптивной оптикой для глубоких наблюдений (MICADO) станет первой специализированной камерой для получения изображений для ELT и будет работать с модулем адаптивной оптики с множественными сопряжениями, MAORY. [58] [59]
Кроме того, в настоящее время изучаются еще два инструмента:
- МОЗАИКА : Предлагаемый спектрограф с несколькими объектами, который позволит астрономам проследить рост галактик и распределение материи от периода времени вскоре после Большого взрыва до наших дней. [60]
- HIRES : Предлагаемый спектрограф с высоким спектральным разрешением и стабильностью, в научные цели которого входит определение характеристик атмосфер экзопланет. [61]
Сравнение
Один из крупнейших оптических телескопов, действующих сегодня, - это Gran Telescopio Canarias с апертурой 10,4 м и светосилой 74 м 2 . Среди других запланированных сверхбольших телескопов - гигантский Магелланов телескоп 25 м / 368 м 2 и Тридцатиметровый телескоп 30 м / 655 м 2 , строительство которых также нацелено на начало десятилетия 2020 года. Эти два других телескопа примерно принадлежат к тому же следующему поколению оптических наземных телескопов. [62] [63] Каждый дизайн намного больше, чем предыдущие телескопы. [1] Даже с уменьшением размера до 39,3 м, ELT значительно больше, чем оба других запланированных сверхбольших телескопа . [1] Его цель - наблюдать Вселенную более подробно, чем космический телескоп Хаббла, за счет получения изображений в 15 раз более резких, хотя он разработан как дополнение к космическим телескопам, которые обычно имеют очень ограниченное время для наблюдений. [23] Вторичное зеркало ELT размером 4,2 метра имеет такой же размер, как и главное зеркало телескопа Уильяма Гершеля , второго по величине оптического телескопа в Европе.
| Имя | Диаметр проема (м) | Площадь сбора (м²) | Первый свет |
|---|---|---|---|
| Чрезвычайно большой телескоп (ELT) | 39,3 | 978 | 2025 г. |
| Тридцатиметровый телескоп (ТМТ) | 30 | 655 | 2027 [64] |
| Гигантский Магелланов телескоп (GMT) | 24,5 | 368 | 2029 [65] |
| Южноафриканский большой телескоп (SALT) | 11,1 × 9,8 | 79 | 2005 г. |
| Телескопы Keck | 10.0 | 76 | 1990, 1996 |
| Гран Телескопио Канариас (GTC) | 10,4 | 74 | 2007 г. |
| Очень большой телескоп (VLT) | 8,2 | 50 (× 4) | 1998–2000 |
| Примечания: Будущие даты появления первых сообщений являются предварительными и могут измениться. | |||
ELT в идеальных условиях имеет угловое разрешение 0,005 угловой секунды, что соответствует разделению двух источников света на 1 а.е. на расстоянии 200 пк . Ожидается, что на 0,03 угловой секунды контраст будет 10 8 , что достаточно для поиска экзопланет. [66] невооруженный человеческий глаз имеет угловое разрешение 1 угловую минуты , что соответствует разделению два источников света 30 см друг от 1 км расстояния.
Кадры
На изображениях ниже показаны художественные визуализации ELT, созданные ESO .
Художественная визуализация ЭЛТ в действии. [67]
Схема главного зеркала ЭЛТ класса 40м .
ELT по сравнению с одним из четырех существующих телескопов VLT Unit в Серро Паранале, Чили
Оказание ELT в течение дня.
Макет гигантской сложной конструкции внутри корпуса ELT.
Крупный план главного зеркала ЭЛТ (впечатление художника). [68]
видео
- "> Воспроизвести медиа
Впечатление художника от Чрезвычайно большого телескопа (ELT) в его корпусе на Серро-Армазонес во время ночных наблюдений. Четыре луча, стреляющие в небо, - это лазеры, которые создают искусственные звезды высоко в атмосфере Земли.
Это видео демонстрирует впечатления художника от Чрезвычайно большого телескопа ELT. Видно, что защитный купол открывается для наблюдения за небом в оптическом и инфракрасном свете.