Содержание
Для Гигантского Магелланова телескопа завершили отливку шестого уникального зеркала
Ксения
Суворова
Главный редактор
Ксения
Суворова
Главный редактор
Для Гигантского Магелланова телескопа завершили отливку шестого из семи крупнейших монолитных зеркал в мире. Эти зеркала позволят астрономам заглянуть во Вселенную с большей детализацией, чем фотографировал какой-либо другой оптический телескоп ранее.
Читайте «Хайтек» в
Шестое 8,4-метровое зеркало — около двух этажей в высоту, оно изготавливалось в лаборатории зеркал Ричарда Ф. Кариса в Университете Аризоны, и на его изготовление ушло почти четыре года.
Отливка зеркал считается чудом современной инженерии. Из-за пандемии коронавируса работа над шестым зеркалом велась за закрытыми дверями лаборатории, чтобы защитить здоровье команды из 10 человек.
«Самая важная часть телескопа — это собирающее свет зеркало. Чем больше зеркало, тем глубже можем заглянуть во Вселенную и тем больше деталей мы сможем наблюдать. Уникальная конструкция главного зеркала состоит из семи самых больших зеркал в мире. Отливка шестого зеркала — важный шаг к завершению строительства телескопа. После запуска Гигантский Магелланов телескоп будет давать изображения в десять раз четче, чем космический телескоп Hubble. Открытия, которые сделают эти зеркала, изменят наше понимание Вселенной»
Джеймс Фэнсон, руководитель проекта Giant Magellan Telescope
Процесс литья гигантского зеркала в лаборатории Ричарда Ф.
Кариса в Аризоне включал плавление почти 20 тонн высокочистого боросиликатного стекла с низким коэффициентом расширения (называется стеклом E6) в единственной в мире прядильную печь, предназначенной для литья гигантских зеркал для телескопов. На пике процесса плавления печь вращается со скоростью пять оборотов в минуту, нагревая стекло до 1165°C в течение примерно пяти часов, пока жидкость не примет нужную форму.
Событие пиковой температуры называется «сильным возгоранием» и произошло 6 марта 2021 года. Затем зеркало переходит в процесс обжига в течение месяца, при котором стекло охлаждается, а печь вращается с меньшей скоростью, чтобы снять внутреннее напряжение и упрочнить стекло. Остывать до комнатной температуры зеркало будет еще 1,5 месяца. Этот процесс «центробежного литья» придает зеркальной поверхности особую параболическую форму после охлаждения.
Первые два гигантских зеркала закончены и хранятся в Тусоне, штат Аризона, скоро шестое зеркало присоединится к трем другим, находящимся на разных этапах производства в зеркальной лаборатории.
Полировка лицевой поверхности третьего зеркала достигла точности 70 нанометров, а с момента завершения работ прошло менее года. Для четвертого зеркала завершили полировку задней поверхности и прикрепили к нему распределители нагрузки, чтобы можно было манипулировать зеркалом во время работы. Пятое зеркало было отлито в ноябре 2017 года, а седьмое зеркало, как ожидается, будет отлито в 2023 году. Кроме того, планируется сделать восьмое запасное зеркало, которым можно будет заменит другое сломанное или требующего обслуживания зеркало.
В конце 2020-х годов гигантские зеркала будут доставлены на расстояние более 8100 километров к будущему дому гигантского Магелланового телескопа в чилийской пустыне Атакама в обсерватории Лас-Кампанас на высоте более 2500 метров над уровнем моря. Это место известно как одно из лучших астрономических мест на планете с чистым небом, низким уровнем светового загрязнения и стабильным воздушным потоком, обеспечивающим исключительно четкие изображения.
Когда Гигантский Магелланов телескоп будет полностью готов к работе, его массив из семи зеркал будет иметь общую светосилу 368 м² — этого достаточно, чтобы увидеть выгравированный на монете факел с расстояния почти 160 километров. Такая способность обзора в десять раз больше, чем у знаменитого космического телескопа Hubble, и в четыре раза больше, чем у долгожданного космического телескопа Джеймса Уэбба, запуск которого ожидается в конце 2021 года.
