Телескоп Хейла — 200-дюймовый (5,1 м) телескоп-рефлектор с диафрагмой f / 3,3 в Паломарской обсерватории в округе Сан-Диего , штат Калифорния , США, названный в честь астронома Джорджа Эллери Хейла . При финансовой поддержке Фонда Рокфеллера в 1928 году он организовал планирование, проектирование и строительство обсерватории, но, поскольку реализация проекта заняла 20 лет, он не дожил до ее ввода в эксплуатацию. Hale был новаторским для своего времени, имея диаметр в два раза больше, чем второй по величине телескоп , и стал пионером во многих новых технологиях в конструкции крепления телескопа , а также в разработке и изготовлении большого «сотового» зеркала из пирекса с алюминиевым покрытием и низким тепловым расширением . [1] Он был завершен в 1949 году и до сих пор активно используется.
Телескоп Хейла представлял собой технологический предел в создании больших оптических телескопов на протяжении более 30 лет. Это был самый большой телескоп в мире с момента его постройки в 1949 году до постройки советского БТА-6 в 1976 году и второй по величине до строительства обсерватории Кек-1 на Гавайях в 1993 году.
Хейл руководил строительством телескопов в обсерватории Маунт-Вилсон на гранты Вашингтонского института Карнеги : 60-дюймовый (1,5 м) телескоп в 1908 году и 100-дюймовый (2,5 м) телескоп в 1917 году. Эти телескопы были очень успешными. , что привело к быстрому прогрессу в понимании масштабов Вселенной в 1920-е годы и продемонстрировало таким провидцам, как Хейл, необходимость в еще более крупных коллекционерах. [ нужна цитата ]
Главным оптическим конструктором предыдущего 100-дюймового телескопа Хейла был Джордж Уиллис Ричи , который планировал, что новый телескоп будет построен по конструкции Ричи-Кретьена . По сравнению с обычным параболическим первичным объективом эта конструкция обеспечивала бы более четкое изображение в большем полезном поле зрения. Однако Ричи и Хейл поссорились. Поскольку проект уже опоздал и бюджет превысил бюджет, Хейл отказался принять новый дизайн с его сложными изгибами, и Ричи покинул проект. Телескоп Маунт-Паломар-Хейл оказался последним ведущим в мире телескопом с параболическим главным зеркалом . [2]
В 1928 году Хейл получил от Фонда Рокфеллера грант в размере 6 миллионов долларов на «строительство обсерватории, включая 200-дюймовый телескоп-рефлектор», которым будет управлять Калифорнийский технологический институт (Калтех), одним из основателей которого был Хейл. В начале 1930-х годов Хейл выбрал участок на высоте 1700 м (5600 футов) на горе Паломар в округе Сан-Диего, Калифорния , США, как лучший участок, который с меньшей вероятностью будет затронут растущей проблемой светового загрязнения в городских центрах, таких как Лос-Анджелес . Анджелес . Компания Corning Glass Works получила задание изготовить главное зеркало диаметром 200 дюймов (5,1 м). Строительство 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 открыт. [3] Из-за небольших искажений изображений в течение 1949 года в телескоп вносились поправки. Для исследования он стал доступен в 1950 году. [3]
Функционирующая модель телескопа в масштабе одной десятой также была изготовлена в Corning. [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 , нацеливаясь на NGC 2261 , объект, также известный как объект Хаббла. Переменная туманность. [7] [8]
Телескоп по-прежнему используется каждую ясную ночь для научных исследований астрономами из Калифорнийского технологического института и их партнерами по эксплуатации, Корнельским университетом , Калифорнийским университетом и Лабораторией реактивного движения . Он оснащен современными оптическими и инфракрасными формирователями изображений, спектрографами и системой адаптивной оптики [9] . Он также использовал технологию Lucky Cam , которая в сочетании с адаптивной оптикой приблизила разрешение зеркала к его теоретическому разрешению для определенных типов просмотра. [9]
Одна из стеклянных тестовых заготовок для телескопа Хейла, сделанная в лабораториях Корнинга, использовалась для изготовления 120-дюймового (300 см) главного зеркала телескопа К. Дональда Шейна . [10]
Площадь сбора зеркала составляет около 31 000 квадратных дюймов (20 квадратных метров). [11]
В телескопе Хейла используется особый тип экваториальной монтировки , называемый «подковообразной монтировкой», модифицированное крепление с хомутом, заменяющее полярный подшипник открытой конструкцией «подковы», которая дает телескопу полный доступ ко всему небу, включая Полярную звезду и звезды рядом с ней. . В сборке оптической трубки (OTA) используется ферма Серрюрье , недавно изобретенная Марком У. Серрюрье из Калифорнийского технологического института в Пасадене в 1935 году, предназначенная для изгиба таким образом, чтобы удерживать всю оптику на одной линии. [12]
Первоначально в телескопе Хейла планировалось использовать главное зеркало из плавленого кварца, произведенное General Electric, [13] , но вместо этого главное зеркало было отлито в 1934 году на стекольном заводе Corning 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 выступающими блоками формы (по форме напоминающими вафельницу ). В результате было создано сотовое зеркало , которое сократило необходимое количество пирекса с более чем 40 коротких тонн (36 т) до всего лишь 20 коротких тонн (18 т), в результате чего получилось зеркало, которое будет охлаждаться быстрее при использовании и иметь несколько «точек крепления» на назад, чтобы равномерно распределить его вес (примечание: рисунки см. во внешних ссылках в статье 1934 года). [15] Форма центрального отверстия также была частью формы, поэтому свет мог проходить через готовое зеркало, когда оно использовалось в конфигурации Кассегрена (заглушка из пирекса для этого отверстия также была изготовлена для использования в процессе шлифовки и полировки). [16] ). Пока стекло заливалось в форму во время первой попытки отлить 200-дюймовое зеркало, из-за сильной жары несколько формовочных блоков оторвались и всплыли наверх, разрушив зеркало. Дефектное зеркало использовалось для проверки процесса отжига. После модернизации формы было успешно отлито второе зеркало. [ нужна цитата ]
