Teleskope der nahen Zukunft - was bereitet uns der kommende Tag vor?

Der letzte „Rekordhalter“ unter den optischen Teleskopen wurde 2008 auf den Markt gebracht, obwohl kürzlich - im März 2013 - das größte Radioastronomie-Observatorium (ALMA oder Atakama-Gitter für große Millimeter / Submillimeter) in Betrieb genommen wurde. Aber jetzt stehen wir kurz vor vielen neuen Entdeckungen - in den nächsten zehn Jahren ist geplant, viele neue, größte Teleskope auf ihrem Gebiet in Betrieb zu nehmen. Ich werde diese Teleskope weiter diskutieren.


Von links nach rechts - ein Quadratkilometer-Gitter, ein Teleskop mit einer Öffnung von 500 Metern, ein extrem großes Teleskop, ein 30-Meter-Teleskop, ein gigantisches Magellan-Teleskop und das James Webb-Weltraumteleskop.

Optische Teleskope



Das nächste Teleskop, das den Fähigkeiten moderner Instrumente überlegen ist, wird das James Webb- oder James Webb-Weltraumteleskop sein, das im Oktober 2018 auf den Markt kommen soll.



Es wird einen Durchmesser des Hauptspiegels von 6,5 Metern haben und das Hubble-Teleskop in diesem Parameter überschreiten 2,7 mal. Obwohl es ein Ersatz für das Hubble sein soll, funktioniert es zwar im Infrarotbereich, und daher ist es wahrscheinlicher, es mit dem Herschel-Weltraumteleskop zu vergleichen, bei dem der Unterschied nicht so groß ist - etwa das 1,9-fache. Infrarotempfänger ermöglichen die Aufnahme von Exoplaneten mit erdnahen Temperaturen. Er wird auch in der Lage sein, das Studium von Objekten, die sehr weit von uns entfernt sind, erheblich voranzutreiben:



Um gute Beobachtungsbedingungen zu gewährleisten, wird das Teleskop zum Lagrange-Punkt L2 geschickt, und zur zusätzlichen Kühlung leiten fünf nacheinander angeordnete Bildschirme aus Polyamidfolie, die auf verschiedenen Seiten mit Aluminium und Silizium beschichtet sind, das Licht und die Wärme der Sonne, die das Teleskop erreichen, sehr gut ab. Diese passiven Mittel ermöglichen es, Temperaturen des Hauptspiegels und der Teleskopausrüstung unter 50 K zu erreichen, und einige der Sensoren werden zusätzlich gekühlt.

Die Verwendung eines festen Spiegels, wie beim Hubble für dieses Teleskop, war unmöglich - er wäre zu schwer (und der Träger für das neue Teleskop sollte Arian-5 sein, der die Hälfte der Nutzlast hat als das Shuttle, das den Hubble anzeigt) und Ein Spiegel mit diesem Durchmesser würde einfach nicht in die Verkleidung dieser Trägerrakete passen, daher hat der Spiegel eine klappbare Struktur - zwei Teile des Hauptspiegels, jeweils drei Segmente, werden bereits während des Fluges des Teleskops zu seiner Basis in Position gebracht (Videoüberprüfung am Dieses und andere Teleskope befinden sich am Ende des Artikels.



Der Hauptspiegel basierte auf Berylliumhexagonen mit einem Durchmesser von etwa 1,5 Metern, die zur besseren Reflexion von Infrarotlicht mit 120 nm dickem Goldstaub beschichtet waren. Insgesamt besteht das Teleskop aus 18 Spiegeln mit einem Gewicht von jeweils ca. 20 kg. Dank aller Tricks konnte das Gewicht auf 6,5 Tonnen reduziert werden - gegenüber 11 Tonnen bei Hubble. Alle diese Probleme haben jedoch ihre schmutzige Tat vollbracht - und die Projektkosten stiegen auf astronomische 8,8 Milliarden US-Dollar. Bei diesem Indikator belegte es nach der internationalen Raumstation ITER und dem großen Hadron-Collider den vierten Platz unter allen wissenschaftlichen Projekten.

Das riesige Magellan-Teleskop (GMT) mit einem Durchmesser von 25,4 m ist nur die drittgrößte im Bau befindliche Optik und wird aus sieben Segmenten mit einem Durchmesser von jeweils 8,4 m bestehen:



Die Genauigkeit der Herstellung von Spiegeln für alle drei Teleskope ist einfach erstaunlich, da Oberflächenunregelmäßigkeiten 1/10 der Wellenlänge (und dies für sichtbares Licht - 380-780 nm) nicht überschreiten sollten, dh die Abmessungen des Messgeräts sollten mit Abweichungen von der idealen Oberfläche von 40 nm erzeugt werden und noch weniger. Das Teleskop befindet sich am Las Campanas Observatorium in Chile, ziemlich weit von den alten Magellan-Teleskopen entfernt (bis zu 115 km). Momentan sind vier Spiegel fertig, jedoch haben verschiedene Probleme dazu geführt, dass die Fertigstellung erst bis 2025 geplant ist (dieses Datum hat sich bereits um fünf Jahre von dem geplanten „verschoben“). Zwei weitere Giganten leiden unter ähnlichen Problemen - auch die Fertigstellungstermine wurden erheblich verschoben.

