Обсерватория WM Keck — астрономическая обсерватория с двумя телескопами на высоте 4145 метров (13 600 футов) недалеко от вершины Мауна-Кеа в американском штате Гавайи . Оба телескопа имеют апертуру главных зеркал 10 м (33 фута), и после завершения строительства в 1993 (Keck I) и 1996 (Keck II) годах они были крупнейшими оптическими рефлекторными телескопами в мире. С 2006 года они стали третьим и четвертым по величине.
Обзор
С концепцией, впервые предложенной в 1977 году, конструкторы телескопа Терри Маст из Калифорнийского университета в Беркли и Джерри Нельсон из Лаборатории Лоуренса в Беркли разрабатывали технологию, необходимую для создания большого наземного телескопа. [1] В 1985 году Говард Б. Кек из Фонда WM Keck выделил 70 миллионов долларов на финансирование строительства телескопа Keck I, которое началось в сентябре 1985 года. Первый свет появился 24 ноября 1990 года, используя 9 из 36 возможных сегментов. Когда строительство первого телескопа было уже достаточно продвинуто, дальнейшие пожертвования позволили начать строительство второго телескопа, начав его в 1991 году. Телескоп Keck I начал научные наблюдения в мае 1993 года, в то время как первый свет Keck II появился 27 апреля 1996 года.
Телескоп Keck II, демонстрирующий сегментированное главное зеркало
Ключевым достижением, позволившим построить телескопы Кека, было использование активной оптики для работы меньших зеркальных сегментов как единого смежного зеркала. Зеркало аналогичного размера, отлитое из цельного куска стекла, не могло быть сделано достаточно жестким, чтобы точно сохранять свою форму; оно микроскопически провисало бы под собственным весом при повороте в разные положения, вызывая аберрации в оптическом 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] В телескопе каждый сегмент удерживается в стабильном состоянии системой активной оптики , которая использует чрезвычайно жесткие опорные конструкции в сочетании с тремя приводами под каждым сегментом. Во время наблюдения управляемая компьютером система датчиков и приводов динамически регулирует положение каждого сегмента относительно его соседей, сохраняя точность формы поверхности в четыре нанометра . По мере перемещения телескопа эта корректировка дважды в секунду компенсирует влияние гравитации и других экологических и структурных эффектов, которые могут повлиять на форму зеркала.
Каждый телескоп Кека установлен на альтазимутальной монтировке . Большинство современных телескопов класса 8–10 м используют альтазимутальные конструкции из-за сниженных требований к конструкции по сравнению со старыми экваториальными конструкциями . Альтазимутальная монтировка обеспечивает наибольшую прочность и жесткость при наименьшем количестве стали, что для обсерватории Кека составляет около 270 тонн на телескоп, в результате чего общий вес каждого телескопа составляет более 300 тонн. Две предлагаемые конструкции для телескопов следующего поколения 30 и 40 м используют ту же базовую технологию, впервые разработанную в обсерватории Кека: гексагональную зеркальную решетку в сочетании с альтазимутальной монтировкой.
Каждый из двух телескопов имеет главное зеркало с 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 проводить наблюдения во многих частях видимого и ближнего инфракрасного спектра.
Время телескопа выделяется учреждениями-партнерами. Калтех, Гавайский университет и Калифорнийский университет принимают предложения от своих исследователей; НАСА принимает предложения от исследователей, базирующихся в Соединенных Штатах.
Джерри Нельсон , научный сотрудник проекта телескопа Кека, внес вклад в последующие многозеркальные проекты вплоть до своей смерти в июне 2017 года. Он задумал одно из нововведений Кеков — отражающую поверхность из нескольких тонких сегментов, действующих как одно зеркало. [5]
Инструменты
Обсерватория Кека крупным планомСпектроскопические возможности инструментов обсерватории Кека по состоянию на конец 2019 года. Режимы инструментов отображаются в виде цветных ячеек со спектральным разрешением (разрешающей способностью) и диапазоном длин волн. Неспектроскопические (т. е. только визуализирующие) инструменты не показаны.