«Эта беспрецедентная комбинация светосилы, эффективности и разрешения изображения позволит нам делать новые открытия во всех областях астрономии, особенно в областях, требующих высочайшего пространственного и спектрального разрешения, таких как поиск других экзопланет. У нас будут уникальные возможности для изучения планет с высоким разрешением, что является ключом к пониманию того, имеет ли планета каменистый состав, как наша Земля, содержит ли она жидкую воду, и содержит ли ее атмосфера правильную комбинацию молекул, чтобы сигнализировать о присутствии жизни».
Ребекка Бернштейн, главный научный сотрудник Гигантского Магелланова телескопа
Зеркала также являются важной частью оптической конструкции, которая позволяет использовать Гигантский Магелланов телескоп, а еще она имеет самое широкое поле зрения любого сверхбольшого телескопа (ELT) в классе 30 метров. Уникальный оптический дизайн сделает Гигантский телескоп Магеллана наиболее оптически эффективным ELT. Для использования каждого фотона света, собираемого зеркалами требуется только два отражения, чтобы направить свет на широкоугольные приборы, и только три отражения, чтобы обеспечить свет для инструментов, которые используют малое поле зрения и максимально возможное пространственное разрешение.
Читайте далее:
— Появилась первая панорама Марса. Она состоит из 142 фото!
— Посмотрите на новые снимки Марса от китайского зонда «Тяньвэнь-1»
— Исследователи научились распечатывать кости в организме человека
отливка шестого зеркала для Гигантского Магелланова телескопа
Эти зеркала позволят астрономам заглянуть во Вселенную с
большей детализацией, чем любой другой оптический телескоп.
Шестое 8,4-метровое
(27,5 фута) зеркало изготавливается в лаборатории зеркал Ричарда Ф. Кариса
Университета Аризоны, и на его изготовление уйдет почти 4 года. Отливка зеркал
считается чудом современной инженерии и обычно отмечается большим личным
мероприятием с участием участников со всего мира. Из-за пандемии коронавируса
работа над шестым зеркалом началась за закрытыми дверями, чтобы защитить
здоровье команды из 10 человек в лаборатории.
«Самая важная часть телескопа — это собирающее свет
зеркало», — сказал Джеймс Фэнсон, руководитель проекта Giant Magellan
Telescope. «Чем больше зеркало, тем глубже мы можем заглянуть во Вселенную и
тем больше деталей сможем наблюдать. Уникальная конструкция главного зеркала
Гигантского Магелланова телескопа состоит из семи самых больших зеркал в мире.
Отливка шестого зеркала — важный шаг к завершению. После запуска Гигантский
Магелланов телескоп будет давать изображения в 10 раз четче, чем космический
телескоп Хаббла. Открытия, которые сделают эти зеркала, изменят наше понимание
Вселенной».
Процесс литья гигантского зеркала в лаборатории Ричарда Ф.
Кариса в Аризоне включает плавление почти 20 тонн высокочистого боросиликатного
стекла с низким коэффициентом расширения в единственной в мире печи,
предназначенной для литья гигантских зеркала для телескопов. На пике процесса
плавления печь вращается со скоростью 5 оборотов в минуту, нагревая стекло до
1165 градусов Цельсия (2129 F) в течение примерно 5 часов, пока оно не
превратится в жидкость в форму. Событие пиковой температуры называется «сильным
возгоранием» и произошло 6 марта 2021 года. Затем зеркало переходит в процесс
отжига в течение одного месяца, при котором стекло охлаждается, а печь
вращается с меньшей скоростью, чтобы снять внутренние напряжения и сделать стекло
прочнее. Остынет до комнатной температуры оно через 1,5 месяца. Этот процесс
«центробежного литья» придает зеркальной поверхности особую
параболическую форму. После охлаждения зеркало будет полироваться в течение
двух лет до достижения точности оптической поверхности менее одной тысячной
ширины человеческого волоса.
«Я чрезвычайно горжусь тем, как работа зеркальной
лаборатории адаптировалась к пандемии, что позволило нашим талантливым и
преданным членам зеркальной лаборатории Ричарда Ф. Кариса безопасно продолжать
производство зеркал для гигантского Магелланова телескопа», — сказал Буэлл
Яннузи, директор обсерватории Стюарда и заведующий кафедрой астрономии
Университета Аризоны.
