Телескоп Хейла — это 200-дюймовый (5,1 м) рефлекторный телескоп f / 3.3 в Паломарской обсерватории в округе Сан-Диего , Калифорния , США, названный в честь астронома Джорджа Эллери Хейла . При финансировании Фонда Рокфеллера в 1928 году он руководил планированием, проектированием и строительством обсерватории, но поскольку проект в конечном итоге занял 20 лет, он не дожил до его ввода в эксплуатацию. Хейл был новаторским для своего времени, с диаметром, вдвое превышающим диаметр второго по величине телескопа , и стал пионером многих новых технологий в конструкции монтировки телескопа и в разработке и изготовлении его большого покрытого алюминием «сотового» зеркала Pyrex с низким тепловым расширением . [1] Он был завершен в 1949 году и до сих пор активно используется.
Телескоп Хейла представлял собой технологический предел в строительстве больших оптических телескопов на протяжении более 30 лет. Он был крупнейшим телескопом в мире с момента его постройки в 1949 году до постройки советского БТА-6 в 1976 году и вторым по величине до постройки обсерватории Кека Кек-1 на Гавайях в 1993 году.
Хейл руководил строительством телескопов в обсерватории Маунт-Вильсон с помощью грантов от Института Карнеги в Вашингтоне : 60-дюймового (1,5 м) телескопа в 1908 году и 100-дюймового (2,5 м) телескопа в 1917 году. Эти телескопы были очень успешными, что привело к быстрому прогрессу в понимании масштабов Вселенной в 1920-х годах и показало таким визионерам, как Хейл, необходимость в еще более крупных коллекторах. [ необходима цитата ]
Главным оптическим конструктором предыдущего 100-дюймового телескопа Хейла был Джордж Уиллис Ричи , который предполагал, что новый телескоп будет иметь конструкцию Ричи-Кретьена . По сравнению с обычным параболическим первичным зеркалом, эта конструкция обеспечивала бы более четкие изображения в большем полезном поле зрения. Однако Ричи и Хейл поссорились. Поскольку проект уже запаздывал и превышал бюджет, Хейл отказался принять новую конструкцию с ее сложными кривизнами, и Ричи покинул проект. Телескоп Хейла на горе Паломар оказался последним ведущим в мире телескопом с параболическим первичным зеркалом . [2]
В 1928 году Хейл получил грант в размере 6 миллионов долларов от Фонда Рокфеллера на «строительство обсерватории, включая 200-дюймовый рефлекторный телескоп», которая должна была управляться Калифорнийским технологическим институтом (Калтех), одним из основателей которого был Хейл. В начале 1930-х годов Хейл выбрал место на высоте 1700 м (5600 футов) на горе Паломар в округе Сан-Диего, Калифорния , США, как лучшее место и менее подверженное растущей проблеме светового загрязнения в городских центрах, таких как Лос-Анджелес . Заводу Corning Glass Works было поручено изготовить 200-дюймовое (5,1 м) главное зеркало. Строительство объектов обсерватории и купола началось в 1936 году, но из-за перерывов, вызванных Второй мировой войной , телескоп не был завершен до 1948 года, когда он был освящен. [3] Из-за небольших искажений изображений в течение 1949 года в телескоп вносились исправления. Он стал доступен для исследований в 1950 году. [3]
Почтовая марка. В 1948 году Почтовое ведомство США выпустило почтовую марку номиналом 3 цента в честь телескопа и обсерватории Хейла.
