Новые космические глаза человечества: как строятся приборы для Чрезвычайно Большого Телескопа

Чрезвычайно Большой Телескоп (ELT) — это амбициозный проект Европейской южной обсерватории (ESO), который позволит астрономам изучать Вселенную с невиданным доселе разрешением и чувствительностью. На горе Серро Армазонес в Чили продолжаются работы по созданию этого гигантского оптического телескопа, который будет иметь главное зеркало диаметром 39 метров. Но чтобы сделать этот телескоп настоящим научным инструментом, нужны не только зеркала, но и приборы, которые будут анализировать свет от небесных объектов. Недавно началось строительство двух из четырех современных приборов: камеры MICADO и устройства формирования изображений METIS.

Что такое MICADO?

MICADO — это сокращение от Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations, то есть Многоканальная Камера для Глубоких Наблюдений. Это один из первых приборов, которые будут установлены на ELT, и он будет специализироваться на получении высококачественных изображений Вселенной в ближнем инфракрасном диапазоне.



MICADO будет работать вместе с адаптивной оптической системой MAORY, которая будет корректировать искажения изображения, вызванные атмосферой Земли. Благодаря этому MICADO сможет использовать полный потенциал разрешения ELT и достигать уровня детализации, в шесть раз превосходящего возможности космического телескопа «Джеймс Уэбб».

MICADO будет иметь широкий выбор фильтров для разных типов наблюдений, а также режим высококонтрастного изображения и однощелевую спектроскопию. Он будет заключен в криостат, чтобы поддерживать низкую температуру и уменьшить тепловое излучение.

С помощью MICADO астрономы смогут изучать самые разные объекты и явления в космосе, такие как экзопланеты, черные дыры, первые звезды и галактики, темную материю и темную энергию.


— один из руководителей проекта Ричард Дэвис.

Что такое METIS?

METIS — это сокращение от Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, то есть Среднеинфракрасный Изображатель и Спектрограф для ELT. Это также один из первых приборов, которые будут установлены на ELT, и он будет работать в среднеинфракрасном диапазоне, который позволяет проникать сквозь пыль и газ в космосе.



METIS будет иметь два основных режима: изображение и спектроскопию. Изображение будет использоваться для получения детальных снимков различных астрономических объектов, таких как экзопланеты, протопланетарные диски, звездообразование и активные ядра галактик. Спектроскопия будет использоваться для измерения химического состава и физических свойств этих объектов.

METIS также будет иметь специальный режим высококонтрастного изображения, который будет блокировать свет от ярких звезд и позволит видеть слабые объекты рядом с ними, такие, как экзопланеты или коричневые карлики. Для этого METIS будет использовать коронограф — устройство, которое создает искусственное затмение звезды.

METIS также будет заключен в криостат, чтобы поддерживать низкую температуру и уменьшить тепловое излучение.

С помощью METIS астрономы смогут сделать множество открытий в разных областях астрономии, таких как поиск и характеристика экзопланет, изучение процессов формирования звезд и планет, исследование центра Млечного Пути и других галактик.

Как строятся приборы для ELT?

Строительство приборов для ELT — это сложный и длительный процесс, который требует согласования между разными участниками проекта, а также разработки новых технологий и решения инженерных задач.

Для выбора приборов для ELT ESO проводила конкурсы среди научных организаций из разных стран, которые предлагали свои концепции и дизайны. После отбора лучших вариантов ESO заключала соглашения с победителями на фазу А — концептуальное проектирование приборов. На этой фазе уточнялись научные цели, технические требования, риски и стоимость приборов.

С 2007 по 2010 год было проведено девять фаз А для шести приборов и двух адаптивных оптических модулей для ELT. После этого ESO провела оценку результатов фаз А и выбрала четыре прибора первого поколения: MICADO, HARMONI, METIS и MAORY. Эти приборы были признаны наиболее подходящими для достижения ключевых научных целей ELT.

В 2015 году ESO заключила соглашения с консорциумами, которые будут строить эти приборы, на фазу B — предварительное проектирование. На этой фазе уточнялись детали дизайна, технологии, тестирования и интеграции приборов. Фаза B завершилась в 2019 году успешным прохождением предварительного обзора дизайна (PDR).

В 2020 году ESO заключила соглашения с консорциумами на фазу C/D — окончательное проектирование и строительство. На этой фазе начинается изготовление компонентов, подсистем и систем приборов, а также проводятся различные испытания и проверки. Фаза C/D должна завершиться в 2027 году окончательным обзором дизайна (FDR) и доставкой приборов на обсерваторию.

В 2021 году ESO также заключила соглашения с консорциумами на фазу А для двух приборов второго поколения: ANDES и MOSAIC. Эти приборы будут специализироваться на высокоразрешающей спектроскопии и многолучевой спектроскопии соответственно.

Для создания приборов для ELT требуются новые технологии и решения, которые не имеют аналогов в существующих обсерваториях. Например, для работы в инфракрасном диапазоне нужно поддерживать низкую температуру всего прибора, что требует специальных криостатов и систем охлаждения. Для получения высококонтрастных изображений нужно использовать коронографы, которые блокируют свет от ярких звезд и позволяют видеть слабые объекты рядом с ними. Для коррекции атмосферных искажений нужно использовать адаптивную оптику, которая изменяет форму зеркал в соответствии с турбулентностью воздуха.

Для разработки этих технологий ESO финансирует программу Enabling Technologies, которая предусматривает координированный подход к научно-техническим исследованиям по всем обсерваториям ESO, включая ELT.

Когда увидим первые результаты?

Строительство ELT и его приборов — это огромный проект, который займет много лет. По планам ESO, первый свет телескопа должен состояться в 2027 году, а первые научные наблюдения — в 2028 году. К этому времени должны быть готовы и доставлены на обсерваторию четыре прибора первого поколения: MICADO, HARMONI, METIS и MAORY. Приборы второго поколения: ANDES и MOSAIC, должны быть готовы к 2030 году.

Конечно, эти сроки могут меняться в зависимости от разных факторов, таких как финансирование, пандемия, погода и технические сложности. Но мы надеемся, что ELT и его приборы будут построены вовремя и без серьезных проблем.

ELT и его приборы обещают открыть новую эру в астрономии, позволяя нам увидеть то, что было скрыто от наших глаз до сих пор. С их помощью мы сможем лучше понять происхождение и эволюцию Вселенной, изучить разнообразие планет вокруг других звезд, заглянуть в самое сердце нашей галактики и других галактик. Мы с нетерпением ждем первых результатов от этих уникальных инструментов.