Первые два гигантских зеркала завершены и хранятся в Тусоне,
штат Аризона, шестое зеркало присоединится к трем другим, находящимся на разных
этапах производства в зеркальной лаборатории. Полировка лицевой поверхности
третьего зеркала достигла точности 70 нанометров, и прошло менее одного года с
момента завершения. Четвертое зеркало завершило полировку задней поверхности, и
уже прикреплены распределители нагрузки, чтобы можно было манипулировать
зеркалом во время работы. Пятое зеркало было отлито в ноябре 2017 года, а
седьмое зеркало будет отлито в 2023 году. Кроме того, планируется сделать
восьмое запасное зеркало, которое можно будет заменить, когда какое-то из
зеркал потребует обслуживания.
В конце 2020-х годов гигантские зеркала будут доставлены к
будущему дому Гигантского Магелланова телескопа в чилийской пустыне Атакама в
обсерватории Лас-Кампанас на высоте более 2500 метров над уровнем моря. Это
место известно как одно из лучших астрономических мест на планете с чистым
небом, низким уровнем светового загрязнения и стабильным воздушным потоком,
обеспечивающим исключительно четкие изображения. Кроме того, расположение
объекта в южном полушарии дает телескопу доступ к центру Млечного Пути, что
представляет интерес по многим причинам, включая тот факт, что там
располагается ближайшая сверхмассивная черная дыра, а также многие другие
объекты.
Когда Гигантский Магелланов телескоп будет полностью готов к
работе, его массив из 7 зеркал будет иметь общую светосилу 368 квадратных
метров (3961 квадратный фут) — этого достаточно, чтобы увидеть выгравированный
на монете факел с расстояния почти 160 километров (100 миль). Такая способность
обзора в 10 раз больше, чем у знаменитого космического телескопа Хаббл, и в 4
раза больше, чем у долгожданного космического телескопа Джеймса Уэбба, запуск
которого ожидается в конце 2021 года.
Зеркала также являются важной частью
оптической конструкции, которая позволяет Гигантскому Магеллановому телескопу
иметь самое широкое поле зрения среди всех чрезвычайно больших телескопов (ELT)
в 30-метровом классе. Уникальный оптический дизайн сделает Гигантский Телескоп
Магеллана наиболее оптически эффективным ELT, когда дело доходит до
использования каждого фотона света, собираемого зеркалами — требуется только
два отражения, чтобы направить свет на широкоугольные приборы, и только три
отражения, чтобы обеспечить свет для инструментов, которые используют малое
поле зрения и максимально возможное пространственное разрешение.
«Эта беспрецедентная комбинация светосилы, эффективности и
разрешения изображений позволит нам делать новые открытия во всех областях
астрономии, особенно в областях, требующих высочайшего пространственного и
спектрального разрешения, таких как поиск других планет», — сказала Ребекка
Бернштейн, главный научный сотрудник Гигантского Магелланова телескопа. «У нас
будут уникальные возможности для изучения планет с высоким разрешением, что
является ключом к пониманию того, имеет ли планета каменистый состав, как Земля,
содержит ли она жидкую воду и содержит ли ее атмосфера правильную комбинацию
молекул, чтобы сигнализировать о присутствии жизни».
Основатели — Гигантский Магелланов Телескоп
Вселенная ждет
Основатели
Гигантский Магелланов Телескоп стал возможным благодаря международному консорциуму тринадцати ведущих университетов и научных учреждений, представляющих пять стран. Консорциум стремится к успеху Гигантского Магелланового Телескопа, будь то разработка ключевых технологий приборостроения или оказание благотворительной поддержки развитию космической науки.
просмотр карты
просмотр списка
Проведите пальцем, чтобы изучить карту
Государственный университет Аризоны
Преподаватели и студенты Школы исследования Земли и космоса (SESE) расширят свою междисциплинарную работу в таких областях, как ранние звезды и галактики, и откроют дверь для характеристики первых астрономические объекты во Вселенной с помощью Гигантского Магелланова Телескопа. SESE может внести свой вклад в миссию телескопа и извлечь выгоду из данных, которые он соберет.