Das nächste große Teleskop, das gebaut werden soll, ist TMT (30-Meter-Teleskop):



Es wird auf dem Mount Mauna Kea in Hawaii gebaut. Dieser Berg ist buchstäblich voller Teleskope. Die



wichtigsten davon sind jetzt zweifellos die 10-Meter-Teleskope Kek 1 und Kek 2, die normalerweise mit dem Observatorium verbunden sind:



Der Hauptspiegel des neuen Teleskops wird aus 492 bestehen Die hexagonalen 1,4-Meter-Segmente verwenden wie bei den Keck-Teleskopen eine adaptive Optik *, die jeden Spiegel separat steuert. Die Höhe der Anordnung bietet erhebliche Vorteile: Für die Beobachtung wird sichtbares Licht, nahes Ultraviolett, nahes und mittleres Infrarot verwendet. Der geplante Fertigstellungstermin ist 2024.

Das größte optische Teleskop für die nahe Zukunft wird das E-ELT (extrem großes Teleskop) mit einem Hauptspiegeldurchmesser von 39,3 m sein, das aus 798 Segmenten besteht (diese Größe wurde bereits von ursprünglich 45 m reduziert, und noch früher wurde das Projekt 100 zugunsten dieses Projekts aufgegeben Meter Teleskop, das als zu teuer angesehen wurde). Der Sekundärspiegel dieses Riesen ist 4,1 m groß oder fast doppelt so groß wie der Hubble-Hauptspiegel. Das fortschrittlichste adaptive Optiksystem wird am Teleskop installiert - es besteht aus 6 Sensoren, 3 Elektromotoren zum Bewegen des Spiegelsegments und 12 Elektromotoren zum Verformen.All dies ist notwendig, um Oberflächenbiegungen (zulässige Abweichungen von der idealen Form nicht mehr als 30 nm) zu erhalten und atmosphärischen Störungen entgegenzuwirken - dafür werden Daten 1000 Mal pro Sekunde von den Sensoren gelesen. Auf diese Weise erhalten Sie eine fast fünfmal bessere Auflösung als ohne dieses System. Das Gesamtgewicht des Teleskopdesigns beträgt 2.800 Tonnen.


Hier können Sie die Figuren von Menschen und die sechseckigen Segmente des Spiegels unterscheiden (ihre Abmessungen betragen 1,4 m).

Er wird auf dem Berg Armasones in Chile neben dem VLT (einem sehr großen Teleskop) gebaut. Die Wahl des Ortes wird durch die atmosphärischen Bedingungen in der Region bestimmt - dieser Berg befindet sich in der Atakama-Wüste und die Luft an diesen Orten ist sehr trocken, was neben optischen Instrumenten auch die Verwendung von nahem Infrarotlicht ermöglicht - da ihre Absorption in der Erdatmosphäre hauptsächlich auf Wasserdampf zurückzuführen ist Kohlendioxid. Die Inbetriebnahme ist ebenfalls für 2024 geplant.

Alle drei Teleskope haben gegenüber vorhandenen Teleskopen erhebliche Auflösungsvorteile:



Die Liebe der Wissenschaftler zu den „spektakulären“ Namen ihrer Teleskope führte zum Erscheinen eines Comicplans für den Bau von Teleskopen:


Radioteleskope

FAST-Teleskop (Teleskop mit einer Öffnung von 500 Metern) - wird im September 2016 eröffnet und wird das größte Teleskop mit einer Öffnung (grob gesagt „einer Platte“), das jemals hergestellt wurde. Es wird aus 4.600 einzelnen dreieckigen Tafeln bestehen, die das Teleskop in Arecibo mit einem Durchmesser von 305 m deutlich übertreffen (für Personen, die mit Astronomie nicht vertraut sind, ist dieses Teleskop aus dem Golden Eye-Film von Bond bekannt). FAST verwendet dasselbe Prinzip - wenn die reflektierende Oberfläche (Reflektor) an Ort und Stelle bleibt und sich der Bestrahler bewegt, um auf einen bestimmten Punkt am Himmel zu zielen. Es ist anzumerken, dass aufgrund der Nutzung des natürlichen Geländes (wie im Fall des vorherigen Rekordhalters) der Bau nicht so teuer sein wird - 196 Millionen US-Dollar, dies ist weniger als die Kosten bestehender optischer Teleskope und den im Bau befindlichen deutlich unterlegen.



Das letzte der hier vorgestellten astronomischen Instrumente ist SKA (Quadratkilometer-Raster). Die Gesamtfläche dieses Funkinterferometers (ein Netzwerk aus mehreren am Boden beabstandeten Radioteleskopen) wird, wie der Name schon sagt, einen ganzen Quadratkilometer betragen. Teile davon sollten in Australien, Argentinien, Chile und Südafrika gebaut werden, während sich der Hauptsitz des Teleskops im Jodrell Bank Astrophysical Centre in der Nähe von Manchester, England, befinden wird. Es wird aus einem Netzwerk von 90 100-Meter-Teilen, mehreren tausend Radioteleskopen von 15 × 12 Metern und einem Netzwerk von 12-15-Meter-Parabolantennen bestehen.



