Telescópios de um futuro próximo - o que o próximo dia está preparando para nós?

O último “detentor de registro” entre telescópios ópticos foi lançado em 2008, embora o maior observatório de radioastronomia ALMA ou Atakama com grade milimétrica / submilimétrica de grande porte tenha sido encomendado recentemente - em março de 2013. Mas agora estamos à beira de muitas novas descobertas - nos próximos dez anos, está planejado colocar em operação muitos novos e maiores telescópios em seus campos. Discutirei mais esses telescópios.


Da esquerda para a direita - uma grade de quilômetros quadrados, um telescópio com uma abertura de quinhentos metros, um telescópio extremamente grande, um telescópio de trinta metros, um telescópio Gigantic Magellanic e o telescópio espacial James Webb.

Telescópios ópticos



O telescópio mais próximo, superior às capacidades dos instrumentos modernos, será o Telescópio Espacial James Webb ou James Webb, com lançamento previsto para outubro de 2018:



terá um diâmetro do espelho principal de 6,5 metros e excederá o telescópio Hubble neste parâmetro. 2,7 vezes. É verdade que, embora deva substituir o Hubble, ele funcionará na faixa de infravermelho e, portanto, é mais provável que o compare com o telescópio espacial Herschel, em relação ao qual a diferença não é tão grande - cerca de 1,9 vezes. Os receptores de infravermelho permitem gravar exoplanetas com temperaturas próximas à Terra. Ele também será capaz de avançar significativamente no estudo de objetos muito distantes de nós:



Para garantir boas condições de observação, o telescópio será enviado para o ponto Lagrange L2 e, para resfriamento adicional, cinco telas dispostas consecutivamente em filme de poliamida revestidas em lados diferentes com alumínio e silício dissiparão muito bem a luz e o calor do Sol atingindo o telescópio. Esses meios passivos possibilitarão atingir temperaturas do equipamento principal de espelhos e telescópios abaixo de 50 K e alguns dos sensores também serão resfriados adicionalmente.

O uso de um espelho sólido, como o Hubble para este telescópio, era impossível - seria muito pesado (e o suporte para o novo telescópio deveria ser o Arian-5, que tem metade da carga útil do que o ônibus espacial exibindo o Hubble) e um espelho desse diâmetro simplesmente não se encaixaria na carenagem desse porta-foguetes; portanto, o espelho tem uma estrutura dobrável - duas partes do espelho principal, três segmentos cada, já se encaixam durante o vôo do telescópio até sua base (revisão de vídeo em este e outros telescópios estão no final do artigo).



O espelho principal era baseado em hexágonos de berílio com um diâmetro de cerca de 1,5 metros, revestidos com pó de ouro de 120 nm de espessura, para melhor reflexão da luz infravermelha. No total, o telescópio consiste em 18 espelhos, pesando cerca de 20 kg cada. Graças a todos os truques, o peso foi reduzido para 6,5 ​​toneladas - contra 11 toneladas no Hubble. No entanto, todos esses problemas foram prejudiciais - e o custo do projeto aumentou para US $ 8,8 bilhões astronômicos, e nesse indicador ficou em quarto lugar entre todos os projetos científicos, depois da estação espacial internacional, do ITER e do grande colisor de hádrons.

O telescópio gigante Magalhães (GMT), com um diâmetro de 25,4 m, é apenas o terceiro maior óptico em construção e consistirá em sete segmentos de 8,4 m de diâmetro cada:



A precisão dos espelhos de fabricação para todos os três telescópios é simplesmente incrível, porque as irregularidades da superfície não devem exceder 1/10 do comprimento de onda (e isso para luz visível - 380-780 nm), ou seja, as dimensões do medidor devem ser produzidas com desvios da superfície ideal de 40 nm e até menos. O telescópio está localizado no Observatório Las Campanas, no Chile, bem longe dos antigos telescópios de Magalhães (até 115 km). No momento, quatro espelhos estão prontos, no entanto, vários problemas levaram ao fato de que ele está planejado para terminar somente em 2025 (essa data já “saiu” do planejado em cinco anos). Dois outros gigantes são atormentados por problemas semelhantes - suas datas de conclusão da construção também foram seriamente alteradas.