Посетите сайт
Astronomy Australia Limited
Будучи некоммерческой компанией, Astronomy Australia Limited (AAL) управляет программами, предоставляющими астрономам доступ к национальной астрономической инфраструктуре.
Работая с Австралийским национальным университетом и Университетом Маккуори, представители AAL вносят свой вклад в разработку нескольких инструментов для Гигантского Магелланова Телескопа. А именно, работа Университета Маккуори над дизайном МАНИФЕСТА. Эта многообъектная система позиционирования волокна улучшит два других спектрографа, увеличив поле зрения, спектральное разрешение и количество объектов, которые можно наблюдать одновременно.
Посетите сайт
Австралийский национальный университет
В сотрудничестве с Astronomy Australia Limited группа исследователей из Научно-исследовательской школы астрономии и астрофизики (RSAA) разрабатывает один из инструментов первого поколения Гигантского Магелланова телескопа — спектрограф интегрального поля. Этот инструмент будет иметь возможность делать подробные изображения неба и получать спектры из непрерывной области поля зрения.
Кроме того, RSAA разрабатывает подсистему адаптивной оптики для лазерной томографии, которая будет корректировать размытие, вызванное атмосферой Земли.
Посетите сайт
Научный институт Карнеги
Гигантский Магелланов телескоп строится в обсерватории Лас Кампанас Института науки Карнеги в Чили. Основываясь на более чем столетней истории строительства телескопов в учреждении, телескоп будет основан на технологии, разработанной для очень успешных 6,5-метровых телескопов Magellan, находящихся в обсерватории Лас-Кампанас. Обязательства учреждения поддержали проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию телескопа. В сочетании с профессиональной поддержкой учреждения Обсерватории Карнеги возглавляют разработку камеры для ввода в эксплуатацию для оценки естественного зрения телескопа и характеристик адаптивной оптики наземного слоя.
Посетите сайт
Научно-исследовательский фонд Сан-Паулу (FAPESP)
Научно-исследовательский фонд Сан-Паулу (FAPESP) — это независимый общественный фонд, целью которого является развитие исследований в штате. FAPESP вложил средства в Гигантский Магелланов Телескоп, чтобы бразильские астрономы оставались в авангарде исследований на протяжении десятилетий, обеспечив астрономам из всех штатов Бразилии доступ к телескопу. Ведущую поддержку Гигантскому Магеллановому телескопу со стороны Бразилии оказывают такие учреждения, как Институт астрономии, геофизики и атмосферных наук, Университет долины Параиба, Технологический институт Мауа и Политехническая школа Университета Сан-Паулу. Эти учреждения внесли свой вклад в проектирование и разработку многочисленных инструментов, от обеспечения системной инженерии для MANIFEST до разработки адаптивной оптики для G-CLEF.
Посетите сайт
Гарвардский университет
Гарвардский университет, основанный в 1636 году, является старейшим высшим учебным заведением в Соединенных Штатах. В нем обучается около 21 000 студентов и аспирантов, а также 2400 преподавателей, и он известен своей приверженностью обучению граждан общества и гражданских лидеров. Обсерватория Гарвардского колледжа (HCO), основанная в 1839 году., является исследовательским учреждением факультета искусств и наук Гарвардского университета и предоставляет помещения и существенную другую поддержку для учебной деятельности факультета астрономии. В 1973 году HCO и Смитсоновская астрофизическая обсерватория (SAO) объединили свои ресурсы и исследовательскую базу для создания Центра астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институт (CfA). Развивая наше понимание Вселенной с помощью астрономических исследований, эти два учреждения действуют как мощная организация, способствуя успеху Гигантского Магелланова Телескопа.
CfA разработала спектрограф Large Earth Finder, способный измерять малейшее колебание звезды, вызванное гравитационным притяжением вращающейся планеты. Дополнительный вклад включает в себя многообъектный астрономический и космологический спектрограф, а также систему сбора данных, наведения и измерения волнового фронта.
