Обсерватория Gemini состоит из двух 8,1-метровых (26,6 футов) телескопов , Gemini North и Gemini South , расположенных на Гавайях и в Чили соответственно. Эти два телескопа обеспечивают обширный охват северного и южного неба и входят в число самых передовых оптических/ инфракрасных телескопов, доступных астрономам. (См. Список крупнейших оптических рефлекторных телескопов ) .
Обсерватория принадлежит и управляется Национальным научным фондом (NSF) США , Национальным исследовательским советом Канады , CONICYT Чили, MCTI Бразилии , MCTIP Аргентины и Корейским институтом астрономии и космических наук (KASI) Республики Корея . NSF является основным спонсором, предоставляя около 70% необходимых ресурсов. Ассоциация университетов по исследованиям в области астрономии (AURA) управляет эксплуатацией и обслуживанием обсерватории через соглашение о сотрудничестве с NSF, выступая в качестве исполнительного агентства от имени международных партнеров. NOIRLab NSF является национальным центром США по наземной ночной оптической астрономии и управляет Gemini в качестве одной из своих программ. [1]
Телескопы Gemini оснащены современными приборами и превосходны в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах. Они используют технологию адаптивной оптики для противодействия атмосферному размыванию. В частности, Gemini лидирует в области широкоугольной адаптивной оптики с инфракрасной визуализацией и недавно ввел в эксплуатацию Gemini Planet Imager, позволяющий исследователям напрямую наблюдать и изучать экзопланеты с чрезвычайной тусклостью по сравнению с их звездами-хозяевами. Gemini поддерживает исследования в различных областях современной астрономии, включая Солнечную систему , экзопланеты, звездообразование и эволюцию, структуру и динамику галактик, сверхмассивные черные дыры , далекие квазары и структуру Вселенной в больших масштабах.
Ранее Австралия и Великобритания также участвовали в партнерстве Gemini Observatory. Однако Великобритания прекратила свое финансирование в конце 2012 года. В ответ на это обсерватория значительно сократила эксплуатационные расходы, оптимизировала операции и внедрила меры по энергосбережению на обоих объектах. Кроме того, оба телескопа теперь управляются удаленно из центров Base Facility Operations, расположенных в Хило , Гавайи, и Ла-Серене , Чили. В 2018 году KASI подписал соглашение о том, чтобы стать полноправным участником Gemini Observatory. [2]
Международная штаб-квартира и Северный операционный центр обсерватории Gemini расположены в Хило, Гавайи , в Университете Гавайев в Университетском парке Хило. Южный операционный центр расположен в кампусе Межамериканской обсерватории Серро-Тололо (CTIO) недалеко от Ла-Серены, Чили .
.jpg/1280px-Caught_Between_Earth_and_Sky_(iotw2315a).jpg)
Вместе два телескопа покрывают почти все небо, за исключением двух областей вблизи небесных полюсов: Gemini North не может быть направлен на север от склонения +89 градусов, а Gemini South не может быть направлен на юг от склонения −89 градусов.
Оба телескопа Gemini используют ряд технологий для обеспечения ведущей в мире производительности в оптической и ближней инфракрасной астрономии, включая лазерные направляющие звезды , адаптивную оптику , мультисопряженную адаптивную оптику и многообъектную спектроскопию . Кроме того, очень высококачественные инфракрасные наблюдения возможны благодаря усовершенствованному защищенному серебряному покрытию, нанесенному на зеркала каждого телескопа, небольшим вторичным зеркалам в использовании (что приводит к фокусному отношению f16) и усовершенствованным системам вентиляции, установленным на каждой площадке.
По оценкам, строительство двух телескопов обошлось примерно в 187 миллионов долларов США, а ночь на каждом телескопе Gemini стоит десятки тысяч долларов США. [4]
Две 8-метровые заготовки зеркал, каждая весом более 22 т (24 коротких тонны), были изготовлены из стекла Corning Ultra Low Expansion. Каждая заготовка была изготовлена путем сплавления и последующего провисания серии более мелких шестиугольных деталей. Эта работа была выполнена на заводе Corning Canton Plant, расположенном в северной части штата Нью-Йорк. Затем заготовки были доставлены на корабле в REOSC, расположенный к югу от Парижа, для окончательной шлифовки и полировки.
Одним из решений, принятых в ходе проектирования с целью экономии средств, стало исключение двух платформ Нейсмита . Это значительно усложняет создание таких инструментов, как спектрографы высокого разрешения и адаптивные оптические системы, из-за требований к размеру и массе, присущих инструментам Кассегрена . Еще одной проблемой при проектировании крупных инструментов является необходимость иметь определенную массу и положение центра масс для поддержания общего баланса телескопа.