Das Teleskop erzeugt 160 Terabyte Rohdaten pro Sekunde. Der Bau, der in zwei Phasen unterteilt ist, muss 12 Jahre dauern - von 2018 bis 2030, aber es wird möglich sein, ihn bereits ab 2020 zu nutzen (natürlich nicht mit voller Kapazität). Die Gesamtkosten des Projekts belaufen sich auf 2 Mrd. USD, von denen bereits 650 Mio. USD bereitgestellt wurden. Die Basis des Radioteleskops wird 5.000 Kilometer betragen, wodurch eine Auflösung von 1 Winkelmikrosekunde bei einer maximalen Frequenz von 14 GHz erreicht werden kann. Er wird in der Lage sein, die Prozesse der Dichteschwankungen im frühen Universum und die Bildung der ersten Galaxien zu „sehen“ und kosmologische Modelle und Modelle der dunklen Energie zu testen.

Es ist traurig zu bemerken, dass Russland nicht an mehr als einem dieser Projekte teilnimmt. Uns wurde angeboten, am E-ELT-Projekt teilzunehmen - aber es ist nicht zusammengewachsen.

* Die Erdatmosphäre hilft uns von energiereichen Teilchen aus dem Weltraum und von der Sonnenstrahlung, stört jedoch die Astronomen stark - die Dicke der Erdatmosphäre entspricht in etwa einer Wasserdicke von 10 Metern - es ist nicht sehr bequem, Objekte zu betrachten, die Milliarden von Lichtjahren von Ihnen entfernt sind eine Materieschicht, die sich auch ständig durch die Winde bewegt. Ab den 90er Jahren wurde daher die adaptive Optik für bestehende Teleskope verwendet, die sich bereits im Bau und im Bau befinden. Das Funktionsprinzip lautet wie folgt:


Foto von zwei Keck-Observatoriumsteleskopen, die im Interferometermodus arbeiten

Ein Laserstrahl einer speziellen Frequenz wird auf den Bereich gerichtet, in den das Teleskop schaut. Dieser Strahl erreicht eine Höhe von 90 km und ionisiert dort Natriumatome, die „wie ein kleiner Stern“ zu leuchten beginnen. Dieses Leuchten wird von einem Gerät beobachtet, das Elektromotoren befiehlt, Teile des Spiegels zu bewegen, um Luftturbulenzen auszugleichen. Das Design ist unglaublich komplex (Kecks Teleskope haben 38 Spiegelsegmente und jedes wird separat gesteuert), aber das Ergebnis dieses Systems ist erstaunlich:



Das E-ELT-Teleskopsystem wird noch komplizierter und besteht aus vier Strahlen:



** Dies zeigt die maximal mögliche Auflösung an (Zum Vergleich: das Hubble-Teleskop - es ist 120 Millisekunden), tatsächlich hängt es auch von der Frequenz gemäß der Formel ab:

wobei θ die Winkelauflösung ist, λ die Wellenlänge ist und D der Durchmesser des Teleskops ist, so dass die Auflösung im ultravioletten Spektrum für das Teleskop etwa eine Größenordnung höher ist als im Infrarot. Bei einem Winkeldurchmesser von 55 Millisekunden von Betelgeuse kann das E-ELT-Teleskop ein Foto von 11 × 11 Pixel erhalten, für Beta Painter ein 10 × 10-Foto. Unter Berücksichtigung der riesigen Entfernungen zu den Sternen (die Entfernung zu Betelgeuse wird jedoch auf 643 ± 146 geschätzt Lichtjahre) ist eine große Leistung für die Astronomie. Dies wird in Zukunft die Spektroskopie der Atmosphären von Sternen in der Nähe ihrer Planetensterne ermöglichen (dies kann jetzt erfolgen - das Signal muss jedoch vom Licht des Sterns „isoliert“ werden - was die Genauigkeit der Messungen stark einschränkt).Eine Erhöhung der Winkelauflösung ermöglicht es Ihnen auch, einzelne Sterne aus großer Entfernung zu sehen - dies ist wichtig, wenn Sie Körper in Entfernungen von Milliarden von Lichtjahren untersuchen. Das Hauptziel dieser optischen Teleskope wird es sein, genau zu beobachten, was jetzt einfach nicht mehr sichtbar ist (aufgrund des schwachen Lichts - entfernte Sterne, Exopalnetze), sehr weit entfernt ist (und die Ermittler sind sehr alte Objekte - bis zu mehreren hundert Millionen Jahren von einem Urknall) oder zu nahe beieinander.oder zu nahe beieinander.oder zu nahe beieinander.

Video Telescope Data Reviews:

James Webb


Gigantisches Magellan-Teleskop


30-Meter-Teleskop
http://www.youtube.com/watch?v=3H_3DWmlL7c

Extrem großes Teleskop


Fünfhundert Meter Aperturteleskop


Quadratkilometer Gitter

Source: https://habr.com/ru/post/de385319/