Посетите сайт
Корейский институт астрономии и космических наук
Предоставляя инфраструктуру корейским астрономам, проводящим исследования для следующего поколения, Центр больших телескопов (CfLAT) продвигает спектроскопию высокого разрешения в сотрудничестве с корейским астрономическим сообществом. CfLAT внес свой вклад в разработку программного обеспечения нескольких инструментов для Гигантского Магелланова телескопа, включая его оптический спектрограф и спектрограф ближнего ИК-диапазона.
Созданная институтом программа исследований и стипендий будет служить корейским астрономам, как только Гигантский Магелланов Телескоп достигнет первых лучей.
Посетите сайт
Смитсоновский институт
Смитсоновский институт, включающий девять исследовательских центров и множество музеев и галерей, был основан в 1846 году. Созданный для «умножения и распространения знаний», Смитсоновский институт сегодня является крупнейшим в мире подобным учреждением. Смитсоновская астрофизическая обсерватория (САО) была основана в 189 г.0 и является бюро Смитсоновского института. Долгие отношения между SAO и обсерваторией Гарвардского колледжа начались, когда SAO перенесла свою штаб-квартиру в Кембридж в 1955 году. В 1973 году они объединили свои ресурсы и исследовательские возможности для создания Центра астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институт (CfA).
Развивая наше понимание Вселенной с помощью астрономических исследований, эти два учреждения действуют как мощная организация, способствуя успеху Гигантского Магелланова Телескопа. CfA разработала спектрограф Large Earth Finder, способный измерять малейшее колебание звезды, вызванное гравитационным притяжением вращающейся планеты. Дополнительные вклады включают астрономический и космологический спектрограф с несколькими объектами, а также систему сбора данных, наведения и измерения волнового фронта.
Посетите сайт
Техасский университет A&M
Техасский университет A&M (TAMU) Астрономы играют ключевую роль в прорывных открытиях с помощью Гигантского Магелланова Телескопа. Благодаря истории проектных исследований и сотрудничеству с членами консорциума, астрономы и инженеры TAMU объединились, чтобы создать многообъектный оптический спектрограф с широким полем зрения и средним разрешением для телескопа.
Многообъектный астрономический и космологический спектрограф будет способен спектроскопически наблюдать самые слабые из возможных целей, которые в настоящее время известны только из наблюдений за изображениями.
Посетите сайт
Техасский университет в Остине
Развивая техасскую науку, Техасский университет в Остине станет одним из немногих американских университетов, которые предоставят преподавателям и студентам доступ к телескопу нового поколения для новаторских исследований. В сотрудничестве с Корейским институтом астрономии и космических наук и Университетом Кён Хи Техасский университет в Остине разрабатывает спектрограф ближнего инфракрасного диапазона с высоким разрешением для Гигантского Магелланова телескопа. Выбранный в качестве инструмента первого поколения, он будет иметь самый большой одновременный охват спектра среди всех спектрографов высокого разрешения в мире за одну экспозицию.
Посетите сайт
Университет Аризоны
Университет Аризоны является лидером в области космических наук. Их зеркальная лаборатория Ричарда Ф. Кэриса, часть обсерватории Стюарда, производит самые большие зеркала в мире, в том числе зеркальные сегменты диаметром 8,4 м, которые станут частью Гигантского Магелланова телескопа. Их большие, легкие зеркала с быстрым фокусным расстоянием (глубоко изогнутые) делают возможным создание Гигантского Магелланова Телескопа. Помимо разработки и изготовления сегментов главного зеркала, астрономы Аризонского центра астрономической адаптивной оптики (CAAO) разрабатывают коронографический формирователь изображений с чрезвычайно адаптивной оптикой для телескопа. CAAO также вносит свой вклад в работу по моделированию и проектированию того, как будут реализованы системы фазировки основного и вторичного зеркал для гигантского Магелланового телескопа.
Посетите сайт
Чикагский университет
Чикагский университет занимает лидирующие позиции в новаторских исследованиях природы нашей Вселенной и устанавливает приоритеты исследований для Гигантского Магелланова Телескопа. Преподаватели и студенты факультета астрономии и астрофизики сосредоточатся на внегалактических исследованиях темной энергии и темной материи, а также на поиске планет вокруг звезд, отличных от Солнца. В преддверии этого исследования Чикагский университет планирует разработку телескопа в сотрудничестве с консорциумом.