В Корнинге также была изготовлена функционирующая модель телескопа в масштабе одной десятой. [4]
200-дюймовый (510 см) телескоп увидел первый свет 26 января 1949 года в 22:06 по тихоокеанскому времени [5] [6] под руководством американского астронома Эдвина Пауэлла Хаббла , нацелившись на NGC 2261 , объект, также известный как Переменная туманность Хаббла. [7] [8]
Телескоп продолжает использоваться каждую ясную ночь для научных исследований астрономами из Калифорнийского технологического института и их партнерами по эксплуатации, Корнелльским университетом , Калифорнийским университетом и Лабораторией реактивного движения . Он оснащен современными оптическими и инфракрасными массивами изображений, спектрографами и адаптивной оптикой [9] . Он также использовал визуализацию Lucky Cam , которая в сочетании с адаптивной оптикой приблизила зеркало к его теоретическому разрешению для определенных типов наблюдений. [9]
Одна из тестовых стеклянных заготовок для телескопа Хейла, изготовленных в Corning Labs, была использована для главного зеркала телескопа C. Donald Shane диаметром 120 дюймов (300 см). [10]
Площадь собирания зеркала составляет около 31 000 квадратных дюймов (20 квадратных метров). [11]
Телескоп Хейла использует специальный тип экваториальной монтировки , называемый «подковообразная монтировка», модифицированная хомутовая монтировка, которая заменяет полярный подшипник открытой «подковообразной» структурой, которая дает телескопу полный доступ ко всему небу, включая Полярную звезду и звезды рядом с ней. Оптическая труба (OTA) использует ферму Серрурье , тогда недавно изобретенную Марком У. Серрурье из Калтеха в Пасадене в 1935 году, разработанную для изгиба таким образом, чтобы удерживать всю оптику на одном уровне. [12]
Первоначально телескоп Хейла должен был использовать главное зеркало из плавленого кварца, произведенного компанией General Electric, [13] но вместо этого главное зеркало было отлито в 1934 году на заводе Corning Glass Works в штате Нью-Йорк с использованием нового на тот момент материала Corning под названием Pyrex ( боросиликатное стекло ). [14]
Зеркало было отлито в форме с 36 приподнятыми блоками формы (похожими по форме на вафельницу ). Это создало сотовое зеркало , которое сократило количество необходимого пирекса с более чем 40 коротких тонн (36 т) до всего лишь 20 коротких тонн (18 т), сделав зеркало, которое охлаждалось бы быстрее при использовании и имело бы несколько «точек крепления» на задней стороне для равномерного распределения его веса (примечание – см. внешние ссылки в статье 1934 года для чертежей). [15] Форма центрального отверстия также была частью формы, чтобы свет мог проходить через готовое зеркало, когда оно использовалось в конфигурации Кассегрена (заглушка из пирекса для этого отверстия также была сделана для использования во время процесса шлифовки и полировки [16] ). Пока стекло заливалось в форму во время первой попытки отлить 200-дюймовое зеркало, сильный жар заставил несколько формовочных блоков отколоться и всплыли наверх, испортив зеркало. Дефектное зеркало использовалось для проверки процесса отжига. После того, как форма была переделана, второе зеркало было успешно отлито. [ необходима цитата ]
После охлаждения в течение нескольких месяцев готовая заготовка зеркала была доставлена по железной дороге в Пасадену, штат Калифорния. [17] [18] Оказавшись в Пасадене, зеркало было перемещено с железнодорожной платформы на специально разработанный полуприцеп для перевозки по дороге, где оно должно было быть отполировано. [19] В оптическом цехе в Пасадене (теперь здание Синхротрона в Калифорнийском технологическом институте) использовались стандартные методы изготовления зеркал телескопа , чтобы превратить плоскую заготовку в точную вогнутую параболическую форму, хотя они должны были быть выполнены в больших масштабах. Был построен специальный 240-дюймовый (6,1 м) 25 000-фунтовый (11 т) зеркальный стенд, который мог использовать пять различных движений при шлифовке и полировке зеркала. [20] За 13 лет было отшлифовано и отполировано почти 10 000 фунтов (4,5 т) стекла, что уменьшило вес зеркала до 14,5 коротких тонн (13,2 т). Зеркало было покрыто (и до сих пор покрывается заново каждые 18–24 месяца) отражающей алюминиевой поверхностью с использованием того же процесса вакуумного напыления алюминия, изобретенного в 1930 году физиком и астрономом Калифорнийского технологического института Джоном Стронгом . [21]
