Télescopes du futur proche - que nous prépare le jour à venir?

Le dernier détenteur de record parmi les télescopes optiques a été lancé en 2008, bien que le plus grand observatoire de radioastronomie ALMA ou réseau de grands millimètres / submillimètres d'Atakama) ait été mis en service récemment - en mars 2013. Mais maintenant, nous sommes à la veille de nombreuses nouvelles découvertes - dans les dix prochaines années, il est prévu de mettre en service de nombreux nouveaux et plus grands télescopes dans leurs domaines. Je vais discuter de ces télescopes plus loin.


De gauche à droite - un réseau de kilomètres carrés, un télescope avec une ouverture de cinq cents mètres, un télescope extrêmement grand, un télescope de trente mètres, un télescope Magellan gigantesque et le télescope spatial James Webb.

Télescopes optiques



Le télescope le plus proche, supérieur aux capacités des instruments modernes, sera le James Webb ou JWST (James Webb Space Telescope), dont le lancement est prévu en octobre 2018:



il aura un diamètre du miroir principal de 6,5 mètres et dépassera le télescope Hubble dans ce paramètre 2,7 fois. Certes, bien qu'il soit censé remplacer le Hubble, il fonctionnera dans la plage infrarouge, et il est donc plus susceptible de le comparer avec le télescope spatial Herschel, pour lequel la différence n'est pas si grande - environ 1,9 fois. Les récepteurs infrarouges lui permettent d'enregistrer des exoplanètes avec des températures proches de la Terre. Il pourra également progresser de manière significative dans l'étude d'objets très éloignés de nous:



Pour assurer de bonnes conditions d'observation, le télescope sera envoyé au point Lagrange L2, et pour un refroidissement supplémentaire, cinq écrans disposés consécutivement en film de polyamide recouvert sur différents côtés d'aluminium et de silicium dissiperont très bien la lumière et la chaleur du Soleil atteignant le télescope. Ces moyens passifs permettront d'atteindre des températures du miroir principal et de l'équipement du télescope inférieures à 50 K, et certains capteurs seront également refroidis en plus.

L'utilisation d'un miroir solide, comme pour le Hubble pour ce télescope, était impossible - il serait trop lourd (et le porteur du nouveau télescope devrait être Arian-5, qui a la moitié de la charge utile que la navette affichant le Hubble) et un miroir de ce diamètre ne rentrerait tout simplement pas dans le carénage de ce lanceur, de sorte que le miroir a une structure pliable - deux parties du miroir principal, trois segments chacune, se mettront déjà en place pendant le vol du télescope jusqu'à sa base (revue vidéo sur ce télescope et d'autres sont à la fin de l'article).



Le miroir principal était basé sur des hexagones de béryllium d'un diamètre d'environ 1,5 mètre, recouverts d'un saupoudrage d'or de 120 nm d'épaisseur, pour une meilleure réflexion de la lumière infrarouge. Au total, le télescope se compose de 18 miroirs pesant environ 20 kg chacun. Grâce à toutes les astuces, le poids a été réduit à 6,5 tonnes - contre 11 tonnes chez Hubble. Cependant, tous ces problèmes ont fait leur sale boulot - et le coût du projet a atteint une valeur astronomique de 8,8 milliards de dollars, et dans cet indicateur, il a pris la quatrième place parmi tous les projets scientifiques, après la station spatiale internationale, ITER et le grand collisionneur de hadrons.

Le télescope Magellan géant (GMT) avec un diamètre de 25,4 m, n'est que le troisième plus grand optique en construction, et se composera de sept segments de 8,4 m de diamètre chacun:



La précision de fabrication des miroirs pour les trois télescopes est tout simplement incroyable, car les irrégularités de surface ne doivent pas dépasser 1/10 de la longueur d'onde (et cela pour la lumière visible est de 380 à 780 nm), c'est-à-dire que les dimensions du mètre doivent être produites avec des écarts par rapport à la surface idéale de 40 nm , et encore moins. Le télescope est situé à l'observatoire de Las Campanas au Chili, assez loin des anciens télescopes magellaniques (jusqu'à 115 km). Pour le moment, quatre miroirs sont prêts, cependant, divers problèmes ont conduit au fait qu'il est prévu de le terminer seulement d'ici 2025 (cette date s'est «éloignée» de celle prévue de cinq ans déjà). Deux autres géants sont aux prises avec des problèmes similaires - leurs dates d'achèvement de la construction ont également été sérieusement décalées.