МОСФАЙР
MOSFIRE ( многообъектный спектрометр для инфракрасных исследований ), [6] инструмент третьего поколения, был доставлен в обсерваторию Кека 8 февраля 2012 года; первый свет был получен на телескопе Kecks I 4 апреля 2012 года. Многообъектная спектрографическая широкоугольная камера для ближнего инфракрасного диапазона (от 0,97 до 2,41 мкм), ее особой особенностью является ее криогенный конфигурируемый щелевой блок (CSU), который перенастраивается с помощью дистанционного управления менее чем за шесть минут без какого-либо термоциклирования. Стержни движутся с каждой стороны, образуя до 46 коротких щелей. Когда стержни удаляются, MOSFIRE становится широкоугольным формирователем изображений. Он был разработан командами из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе ( UCLA ), Калифорнийского технологического института ( Caltech ) и Калифорнийского университета в Санта-Круз (UCSC). Его соруководителями являются Ян С. Маклин ( UCLA ) и Чарльз С. Стайдель (Caltech), а проектом руководил менеджер программы инструментов WMKO Шон Эдкинс. MOSFIRE частично финансировался Программой инструментов системы телескопа (TSIP), управляемой AURA и финансируемой Национальным научным фондом; и частным пожертвованием WMKO от Гордона и Бетти Мур. [7]
ДЕЙМОС
Спектрограф Deep Extragalactic Imaging Multi-Object Spectrograph способен собирать спектры 130 галактик или более за одну экспозицию. В режиме «Mega Mask» DEIMOS может снимать спектры более 1200 объектов одновременно, используя специальный узкополосный фильтр.
НАНИМАЕТ
Самый большой и самый механически сложный из основных инструментов обсерватории Кека, спектрометр высокого разрешения Эшелле разбивает входящий свет на его 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 измерения лучевой скорости составляет до одного метра в секунду (1,0 м/с). [8] Предел обнаружения инструмента на расстоянии 1 а.е. составляет 0,2 МДж . [9 ]
Спектрограф с низким разрешением — это слабый инструмент, способный снимать спектры и изображения самых далеких известных объектов во Вселенной. Инструмент оснащен красным и синим плечами для исследования звездных популяций далеких галактик, активных ядер галактик , галактических скоплений и квазаров .
ЛВС
Длинноволновый спектрометр для телескопа Keck I — это спектрометр с решеткой и визуализацией, работающий в диапазоне длин волн 3–25 микрон. Как и NIRC, LWS был инструментом переднего CASS и использовался для изучения кометных, планетарных и внегалактических объектов. В настоящее время LWS выведен из научных наблюдений.
НИРК
Ближняя инфракрасная камера для телескопа Keck I настолько чувствительна, что может обнаружить эквивалент пламени одной свечи на Луне . Такая чувствительность делает ее идеальной для сверхглубоких исследований галактического образования и эволюции, поиска протогалактик и изображений квазарных сред. Она обеспечила новаторские исследования Галактического центра , а также используется для изучения протопланетных дисков и массивных областей звездообразования . NIRC был выведен из научных наблюдений в 2010 году.
НИРК-2
Второе поколение ближней инфракрасной камеры работает с системой адаптивной оптики Keck для получения наземных изображений и спектроскопии с самым высоким разрешением в диапазоне 1–5 микрометров (мкм). Типичные программы включают картографирование особенностей поверхности тел Солнечной системы , поиск планет вокруг других звезд и анализ морфологии удаленных галактик.
НИРЕС
Эшеллетт-спектрометр ближнего инфракрасного диапазона — это спектрограф, который обеспечивает одновременное покрытие длин волн от 0,94 до 2,45 мкм .
Спектрограф инфракрасного изображения с подавлением OH — это спектрограф ближнего инфракрасного диапазона для использования с адаптивной оптической системой Keck I. OSIRIS снимает спектры в небольшом поле зрения, чтобы предоставить серию изображений на разных длинах волн. Прибор позволяет астрономам игнорировать длины волн, на которых атмосфера Земли ярко светится от выбросов молекул OH ( гидроксила ), что позволяет обнаруживать объекты в 10 раз более слабые, чем было доступно ранее. Первоначально установленный на телескопе Keck II, в январе 2012 года OSIRIS был перемещен на телескоп Keck I.