В ноябре 2007 года было объявлено, что Совет по научным и технологическим учреждениям Великобритании (STFC) предложил, чтобы сэкономить 4 миллиона фунтов стерлингов в год, выйти из консорциума, управляющего телескопом. На встрече консорциума в январе 2008 года был сделан вывод, что Великобритания официально выйдет из партнерства Gemini и Соглашения об обсерватории Gemini с 28 февраля 2007 года. [ необходима цитата ] Это решение существенно нарушило бюджеты обсерваторий и привело к отмене по крайней мере одного инструмента, находившегося в разработке в то время, Precision Radial Velocity Spectrograph.
Поскольку причина, по которой Великобритания разорвала свою часть соглашения, по-видимому, была чисто финансовой, возник общественный резонанс, включая движение «Спасите астрономию» [5] , которое призвало граждан выступить против сокращения бюджета астрономии. Великобритания пересмотрела свое решение о выходе из Gemini и запросила восстановление в соглашении, и была официально принята обратно 27 февраля 2008 года. Однако в декабре 2009 года было объявлено, что Великобритания действительно выйдет из партнерства Gemini в 2012 году, а также прекратит несколько других международных научных партнерств из-за продолжающихся ограничений финансирования. [6]
Первым директором Gemini был Мэтт Маунтин , который, проработав на этом посту одиннадцать лет, в сентябре 2005 года покинул его, чтобы стать директором Института науки космического телескопа (STScI). Его сменил Жан-Рене Рой, который проработал девять месяцев [7] , после чего с июня 2006 года по май 2011 года директором был Даг Саймонс. Его, в свою очередь, сменил временно назначенный на тот момент отставной Фред Чаффи, бывший директор обсерватории WM Keck . В августе 2012 года Чаффи сменил Маркус Кисслер-Патиг [8] , который занимал этот пост до июня 2017 года. Лора Феррарезе [9] сменила Кисслер-Патиг в июле 2017 года с временным назначением. Дженнифер Лотц заняла пост директора 6 сентября 2018 года, но ушла в 2024 году, чтобы начать 5-летнее назначение в качестве директора STScI. В январе 2024 года ее сменил Скотт Дам в качестве временного директора. [10]
Обсерваторией управляет Совет Gemini, как определено в Международном соглашении Gemini. Совет устанавливает бюджетные рамки политики для Обсерватории и выполняет широкие надзорные функции, консультируясь с Консультативным подкомитетом по науке и технологиям (STAC) и Финансовым подкомитетом. США занимают шесть из 13 голосующих мест в Совете Gemini. Члены Совета от США обычно служат три года и набираются и назначаются Национальным научным фондом (NSF), который представляет сообщество США во всех аспектах работы и развития Gemini. В настоящее время Gemini управляется Ассоциацией университетов по исследованиям в области астрономии (AURA), Inc., от имени партнерства через награду от NSF. AURA управляет Gemini с момента его создания в 1990-х годах.
NSF выступает в качестве Исполнительного агентства и действует от имени международных участников. NSF имеет одно место в Совете Gemini; дополнительный сотрудник NSF является Исполнительным секретарем совета. Программное управление является обязанностью Программного сотрудника NSF. Программный сотрудник контролирует операции и деятельность по развитию в Обсерватории, назначает американских ученых в консультативные комитеты Gemini, проводит проверки от имени партнерства и утверждает действия по финансированию, отчеты и контракты.
Оба телескопа Gemini используют сложные современные адаптивные оптические системы. Gemini-N обычно использует систему ALTAIR, построенную в Канаде, которая достигает 30–45% отношения Штреля на поле 22,5 угловых секунд в квадрате и может питать NIRI, NIFS или GNIRS; [11] он может использовать естественные или лазерные опорные звезды. Совместно с NIRI он был ответственен за открытие HR8799b .
В Gemini-S система адаптивной оптики Gemini Multi-Conjugate (GeMS) может использоваться с тепловизором ближнего инфракрасного диапазона FLAMINGOS-2 и спектрометрией или тепловизором адаптивной оптики Gemini South (GSAOI), который обеспечивает однородное качество изображения с ограничением дифракции для полей зрения в масштабе угловых минут. GeMS достигла первого света 16 декабря 2011 года. [12] Используя созвездие из пяти лазерных направляющих звезд, она достигла FWHM 0,08 угловых секунд в диапазоне H на поле площадью 87 угловых секунд.
Адаптивное вторичное зеркало рассматривалось для Gemini [13] , которое обеспечило бы разумные адаптивно-оптические коррекции (эквивалентные естественному зрению на уровне 20-го процентиля в течение 80% времени) для всех инструментов телескопа, к которому оно прикреплено. Однако по состоянию на 2017 год [обновлять]нет никаких планов по внедрению такой модернизации для любого телескопа.