Le prochain grand télescope dont la construction est prévue est le TMT (télescope de trente mètres):



Il sera construit sur le mont Mauna Kea à Hawaï, cette montagne regorge littéralement de télescopes: dont les



principaux sont désormais sans aucun doute les télescopes de 10 mètres Kek 1 et Kek 2, généralement associés à l'observatoire:



le miroir principal du nouveau télescope sera composé de 492 Les segments hexagonaux de 1,4 mètre, comme dans les télescopes Keck, utiliseront une optique adaptative *, qui contrôle chaque miroir séparément. La hauteur de l'agencement lui confère des avantages importants: pour l'observation, la lumière visible, le proche ultraviolet, le proche et le moyen infrarouge seront utilisés. La date d'achèvement prévue est 2024.

Le plus grand télescope optique pour un avenir proche sera le E-ELT (très grand télescope) avec un diamètre de miroir principal de 39,3 m composé de 798 segments (cette taille a déjà été réduite par rapport aux 45 m d'origine, et même plus tôt, le projet 100 a été abandonné au profit de ce projet télescope d'un mètre, jugé trop cher). La taille du miroir secondaire de ce géant est de 4,1 m, soit près de deux fois plus grand que le miroir Hubble principal. Le système d'optique adaptative le plus avancé sera installé sur le télescope - il se compose de 6 capteurs, 3 moteurs électriques pour déplacer le segment du miroir et 12 moteurs électriques pour sa déformation,tout cela est nécessaire pour préserver les coudes de surface (écarts autorisés par rapport à la forme idéale pas plus de 30 nm) et pour contrer les perturbations atmosphériques - pour cela, les données seront lues à partir des capteurs 1000 fois par seconde. Au final, cela vous permettra d'obtenir une résolution presque cinq fois meilleure que sans ce système. Le poids total de la conception du télescope est de 2 800 tonnes.


Ici, vous pouvez distinguer les figures de personnes et les segments hexagonaux du miroir (leurs dimensions sont de 1,4 m).

Il sera construit sur le mont Armasones au Chili, à côté du VLT (un très grand télescope). Le choix de l'emplacement est déterminé par les conditions atmosphériques dans la région - cette montagne est située dans le désert d'Atakama, et l'air à ces endroits est très sec, ce qui, en plus des instruments optiques, permet également l'utilisation de la lumière infrarouge proche - car leur absorption dans l'atmosphère terrestre est principalement due à la vapeur d'eau, et gaz carbonique. Il devrait également être mis en service en 2024.

Les trois télescopes ont des avantages de résolution significatifs par rapport aux télescopes existants:



l'amour des scientifiques pour les noms «spectaculaires» de leurs télescopes a conduit à l'apparition d'un plan comique pour la construction de télescopes:


Radiotélescopes

Le télescope FAST (télescope avec une ouverture de cinq cents mètres) - ouvrira en septembre 2016 et deviendra le plus grand télescope utilisant une ouverture (c'est-à-dire, "une plaque", en gros), jamais créé. Il se composera de 4600 panneaux triangulaires individuels qui dépasseront considérablement le télescope d'Arecibo d'un diamètre de 305 m (pour les personnes peu familiarisées avec l'astronomie, ce télescope peut être connu d'après le film Golden Eye de Bond). FAST utilisera le même principe - lorsque la surface réfléchissante (réflecteur) reste en place et que l'irradiateur se déplace pour viser un point spécifique du ciel. On peut noter qu'en raison de l'utilisation du terrain naturel (comme dans le cas du précédent détenteur du record), sa construction ne sera pas si chère - 196 millions de dollars, ce qui est inférieur au coût des télescopes optiques existants, et nettement inférieur à ceux en construction.



Le dernier des instruments astronomiques présentés ici est le SKA (grille kilométrique carrée). La superficie totale de ce radio-interféromètre (un réseau de plusieurs radiotélescopes espacés au sol), comme son nom l'indique, sera d'un kilomètre carré entier. Des parties de celui-ci devraient être construites en Australie, en Argentine, au Chili et en Afrique du Sud, tandis que le siège du télescope sera situé dans le Jodrell Bank Astrophysical Center près de Manchester, en Angleterre. Il sera composé d'un réseau de 90 pièces de 100 mètres, de plusieurs milliers de radiotélescopes de 15 × 12 mètres et d'un réseau d'antennes paraboliques de 12-15 mètres.