Интерферометр Кека
Интерферометр позволил объединить свет от обоих телескопов Кека в 85-метровый (279 футов) базовый, ближний инфракрасный, оптический интерферометр . Эта длинная база дала интерферометру эффективное угловое разрешение 5 миллисекунд дуги (мсд) на 2,2 мкм и 24 мсд на 10 мкм. Несколько внутренних приборов позволили интерферометру работать в различных режимах, работая в диапазонах H, K и L ближнего инфракрасного диапазона, а также обнуляя интерферометрию . По состоянию на середину 2012 года интерферометр Кека был прекращен из-за отсутствия финансирования.
Оба телескопа обсерватории Кека оснащены адаптивной оптикой лазерной направляющей звезды , которая компенсирует размытость изображения из-за атмосферной турбулентности . Оборудование является первой системой адаптивной оптики, работающей на большом телескопе, и постоянно модернизируется для расширения его возможностей.
Слева : Вершина Мауна-Кеа считается одним из важнейших мест в мире для астрономических наблюдений. Двойные телескопы Кека являются одними из крупнейших оптических/ближнеинфракрасных инструментов, используемых в настоящее время в мире. В середине : Ночное небо и лазер обсерватории Кека для адаптивной оптики. Справа : Обсерватория WM Кека на закате
^ "In Memoriam: Terry Mast (1943 - 2016)". UC Santa Cruz News . Получено 28 июля 2019 г.
^ Линн Яррис (1992). «Революция Кека в конструкции телескопов, впервые осуществленная в лаборатории Лоуренса в Беркли» . Получено 7 октября 2016 г.
^ Mast, TS; Nelson, JE (1988). Ulrich, Marie-Helene (ред.). "Сегменты главного зеркала телескопа Кека: изготовление и поддержка". Very Large Telescopes and Their Instrumentation, ESO Conference and Workshop Proceedings, Proceedings of a ESO Conference on Very Large Telescopes and Their Instrumentation . Гархинг, Германия: Европейская южная обсерватория (ESO): 411. Bibcode : 1988ESOC...30..411M.
^ Ханс Ф. Мориан; Петер Хартманн; Ральф Едамзик; Хартмут В. Хёнесс. "ZERODUR для больших сегментированных телескопов" (PDF) . SCHOTT Glas. Архивировано из оригинала (PDF) 31 июля 2009 г. . Получено 17 апреля 2009 г. .
^ Льюис, Хилтон. «Памяти Джерри Нельсона, легендарного конструктора телескопов». Scientific American Blog Network . Получено 16 июня 2017 г.
^ «MOSFIRE — научно обоснованные возможности».
^ "MOSFIRE, многообъектный спектрометр для инфракрасных исследований в обсерватории Кека" (PDF) . irlab.astro.ucla.edu. Архивировано из оригинала (PDF) 23 марта 2015 г. . Получено 13 ноября 2019 г. .
^ NASA. "Открытия Кеплера - О последующих наблюдениях". NASA . Архивировано из оригинала 21 июля 2011 г.
^ "The NASA-UC Eta-Earth Survey At Keck Observatory". Китайская академия наук . 16 октября 2010 г. Архивировано из оригинала 4 июля 2011 г. Получено 21 февраля 2015 г.
Дальнейшее чтение
Барри Паркер, «Лестница к звездам: история крупнейшей в мире обсерватории» , Plenum Press, Нью-Йорк и Лондон, 1994, ISBN 0-306-44763-0 — содержит обширный материал о строительстве Кека I.
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Обсерватория Кека» .
Обсерватория имени В. М. Кека (официальный сайт)
Обсерватории Мауна-Кеа (официальный сайт)
Архив обсерватории Кека (KOA)
Лаборатория Лоуренса в Беркли, Революция в конструкции телескопов Архивировано 22 декабря 2017 г. на Wayback Machine
Фотографии телескопов Кека и других обсерваторий Мауна-Кеа из книги «Нежный дождь звездного света: история астрономии на Мауна-Кеа» Майкла Дж. Уэста. ISBN 0-931548-99-3 .