O próximo grande telescópio planejado para ser construído é o TMT (telescópio de trinta metros):



Ela será construída no Monte Mauna Kea, no Havaí, e esta montanha está literalmente repleta de telescópios: os



principais dos quais agora são indubitavelmente os telescópios de 10 metros Kek 1 e Kek 2, que geralmente são associados ao observatório:



O espelho principal do novo telescópio será composto por 492 Os segmentos hexagonais de 1,4 metros, como nos telescópios Keck, usarão óptica adaptativa *, que controla cada espelho separadamente. A altura do arranjo oferece vantagens significativas: para observação, luz visível, ultravioleta próximo, infravermelho próximo e médio serão usados. A data de conclusão planejada é 2024.

O maior telescópio óptico para o futuro próximo será o E-ELT (telescópio extremamente grande), com um diâmetro de espelho principal de 39,3 m, consistindo em 798 segmentos (esse tamanho já foi reduzido dos 45 m originais e, ainda mais cedo, o projeto 100 foi abandonado em favor desse projeto. telescópio medidor, que era considerado muito caro). O tamanho do espelho secundário deste gigante é de 4,1 m, ou quase duas vezes maior que o espelho principal do Hubble. O sistema óptico adaptativo mais avançado será instalado no telescópio - consiste em 6 sensores, 3 motores elétricos para mover o segmento de espelho e 12 motores elétricos para sua deformação,tudo isso é necessário para preservar as curvas de superfície (desvios admissíveis da forma ideal não superior a 30 nm) e para combater distúrbios atmosféricos - para isso, os dados serão lidos dos sensores 1000 vezes por segundo. No final, isso permitirá que você obtenha uma resolução quase cinco vezes melhor do que sem esse sistema. O peso total do design do telescópio é de 2.800 toneladas.


Aqui você pode distinguir as figuras das pessoas e os segmentos hexagonais do espelho (suas dimensões são 1,4 m),

que serão construídos no Monte Armasones, no Chile, ao lado do VLT (um telescópio muito grande). A escolha da localização é determinada pelas condições atmosféricas da região - esta montanha está localizada no deserto de Atakama, e o ar nesses locais é muito seco, o que, além de instrumentos ópticos, também permite o uso de luz infravermelha próxima - porque sua absorção na atmosfera da Terra se deve principalmente ao vapor de água dióxido de carbono. Também está planejado para ser comissionado em 2024.

Todos os três telescópios têm vantagens significativas de resolução em relação aos telescópios existentes:



o amor dos cientistas pelos nomes "espetaculares" de seus telescópios levou ao aparecimento de um plano cômico para a construção de telescópios:


Radiotelescópios

Telescópio FAST (telescópio com uma abertura de quinhentos metros) - abrirá em setembro de 2016 e se tornará o maior telescópio usando uma abertura (ou seja, “uma placa”, grosso modo) já criada. Ele será composto por 4.600 painéis triangulares individuais que excederão significativamente o telescópio em Arecibo com um diâmetro de 305 m (para pessoas não familiarizadas com a astronomia, esse telescópio pode ser conhecido pelo filme Golden Eye de Bond). O FAST usará o mesmo princípio - quando a superfície refletora (refletor) permanecer no lugar e o irradiador se mover para apontar para um ponto específico no céu. Pode-se notar que, devido ao uso do terreno natural (como no caso do detentor do recorde anterior), sua construção não será tão cara - US $ 196 milhões, isso é menor que o custo dos telescópios ópticos existentes e significativamente inferior aos em construção.



O último dos instrumentos astronômicos apresentados aqui é o SKA (grade de quilômetros quadrados). A área total desse interferômetro de rádio (uma rede de vários radiotelescópios espaçados no chão), como o nome indica, será de um quilômetro quadrado inteiro. Partes dele devem ser construídas na Austrália, Argentina, Chile e África do Sul, enquanto a sede do telescópio estará localizada no Centro Astrofísico Jodrell Bank, perto de Manchester, Inglaterra. Ele consistirá em uma rede de 90 peças de 100 metros, vários milhares de radiotelescópios de 15 × 12 metros e uma rede de antenas parabólicas de 12 a 15 metros.