Посетите сайт
Научный институт Вейцмана
Научный институт Вейцмана — выдающееся междисциплинарное исследовательское учреждение Израиля.
Их Центр астрофизики Неллы и Леона Бенозийо продвигает исследования почти во всех аспектах астрономии, расширяя исследовательские возможности Гигантского Магелланова Телескопа, используя опыт Института Вейцмана и выдающуюся команду астрофизиков. Ученые и инженеры института являются партнерами в разработке одного из первых инструментов для телескопа — спектрографа, предназначенного для изучения планет земного типа вокруг звезд солнечного типа. Основываясь на лидерстве института в астрофизике, физике элементарных частиц и разработке космических миссий, Научный институт Вейцмана в рамках своей флагманской инициативы стремится обеспечить новый уровень понимания центральных вопросов фундаментальной физики, одновременно способствуя широкому практическому применению.
Посетите сайт
Телескопы Magellan (6,5 м) | Обсерватории Карнеги
Предыстория
Большие телескопы изготавливаются на заказ и встречаются редко.
Не существует стандартной практики или модели. Каждый раз, когда строится большой телескоп, его конструкторы должны переосмысливать проблемы, проверять каждое приложение и улучшать то, что было сделано раньше.
6,5-метровые телескопы Бааде и Клея были построены Вашингтонским институтом Карнеги в его обсерватории Лас-Кампанас в Чили от имени проекта Магеллан, совместными усилиями Института Карнеги, Университета Аризоны, Гарвардского университета, Университета Мичигана и Массачусетского технологического института. Консорциум Magellan состоит из более чем 200 старших астрономов, 100 астрономов с докторской степенью и почти 100 докторов наук. ученики. Каждый партнер имеет свою собственную научную программу для телескопов и распределяет свою долю использования телескопов.
Главные зеркала Magellan представляют собой параболоиды с диафрагмой f/1,25 и представляют собой радикальный отход от почти цельностеклянных зеркал прошлого. Каждая состоит из 21 000 фунтов боросиликатного стекла с легкой сотовой структурой внутри.
Потребовалось 6 месяцев, чтобы изготовить форму для каждого зеркала, 2 дня, чтобы заполнить ее кусками стекла, 1 неделя, чтобы расплавить стекло и придать ему форму (в специально разработанной вращающейся печи), и 3 месяца, чтобы стекло остыло. . Затем каждый полировался в течение 8 месяцев, при этом его поверхность постоянно проверялась на точность. По сравнению с их размером, главные зеркала тонкие, как монета.
Алюминиевая поверхность каждого зеркала имеет толщину всего четыре миллионных доли дюйма (0,1 микрона). Каждый из них также находится в «ячейке», выполняющей две важные функции. Во-первых, системы термоконтроля ячейки предотвращают деформацию от теплового расширения и сжатия. Во-вторых, поддерживающие системы в ячейках поддерживают зеркала в правильной форме, поэтому не происходит деформации или растрескивания. Фактическая форма поверхности зеркала регулируется с точностью до двух миллионных долей дюйма (0,05 микрона).
Телескопы плавают на пленке масла под высоким давлением по круговой дорожке диаметром 9 метров.
Чтобы предотвратить проскальзывание, приводные цилиндры и приводные поверхности сжимаются вместе с давлением в 10 000 фунтов. Астрономические изображения отслеживаются с точностью до 0,02 угловой секунды в спокойных условиях. Сами телескопы настолько хорошо сбалансированы и не имеют трения, что легкий толчок ребенка может сдвинуть все их 150 тонн.
Телескопы Magellan были разработаны с учетом инструментов. Астрономы используют инструменты, такие как высококачественные ПЗС-камеры и спектрографы, для записи и анализа входящего света. Приборные платформы Magellan позволяют быстро переключаться между различными оптическими конфигурациями, чтобы использовать преимущества меняющихся погодных условий, условий видимости или лунного света.
Результаты
Магеллановы телескопы начали работу в начале этого десятилетия и уже предоставили новые данные и идеи для широкого круга вопросов астрономии, космологии и астрофизики. Первый симпозиум по науке Магеллана (2005 г.