Обсерватория Кека — астрономическая обсерватория с двумя телескопами на высоте 4145 метров (13600 футов) недалеко от вершины Мауна-Кеа в американском штате Гавайи . Оба телескопа имеют главные зеркала с апертурой 10 м (33 фута), и после их завершения в 1993 (Кек I) и 1996 (Кек II) они были крупнейшими оптическими телескопами-рефлекторами в мире. В настоящее время они являются третьим и четвертым по величине.
Обзор
С концепцией, впервые предложенной в 1977 году, дизайнеры телескопов Терри Маст из Калифорнийского университета в Беркли и Джерри Нельсон из лаборатории Лоуренса Беркли разрабатывали технологию, необходимую для создания большого наземного телескопа. [1] В 1985 году Говард Б. Кек из Фонда В.М. Кека выделил 70 миллионов долларов на финансирование строительства телескопа Кек I, которое началось в сентябре 1985 года. Первый свет произошел 24 ноября 1990 года с использованием 9 из возможных 36 сегментов. . Когда строительство первого телескопа продвинулось далеко вперед, дальнейшие пожертвования позволили построить второй телескоп, начиная с 1991 года. Телескоп Кек I начал научные наблюдения в мае 1993 года, а первый свет Кека II произошел 23 октября 1996 года.
Ключевым достижением, позволившим построить телескопы Кека, стало использование активной оптики для работы с меньшими сегментами зеркала как с одним смежным зеркалом. Зеркало такого же размера, отлитое из цельного куска стекла, нельзя было сделать достаточно жестким, чтобы точно сохранять свою форму; при повороте в разные положения он микроскопически прогибался под собственным весом, вызывая аберрации оптического пути. В телескопах Кека каждое главное зеркало состоит из 36 шестиугольных сегментов, которые работают вместе как единое целое. Каждый сегмент имеет ширину 1,8 метра, толщину 7,5 сантиметра и весит полтонны. [2] Зеркала были изготовлены в Лексингтоне, штат Массачусетс, компанией Itek Optical Systems из стеклокерамики Zerodur немецкой компании Schott AG . [3] [4] Стабильность каждого сегмента телескопа поддерживается системой активной оптики , в которой используются чрезвычайно жесткие опорные конструкции в сочетании с тремя приводами под каждым сегментом. Во время наблюдения управляемая компьютером система датчиков и исполнительных механизмов динамически корректирует положение каждого сегмента относительно соседей, сохраняя точность формы поверхности в четыре нанометра . По мере движения телескопа эта регулировка два раза в секунду компенсирует эффекты гравитации и другие воздействия окружающей среды и конструкции, которые могут повлиять на форму зеркала.
Каждый телескоп Кека установлен на альтазимутальной монтировке . В большинстве современных телескопов класса 8–10 м используются альтазимутальные конструкции из-за меньших требований к конструкции по сравнению со старыми экваториальными конструкциями . Альтазимутальная установка обеспечивает максимальную прочность и жесткость при наименьшем количестве стали, которая для обсерватории Кека составляет около 270 тонн на телескоп, в результате чего общий вес каждого телескопа составляет более 300 тонн. В двух предложенных конструкциях 30- и 40-метровых телескопов следующего поколения используется одна и та же базовая технология, впервые использованная в обсерватории Кека: гексагональная зеркальная решетка в сочетании с альтазимутальной монтировкой.
Каждый из двух телескопов имеет главное зеркало эквивалентным диаметром 10 метров (32,8 фута или 394 дюйма), что немного меньше, чем у Gran Telescopio Canarias , главное зеркало которого имеет эквивалентный диаметр 10,4 метра.
Телескопы оснащены набором камер и спектрометров , которые позволяют вести наблюдения в большей части видимого и ближнего инфракрасного спектра.
Время телескопа распределяется учреждениями-партнерами. Калифорнийский технологический институт, Система Гавайского университета и Калифорнийский университет принимают предложения от своих собственных исследователей; НАСА принимает предложения от исследователей из США.
Джерри Нельсон , научный сотрудник проекта телескопа Кека, участвовал в последующих проектах с несколькими зеркалами до своей смерти в июне 2017 года. Он задумал одно из нововведений Кека - отражающую поверхность из нескольких тонких сегментов, действующую как одно зеркало. [5]
Инструменты
Обсерватория Кека крупным планомСпектроскопические возможности инструментов обсерватории Кека по состоянию на конец 2019 года. Режимы инструментов отображаются в виде прямоугольников с цветовой кодировкой со спектральным разрешением (разрешающей способностью) и охватом длин волн. Неспектроскопические инструменты (т.е. предназначенные только для визуализации) не показаны.