Зеркало Хейла размером 200 дюймов (510 см) было близко к технологическому пределу главного зеркала, сделанного из одного жесткого куска стекла. [22] [23] Использование монолитного зеркала, намного большего, чем 5-метровое Хейл или 6-метровое БТА-6, непомерно дорого из-за стоимости как зеркала, так и массивной конструкции, необходимой для его поддержки. Зеркало большего размера также немного провисало бы под собственным весом, когда телескоп поворачивается в разные положения, [24] [25] изменяя точную форму поверхности, которая должна быть точной в пределах 2 миллионных дюйма (50 нм ). Современные телескопы более 9 метров используют другую конструкцию зеркала для решения этой проблемы, либо с одним тонким гибким зеркалом, либо с кластером меньших сегментированных зеркал , форма которых непрерывно регулируется управляемой компьютером активной оптической системой с использованием приводов, встроенных в опорную ячейку зеркала . [ необходима цитата ]
Подвижный вес верхнего купола составляет около 1000 тонн США, и может вращаться на колесах. [26] Двери купола весят 125 тонн каждая. [27] Купол изготовлен из сварных стальных пластин толщиной около 10 мм. [26]
Первое наблюдение телескопа Хейла за NGC 2261 было проведено 26 января 1949 года. [28]
За первые 50 лет своего существования телескоп Хейла внес значительный вклад в эволюцию звезд, космологию и астрофизику высоких энергий. [29] Аналогичным образом телескоп и разработанная для него технология продвинули вперед изучение спектров звезд, межзвездного вещества, активных ядер галактик и квазаров. [30]
Квазары были впервые идентифицированы как источники с высоким красным смещением по спектрам, полученным с помощью телескопа Хейла. [31]
Предстоящее приближение кометы Галлея (1P) к Солнцу в 1986 году было впервые обнаружено астрономами Дэвидом К. Джуиттом и Г. Эдвардом Дэниелсоном 16 октября 1982 года с помощью 200-дюймового телескопа Хейла, оснащенного ПЗС-камерой . [32]
Два спутника планеты Уран были открыты в сентябре 1997 года, в результате чего общее число известных спутников планеты на тот момент достигло 17. [33] Одним из них был Калибан (S/1997 U 1), который был открыт 6 сентября 1997 года Бреттом Дж. Гладманом , Филиппом Д. Николсоном , Джозефом А. Бернсом и Джоном Дж. Кавелаарсом с помощью 200-дюймового телескопа Хейла. [34] Другой открытый тогда спутник Урана — Сикоракс (первоначальное обозначение S/1997 U 2), также открытый с помощью 200-дюймового телескопа Хейла. [35]
В исследовании астероидной спектроскопии в среднем инфракрасном диапазоне (MIDAS) Корнеллского университета использовался телескоп Хейла со спектрографом для изучения спектров 29 астероидов. [36]
В 2009 году с помощью коронографа телескопа Хейла была обнаружена звезда Алькор B , которая является компаньоном Алькора в Большом Ковше . [37]
В 2010 году с помощью 200-дюймового телескопа Хейла был обнаружен новый спутник планеты Юпитер , названный S/2010 J 1, а позже названный Юпитер LI . [38]
В октябре 2017 года телескоп Хейла смог записать спектр первого идентифицированного межзвездного объекта 1I/2017 U1 («Оумуамуа»); хотя конкретный минерал не был идентифицирован, было показано, что у гостя был красноватый цвет поверхности. [39] [40]
В декабре 2023 года телескоп Хейла начал служить приемной антенной для эксперимента по оптической связи в дальнем космосе в рамках миссии НАСА « Психея» . [41]
До 2010 года телескопы могли напрямую получать изображения экзопланет только при исключительных обстоятельствах. В частности, проще получать изображения, когда планета особенно большая (значительно больше Юпитера ), удалена от своей родительской звезды и горячая настолько, что испускает интенсивное инфракрасное излучение. Однако в 2010 году группа из Лаборатории реактивного движения НАСА продемонстрировала, что вихревой коронограф может позволить малым телескопам напрямую получать изображения планет. [42]
Когда телескоп Хейла был введен в эксплуатацию в 1949 году, его площадь собирания света была в четыре раза больше, чем у второго по величине телескопа. Другими современными телескопами были телескоп Хукера в обсерватории Маунт-Вилсон и телескоп Отто Струве в обсерватории Макдональда. [ необходима цитата ]