O telescópio produzirá 160 terabytes de dados brutos por segundo. Sua construção, dividida em duas fases, terá que durar 12 anos - de 2018 a 2030, mas será possível utilizá-la já a partir de 2020 (não em plena capacidade, é claro). O custo total do projeto é de US $ 2 bilhões, dos quais US $ 650 milhões já foram alocados. A base do radiotelescópio será de 5.000 quilômetros, o que permitirá obter uma resolução de 1 microssegundo angular a uma frequência máxima de 14 GHz. Ele será capaz de "ver" os processos de flutuações de densidade no início do Universo e a formação das primeiras galáxias, testando modelos cosmológicos e modelos de energia escura.

Deve-se notar com tristeza que a Rússia não está participando de mais de um desses projetos, nos ofereceram a participação no projeto E-ELT - mas ele não cresceu juntos.

* A atmosfera da Terra nos ajuda a partir de partículas de alta energia vindas do espaço e da radiação do Sol, mas interfere bastante com os astrônomos - a espessura da atmosfera da Terra corresponde aproximadamente a uma espessura de 10 metros de água - não é muito conveniente olhar para objetos localizados a bilhões de anos-luz de distância de você através de uma camada de matéria que também se move constantemente pelos ventos. Portanto, a partir dos anos 90, a óptica adaptativa começou a ser usada em telescópios existentes, já em construção e em construção - o princípio de sua operação é o seguinte:


Foto de dois telescópios do Observatório Keck operando no modo interferômetro

um feixe de laser de uma frequência especial é direcionado para a área em que o telescópio está olhando; ele atinge uma altura de 90 km, onde ioniza átomos de sódio, que começam a brilhar “como uma pequena estrela”. Esse brilho é observado por um dispositivo que emite comandos aos motores elétricos para mover partes do espelho, a fim de compensar a turbulência do ar. O design é incrivelmente complexo (os telescópios de Keck têm 38 segmentos de espelhos, e cada um é controlado separadamente), mas o resultado desse sistema é incrível:



o sistema de telescópio E-ELT será ainda mais complicado e consistirá em quatro feixes:



** Aqui você pode ver a resolução máxima possível (para comparação, o telescópio Hubble - é 120 milissegundos), na verdade, também depende da frequência de acordo com a fórmula:

onde θ é a resolução angular, λ é o comprimento de onda e D é o diâmetro do telescópio, de modo que a resolução no espectro ultravioleta para o telescópio é de cerca de uma ordem de magnitude superior à do infravermelho. Dado o diâmetro angular de 55 milissegundos angulares de Betelgeuse, o telescópio E-ELT poderá obter sua foto 11 × 11 pixels, para o Beta Painter será uma foto 10 × 10. Mas levando em consideração as distâncias gigantescas das estrelas (a distância até Betelgeuse é estimada em 643 ± 146 anos-luz) é uma grande conquista para a astronomia. No futuro, isso permitirá a espectroscopia das atmosferas de estrelas próximas às estrelas planetárias (isso pode ser feito agora - mas o sinal deve ser "isolado" da luz da estrela - o que limita bastante a precisão das medições).Além disso, um aumento na resolução angular permite ver estrelas individuais de grandes distâncias - isso é importante ao estudar corpos a distâncias de bilhões de anos-luz. Os principais objetivos desses telescópios ópticos serão observar precisamente o que agora não é visível (devido à luz fraca - estrelas distantes, exopaletas), está muito distante (e o investigador são objetos muito antigos - até várias centenas de milhões de anos de um big bang) ou muito próximos um do outro.ou muito perto um do outro.ou muito perto um do outro.

Revisões de dados de telescópio de vídeo:

James Webb


Telescópio de Magalhães Gigantesco


Telescópio de 30 metros
http://www.youtube.com/watch?v=3H_3DWmlL7c Telescópio

extremamente grande


Telescópio de abertura de quinhentos metros


Grade de quilômetros quadrados

Source: https://habr.com/ru/post/pt385319/