МОСФИР
MOSFIRE ( Многообъектный спектрометр для инфракрасных исследований ), [6] прибор третьего поколения, был доставлен в обсерваторию Кека 8 февраля 2012 года; первый свет был получен на телескопе Kecks I 4 апреля 2012 года. Многообъектная широкоугольная камера-спектрограф для ближнего инфракрасного диапазона (от 0,97 до 2,41 мкм). Ее особенностью является криогенный конфигурируемый щелевой блок (CSU), который реконфигурируется с помощью дистанционного управления менее чем за шесть минут без каких-либо термоциклов. Прутки продвигаются с каждой стороны, образуя до 46 коротких прорезей. Когда полосы удалены, MOSFIRE становится имидж-сканером с широким полем зрения. Он был разработан командами из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе ( UCLA ), Калифорнийского технологического института ( Caltech ) и Калифорнийского университета в Санта-Крус (UCSC). Его соруководящими исследователями являются Ян С. Маклин ( Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе ) и Чарльз С. Стейдел (Калифорнийский технологический институт), а проектом руководил менеджер программы инструментов WMKO Шон Адкинс. MOSFIRE частично финансировался Программой инструментирования телескопических систем (TSIP), управляемой AURA и финансируемой Национальным научным фондом; и благодаря частному пожертвованию WMKO Гордоном и Бетти Мур. [7]
ДЕЙМОС
Многообъектный спектрограф для глубокой внегалактической визуализации способен собирать спектры 130 и более галактик за одну экспозицию. В режиме «Мега Маска» DEIMOS может снимать спектры более 1200 объектов одновременно, используя специальный узкополосный фильтр.
НАНИМАЕТ
Самый большой и механически сложный из основных инструментов обсерватории Кека, Эшелле-спектрометр высокого разрешения разбивает падающий свет на составляющие цвета для точного измерения интенсивности каждого из тысяч цветовых каналов. Его спектральные возможности привели ко многим прорывным открытиям, таким как обнаружение планет за пределами нашей Солнечной системы и прямое доказательство модели теории Большого взрыва . Точность радиальной скорости составляет до одного метра в секунду (1,0 м/с). [8] Предел обнаружения прибора при 1 а.е. составляет 0,2 МДж . [9]
Спектрограф изображений с низким разрешением — это прибор слабого света, способный снимать спектры и изображения самых отдаленных известных объектов во Вселенной. Инструмент оснащен красным и синим плечом для исследования звездного населения далеких галактик, активных галактических ядер , галактических скоплений и квазаров .
ЛВС
Длинноволновой спектрометр для телескопа Кек I представляет собой спектрометр с решеткой для визуализации, работающий в диапазоне длин волн 3–25 микрон. Как и NIRC, LWS был инструментом прямой CASS и использовался для изучения кометных, планетарных и внегалактических объектов. LWS больше не занимается научными наблюдениями.
НИРЦ
Камера ближнего инфракрасного диапазона телескопа Кек I настолько чувствительна, что может обнаружить эквивалент пламени единственной свечи на Луне . Такая чувствительность делает его идеальным для сверхглубоких исследований формирования и эволюции галактик, поиска протогалактик и изображений окружения квазаров. Он обеспечил новаторские исследования Галактического центра , а также используется для изучения протопланетных дисков и областей звездообразования с большой массой . NIRC был уволен из научных наблюдений в 2010 году.
НИРЦ-2
Камера ближнего инфракрасного диапазона второго поколения работает с системой адаптивной оптики Keck для создания наземных изображений и спектроскопии высочайшего разрешения в диапазоне 1–5 микрометров (мкм). Типичные программы включают картирование особенностей поверхности тел Солнечной системы , поиск планет вокруг других звезд и анализ морфологии удаленных галактик.
НИРЕС
Спектрометр Эчеллетт ближнего инфракрасного диапазона — это спектрограф, обеспечивающий одновременный охват длин волн от 0,94 до 2,45 микрон .