.jpg/1280px-Under_the_Dome_(iotw2307a).jpg)
В последние годы Совет Gemini поручил обсерватории поддерживать только четыре инструмента на каждом телескопе. Поскольку Gemini-N и Gemini-S по сути идентичны, обсерватория может перемещать инструменты между двумя площадками и делает это на регулярной основе. Два самых популярных инструмента — многообъектные спектрографы Gemini (GMOS) на каждом из телескопов. Построенные в Эдинбурге, Шотландия , Центром астрономических технологий Великобритании , [ требуется ссылка ] эти инструменты обеспечивают многообъектную спектроскопию, спектроскопию с длинной щелью , визуализацию и интегральную полевую спектроскопию на оптических длинах волн. Детекторы в каждом инструменте недавно были модернизированы с помощью устройств Hamamatsu Photonics , которые значительно улучшают производительность в дальней красной части оптического спектра (700–1000 нм). [16]
Ближняя инфракрасная визуализация и спектроскопия обеспечиваются инструментами NIRI, NIFS, GNIRS, FLAMINGOS-2 и GSAOI. Наличие и подробные описания этих инструментов задокументированы на веб-сайте обсерватории Gemini. [17]
Одним из самых интересных новых инструментов в Gemini является GPI, Gemini Planet Imager . [18] GPI был создан консорциумом американских и канадских институтов для выполнения требований предложения ExAOC Extreme Adaptive Optics Coronagraph. GPI — это экстремальный адаптивно-оптический поляриметр /интегрально-полевой спектрометр , который обеспечивает данные с дифракционным ограничением в диапазоне от 0,9 до 2,4 микрон. GPI способен напрямую получать изображения планет вокруг близлежащих звезд, которые в миллион раз ярче своей родительской звезды.
Gemini также поддерживает активную программу гостевых инструментов. Инструменты могут быть доставлены на любой телескоп на короткие периоды времени и использованы для определенных программ наблюдений группами по инструментам. В обмен на доступ к Gemini инструменты затем предоставляются всему сообществу Gemini, чтобы их можно было использовать для других научных проектов. Инструменты, которые использовали эту программу, включают дифференциальный спекл-инструмент (DSSI), эшелле -спектрометр Phoenix в ближнем инфракрасном диапазоне и спектрометр TEXES в среднем инфракрасном диапазоне. Спектрограф ESPaDOnS, расположенный в подвале телескопа Канада-Франция-Гавайи (CFHT), также используется в качестве «гостевого инструмента», хотя он никогда не перемещается с CFHT. Инструмент подключен к Gemini-North через оптоволокно длиной 270 метров. Известное как GRACES, это устройство обеспечивает оптическую спектроскопию очень высокого разрешения на телескопе класса 8 метров.
Серебряное покрытие и инфракрасная оптимизация Gemini позволяют проводить чувствительные наблюдения в средней инфракрасной части спектра (5–27 мкм ). Исторически наблюдения в средней инфракрасной области проводились с использованием T-ReCS на Gemini South и Michelle на Gemini North. Оба инструмента обладают возможностями визуализации и спектроскопии, хотя ни один из них в настоящее время [ когда? ] не используется на Gemini.
Первая фаза разработки инструментов Gemini не прошла гладко; графики сдвинулись на несколько лет, а бюджеты иногда превышались в два раза. В 2003 году процесс разработки инструментов был повторно проанализирован в отчете Aspen; [19] например, была введена программа стимулирования, в которой разработчикам инструментов гарантировались значительные ассигнования времени телескопа, если они поставляли инструмент вовремя и теряли его, если инструмент задерживался.
Широкоугольный многообъектный спектрограф получил существенную научную поддержку, но потребовал бы серьезных изменений в конструкции телескопа – фактически потребовалось бы, чтобы один из телескопов был выделен для этого инструмента. Проект был прекращен в 2009 году. [20]
В январе 2012 года обсерватория Gemini начала новый этап разработки приборов. [21] С тех пор этот процесс привел к разработке оптического спектрографа высокого разрешения, известного как GHOST, ввод в эксплуатацию которого начнется в апреле 2022 года, а ввод в эксплуатацию для проведения научных исследований на небе запланирован на июнь 2022 года. [22]
Основная миссия обсерватории Gemini заключается в обслуживании астрономических сообществ во всех странах-участницах; действительно, обсерватория предоставляет большую часть общего доступа к большим оптическим/инфракрасным телескопам для многих участников и представляет собой единственное общедоступное сооружение класса 8 метров в США. Обсерватория взаимодействует со своим сообществом через национальные офисы Gemini (НПО), офис в США находится в Тусоне в Национальной оптической астрономической обсерватории . НПО оказывают общую поддержку пользователям, от подготовки предложений до сбора, обработки и анализа данных.