После охлаждения в течение нескольких месяцев готовую заготовку зеркала перевезли по железной дороге в Пасадену, штат Калифорния. [17] [18] Однажды в Пасадене зеркало было перевезено из железнодорожной платформы в специально разработанный полуприцеп для автомобильной перевозки, где оно будет полироваться. [19] В оптическом цехе в Пасадене (ныне здание синхротрона в Калифорнийском технологическом институте) использовались стандартные методы изготовления зеркал телескопа , чтобы превратить плоскую заготовку в точную вогнутую параболическую форму, хотя их приходилось выполнять в больших масштабах. Было сконструировано специальное приспособление для зеркальной ячейки длиной 240 дюймов (6,1 м) и массой 25 000 фунтов (11 т) , которое могло выполнять пять различных движений при шлифовке и полировке зеркала. [20] За 13 лет было отшлифовано и отполировано почти 10 000 фунтов (4,5 т) стекла, в результате чего вес зеркала снизился до 14,5 коротких тонн (13,2 т). Зеркало было покрыто (и до сих пор покрывается повторно каждые 18–24 месяца) отражающей алюминиевой поверхностью с использованием того же процесса вакуумного осаждения алюминия, изобретенного в 1930 году физиком и астрономом из Калифорнийского технологического института Джоном Стронгом . [21]
Зеркало Хейла размером 200 дюймов (510 см) было близко к технологическому пределу главного зеркала, сделанного из цельного жесткого куска стекла. [22] [23] Использование монолитного зеркала, намного большего, чем 5-метровый Хейл или 6-метровый БТА-6, непомерно дорого из-за стоимости как самого зеркала, так и массивной конструкции, необходимой для его поддержки. Зеркало большего размера также будет слегка прогибаться под собственным весом при повороте телескопа в разные положения, [24] [25] меняя прецизионную форму поверхности, которая должна быть с точностью до 2 миллионных дюйма (50 нм) . ). В современных телескопах диаметром более 9 метров для решения этой проблемы используется другая конструкция зеркала: либо одно тонкое гибкое зеркало, либо группа сегментированных зеркал меньшего размера , форма которых постоянно регулируется системой активной оптики с компьютерным управлением с помощью приводов, встроенных в опору зеркала. клетка . [ нужна цитата ]
Подвижная масса верхнего купола составляет около 1000 тонн США, он 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 телескопом Хейла было за NGC 2261 26 января 1949 года. [28]
За первые 50 лет своего существования телескоп Хейла внес значительный вклад в звездную эволюцию, космологию и астрофизику высоких энергий. [29] Точно так же телескоп и разработанная для него технология продвинули вперед изучение спектров звезд, межзвездного вещества, АЯГ и квазаров. [30]
Квазары были впервые идентифицированы как источники с высоким красным смещением по спектрам, полученным с помощью телескопа Хейла. [31]
Комета Галлея (1P), приближающаяся к Солнцу в 1986 году, была впервые обнаружена астрономами Дэвидом Джуиттом и Эдвардом Дэниэлсоном 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 количество известных на тот момент спутников планеты достигло 17. [33] Одним из них был Калибан (S/1997 U 1), который был открыт 6 сентября 1997 года Бреттом Дж. Гладманом , Филипом Д. Николсоном , Джозефом А. Бернсом и Джоном Дж. Кавелаарсом с помощью 200-дюймового телескопа Хейла. [34] Другая луна Урана, обнаруженная тогда, — это Сикоракс (первоначальное обозначение S/1997 U 2), она также была открыта с помощью 200-дюймового телескопа Хейла. [35]
В рамках исследования Корнеллской спектроскопии астероидов в среднем инфракрасном диапазоне (MIDAS) использовался телескоп Хейла со спектрографом для изучения спектров 29 астероидов. [36]
В 2009 году с помощью коронографа телескоп Хейла был обнаружен звезда Алькор B , которая является спутником Алькора в Большой Медведице . [37]
В 2010 году с помощью 200-дюймового спутника Хейла был обнаружен новый спутник планеты Юпитер , получивший название S/2010 J 1, а позже названный Юпитер LI . [38]
В октябре 2017 года телескоп Хейла смог записать спектр первого обнаруженного межзвездного объекта, 1I/2017 U1 («Оумуамуа»); хотя никакого конкретного минерала обнаружено не было, было видно, что посетитель имел 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 отображать экзопланеты только в исключительных обстоятельствах. В частности, изображения легче получать, когда планета особенно велика (значительно больше Юпитера ), далеко удалена от родительской звезды и горячая настолько, что излучает интенсивное инфракрасное излучение. Однако в 2010 году группа из Лаборатории реактивного движения НАСА продемонстрировала, что вихревой коронограф может позволить небольшим телескопам напрямую получать изображения планет. [42]
Площадь сбора света у Хейла была в четыре раза больше, чем у второго по величине телескопа, когда он был введен в эксплуатацию в 1949 году. Другими современными телескопами были телескоп Хукера в обсерватории Маунт-Вилсон и телескоп Отто Струве в обсерватории Макдональда. [ нужна цитата ]