Инфракрасный спектрограф с подавлением OH — это спектрограф ближнего инфракрасного диапазона, предназначенный для использования с системой адаптивной оптики Keck I. OSIRIS снимает спектры в небольшом поле зрения, чтобы получить серию изображений на разных длинах волн. Инструмент позволяет астрономам игнорировать длины волн, на которых атмосфера Земли ярко светится из-за выбросов молекул OH ( гидроксила ), что позволяет обнаруживать объекты в 10 раз тусклее, чем было доступно ранее. Первоначально установленный на Кек II, в январе 2012 года OSIRIS был перенесен на телескоп Кек I.
Интерферометр Кека
Интерферометр позволил объединить свет обоих телескопов Кека в оптический интерферометр ближнего инфракрасного диапазона с базой 85 метров (279 футов) . Эта длинная базовая линия дала интерферометру эффективное угловое разрешение 5 миллисекунд дуги (мсек) на длине волны 2,2 мкм и 24 мссек на длине волны 10 мкм. Несколько внутренних инструментов позволяли интерферометру работать в различных режимах, работая в H, K и L-диапазонах ближнего инфракрасного диапазона, а также в режиме обнуляющей интерферометрии . По состоянию на середину 2012 года интерферометр Кека был снят с производства из-за отсутствия финансирования.
Оба телескопа обсерватории Кека оснащены адаптивной оптикой для лазерной направляющей звезды , которая компенсирует размытие изображения из-за атмосферной турбулентности . Это оборудование является первой системой АО, работающей на большом телескопе, и оно постоянно модернизируется для расширения своих возможностей.
Слева : вершина Мауна-Кеа считается одним из самых важных в мире мест для астрономических наблюдений. Телескопы-близнецы Кека являются одними из крупнейших инструментов оптического и ближнего инфракрасного диапазона, используемых в настоящее время во всем мире. В центре : ночное небо и лазер обсерватории Кека для адаптивной оптики. Справа : Обсерватория В.М. Кека на закате.
^ «Памяти: Терри Маст (1943–2016)» . Новости Калифорнийского университета в Санта-Крус . Проверено 28 июля 2019 г.
^ Линн Яррис (1992). «Революция Кека в конструкции телескопов, впервые осуществленная в лаборатории Лоуренса в Беркли» . Проверено 7 октября 2016 г.
^ Мачта, ТС; Нельсон, Дж. Э. (1988). Ульрих, Мари-Элен (ред.). «Сегменты главного зеркала телескопа Кек: изготовление и поддержка». Очень большие телескопы и их приборы, Материалы конференций и семинаров ESO, Материалы конференции ESO по очень большим телескопам и их инструментам . Гархинг, Германия: Европейская южная обсерватория (ESO): 411. Бибкод : 1988ESOC...30..411M.
^ Ханс Ф. Мориан; Питер Хартманн; Ральф Джедамзик; Хартмут В. Хёнесс. «ЗЕРОДУР для больших сегментированных телескопов» (PDF) . ШОТТ Стекло. Архивировано из оригинала (PDF) 31 июля 2009 г. Проверено 17 апреля 2009 г.
^ Льюис, Хилтон. «В память о Джерри Нельсоне, легендарном конструкторе телескопов». Сеть блогов Scientific American . Проверено 16 июня 2017 г.
^ «Научные возможности MOSFIRE» .
^ «MOSFIRE, многообъектный спектрометр для инфракрасных исследований в обсерватории Кека» (PDF) . irlab.astro.ucla.edu. Архивировано из оригинала (PDF) 23 марта 2015 года . Проверено 13 ноября 2019 г.
^ НАСА. «Открытия Кеплера - о последующих наблюдениях». НАСА . Архивировано из оригинала 21 июля 2011 года.
^ "Обследование эта-Земли НАСА-UC в обсерватории Кек" . Китайская академия наук . 16 октября 2010 года. Архивировано из оригинала 4 июля 2011 года . Проверено 21 февраля 2015 г.
Внешние ссылки
Викискладе есть медиафайлы, связанные с обсерваторией В.М. Кека .
Обсерватория В.М. Кека (официальный сайт)
Обсерватории Мауна-Кеа (официальный сайт)
Архив обсерватории Кека (KOA)
Лаборатория Лоуренса Беркли, Революция в конструкции телескопов. Архивировано 22 декабря 2017 г. в Wayback Machine .
Фотографии телескопов Кека и других обсерваторий Мауна-Кеа из книги Майкла Дж. Уэста «Нежный дождь звездного света: история астрономии на Мауна-Кеа». ISBN 0-931548-99-3 .