В любой год эти два телескопа обычно предоставляли данные для более чем 400 отдельных научных проектов, более двух третей из которых возглавляют американские астрономы. Около 50-70 процентов высоко оцененных предложений "Band 1" достигают 100-процентного завершения в любой год. Порядка 90 процентов доступного времени (ясная погода) используется для науки, остальное время выделяется на плановое обслуживание или теряется из-за непредвиденных технических неисправностей.
В последние годы Gemini разработала инновационные новые режимы наблюдений. К ним относятся программа «Large and Long» для поддержки запросов на большие объемы времени телескопа и программа «Fast Turnaround» для предоставления быстрого доступа к телескопу. Эти и другие режимы были одобрены Советом директоров Gemini и пользуются популярностью у сообщества пользователей. В 2015 году до 20 процентов доступного времени телескопа использовалось для программ Large and Long, которые с точки зрения часов наблюдений привлекли в пять раз больше спроса пользователей, чем могли быть удовлетворены. В тот же период примерно 10 процентов времени телескопа было выделено для программы Fast Turnaround, которая во второй половине 2015 года была переподписана в 1,6 раза. В 2015 году оставшееся время, выделенное США на Gemini, было переподписано примерно в 2 раза, что соответствует последним годам.
В 2010 году Национальный исследовательский совет США (NRC) провел свой шестой десятилетний обзор по астрономии и астрофизике, чтобы рекомендовать ключевые научные вопросы и новые инициативы на текущее десятилетие. Поскольку рекомендации NRC и текущие программы не могли быть включены в последующие бюджетные прогнозы, Отдел астрономических наук Национального научного фонда через Консультативный комитет Директората математических и физических наук (MPS) провел обзор портфеля на уровне сообщества, чтобы выработать рекомендации по внедрению, которые наилучшим образом отвечали бы научным вопросам десятилетнего обзора. Итоговый отчет «Развитие астрономии в грядущее десятилетие: возможности и проблемы» [23] был выпущен в августе 2012 года и включал рекомендации, касающиеся всех основных телескопических объектов, финансируемых NSF. Отчет Комитета по обзору портфеля оценил обсерваторию Gemini как критически важный компонент будущих астрономических исследовательских ресурсов США и рекомендовал, чтобы США сохранили большую долю в международном партнерстве по крайней мере в течение следующих нескольких лет. Однако, учитывая рассмотренные ограничения, Комитет рекомендовал ограничить вклад США в операции Gemini в 2017 году и далее.
С тех пор NSF заказал исследование Национального исследовательского совета под названием «Стратегия оптимизации оптической/инфракрасной системы США в эпоху Большого синоптического обзорного телескопа». [24] В отчете было рекомендовано, чтобы NSF работал со своими партнерами в Gemini, чтобы гарантировать, что Gemini-South будет хорошо позиционирован для спектроскопии слабых объектов в начале эпохи Большого синоптического обзорного телескопа (LSST). Поддержка обсерваторией разработки следующего поколения спектрографа среднего разрешения в течение следующих 5–6 лет напрямую отвечает этой рекомендации.
С подписанием нового Международного соглашения в конце 2015 года поддержка пяти подписавших сторон (США, Канада, Аргентина, Бразилия и Чили) обеспечена на период 2016–2021 годов. Австралия вышла из партнерства по обсерватории Gemini в 2015 году, а Корея присоединилась к партнерству в 2018 году. Действующее в настоящее время Международное соглашение, подписанное в ноябре 2020 года, подписано шестью сторонами (Аргентина, Бразилия, Канада, Чили, Корея и США), и Соглашение действует до конца 2026 года.
Gemini был одним из телескопов, которые наблюдали включение ядерного транзиента, наряду с космическим телескопом Swift (он же обсерватория Нила Герелса Swift с 2018 года) и телескопом Hiltner (обсерватория MDM). [25] Транзиентное событие было названо PS1-13cbe и было обнаружено в галактике SDSS J222153.87+003054.2 [25]
22 октября 2022 года 8,1-метровое главное зеркало телескопа Gemini North было повреждено, когда оно коснулось сейсмостойкого ограничителя во время перемещения на стиральной тележке для снятия серебряного покрытия перед повторным нанесением покрытия. Было создано два скола, на нижнем крае и на краю главного зеркала. [26] С тех пор его отремонтировали после нескольких месяцев простоя, и 2 июня 2023 года он снова наблюдал за небом, по-видимому, без потери производительности или качества. [27]