Le télescope produira 160 téraoctets de données brutes par seconde. Sa construction, divisée en deux phases, devra durer 12 années entières - de 2018 à 2030, mais il sera possible de l'utiliser déjà à partir de 2020 (pas à pleine capacité, bien sûr). Le coût total du projet est de 2 milliards de dollars, dont 650 millions de dollars ont déjà été alloués. La base du radiotélescope sera de 5 000 kilomètres, ce qui lui permettra d'obtenir une résolution de 1 microseconde angulaire à une fréquence maximale de 14 GHz. Il sera en mesure de «voir» les processus de fluctuations de densité dans l'Univers primitif et la formation des premières galaxies, en testant des modèles cosmologiques et des modèles d'énergie sombre.

Il convient de noter avec tristesse que la Russie ne participe pas à plus d'un de ces projets, on nous a proposé de participer au projet E-ELT - mais il n'a pas grandi ensemble.

* L'atmosphère de la Terre nous aide des particules de haute énergie provenant de l'espace et du rayonnement du Soleil, mais elle interfère grandement avec les astronomes - l'épaisseur de l'atmosphère terrestre correspond à peu près à une épaisseur d'eau à 10 mètres - il n'est pas très pratique de regarder des objets situés à des milliards d'années-lumière de vous à travers une couche de matière qui est également constamment en mouvement par les vents. Par conséquent, à partir des années 90, l'optique adaptative a commencé à être utilisée sur les télescopes existants déjà en construction et en construction - le principe de son fonctionnement est le suivant:


Photo de deux télescopes de l'observatoire Keck fonctionnant en mode interféromètre

un faisceau laser d'une fréquence spéciale est dirigé vers la zone où le télescope regarde, ce faisceau atteint une hauteur de 90 km, où il ionise des atomes de sodium, qui commencent à briller «comme une petite étoile». Cette lueur est observée par un dispositif qui envoie des commandes aux moteurs électriques pour déplacer des parties du miroir afin de compenser la turbulence de l'air. La conception est incroyablement complexe (les télescopes de Keck ont ​​38 segments de miroirs, et chacun est contrôlé séparément), mais le résultat de ce système est incroyable:



le système de télescope E-ELT sera encore plus compliqué et se composera de quatre faisceaux:



** Cela indique la résolution maximale possible (à titre de comparaison, le télescope Hubble - il fait 120 millisecondes), en fait, cela dépend aussi de la fréquence selon la formule:

où θ est la résolution angulaire, λ est la longueur d'onde et D est le diamètre du télescope, de sorte que la résolution dans le spectre ultraviolet du télescope est d'environ un ordre de grandeur plus élevée que dans l'infrarouge. Étant donné le diamètre angulaire de Betelgeuse de 55 millisecondes angulaires, le télescope E-ELT pourra obtenir sa photo 11 × 11 pixels, pour Beta Painter ce sera une photo 10 × 10. Mais en tenant compte des distances gigantesques jusqu'aux étoiles (la distance à Betelgeuse est estimée à 643 ± 146 années-lumière) est une énorme réussite pour l'astronomie. À l'avenir, cela permettra la spectroscopie des atmosphères des étoiles proches de leurs étoiles planétaires (cela peut être fait maintenant - mais le signal doit être «isolé» de la lumière de l'étoile - ce qui limite considérablement la précision des mesures).En outre, une augmentation de la résolution angulaire vous permet de voir des étoiles individuelles à de grandes distances - ceci est important lorsque vous étudiez des corps à des distances de milliards d'années-lumière. Les principaux objectifs de ces télescopes optiques seront précisément d'observer ce qui n'est tout simplement plus visible (en raison de la faible lumière - étoiles lointaines, exopalettes), est très loin (et les enquêteurs sont des objets très anciens - jusqu'à plusieurs centaines de millions d'années) d'un big bang), ou trop proches les uns des autres.ou trop proches les uns des autres.ou trop proches les uns des autres.

Revue des données du télescope vidéo:

James Webb


Télescope magellanique gigantesque


Télescope de 30 mètres
http://www.youtube.com/watch?v=3H_3DWmlL7c Télescope

extrêmement grand


Télescope à cinq cents mètres d'ouverture


Grille du kilomètre carré

Source: https://habr.com/ru/post/fr385319/