VISTA ( Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy ) — широкоугольный рефлекторный телескоп с зеркалом диаметром 4,1 метра, расположенный в Паранальской обсерватории в Чили . Он эксплуатируется Европейской южной обсерваторией и начал научную деятельность в декабре 2009 года. VISTA был задуман и разработан консорциумом университетов Соединенного Королевства во главе с Лондонским университетом королевы Марии [1] и стал натуральным вкладом в ESO в рамках соглашения о присоединении Великобритании, при этом подписка была оплачена Советом по научным и технологическим учреждениям Великобритании (STFC). [2]
VISTA — это обзорный телескоп, работающий в инфракрасном диапазоне, и на сегодняшний день это самый большой телескоп в мире, предназначенный для обзора неба в ближнем инфракрасном диапазоне. [2] Телескоп имеет только один инструмент: VIRCAM, Vista InfraRed CAMera. Это 3-тонная камера, содержащая 16 специальных детекторов, чувствительных к инфракрасному свету, с общим количеством пикселей 67 миллионов. [3]
В настоящее время разрабатывается прибор второго поколения под названием 4MOST, многообъектный спектрограф с волоконно-оптическим питанием на 2400 объектов , который должен начать работу на телескопе в 2025 году. [4]
Наблюдения на длинах волн, превышающих те, которые видны человеческому глазу, позволяют VISTA изучать объекты, которые практически невозможно увидеть в видимом свете, поскольку они холодные, скрыты облаками пыли или потому, что их свет был растянут в сторону более красных длин волн из-за расширения пространства во время долгого путешествия света из ранней Вселенной. [2]
VISTA проводит обзоры южного неба в ближнем инфракрасном диапазоне. Такие обзоры должны как возвращать прямые научные результаты, так и помогать выбирать объекты для дальнейших исследований с помощью более крупных телескопов. Существует два связанных проекта: широкоугольная камера (WFCAM) на инфракрасном телескопе Великобритании на Гавайях проводит инфракрасные обзоры северного неба, а обзорный телескоп VLT в Чили проводит обзоры южного неба в видимом свете.
.jpg/1280px-VISTA's_infrared_view_of_the_Lagoon_Nebula_(Messier_8).jpg)
Проект был инициирован в 1999 году консорциумом VISTA [5] из 18 университетов Соединенного Королевства (Великобритания), который получил финансирование из совместного инфраструктурного фонда правительства Великобритании и дополнительное финансирование от Совета по исследованиям физики элементарных частиц и астрономии . Проект оценивается в €46M (£36M). [6] [7]
Рассмотрев несколько мест в Чили , консорциум выбрал Паранальскую обсерваторию Европейской южной обсерватории (ESO), а именно вторичный пик в 1500 м от Очень большого телескопа (VLT). Консорциум выбрал Центр астрономических технологий Великобритании для технической ответственности за проектирование и строительство телескопа. Два года спустя — в 2002 году — Великобритания присоединилась к ESO, и VISTA стала неденежным компонентом вступительного взноса. Затем консорциум завершил строительство и ввод в эксплуатацию телескопа, а Совет по научным и технологическим объектам — от имени Великобритании — передал телескоп ESO на благо астрономов всех ее стран-членов. [3] [8]
Научные цели исследований VISTA, начатых в 2010 году, включают в себя многие из наиболее интересных проблем современной астрофизики, начиная от природы темной энергии и заканчивая угрозой астероидов, сближающихся с Землей. [2]
VISTA проводит шесть крупных публичных обзоров: UltraVISTA, VISTA Kilo-Degree Infrared Galaxy Survey (VIKING), VISTA Magellanic Survey (VMC), VISTA Variables in the Via Lactea (VVV), VISTA Hemisphere Survey (VHS), VISTA Deep Extragalactic Observations Survey (VIDEO). Они займут большую часть времени наблюдений в первые пять лет работы телескопа. Обзоры охватывают различные области неба на разной глубине, чтобы исследовать широкий круг научных вопросов. [9] Более подробную информацию о каждом из обзоров VISTA можно найти на веб-сайте ESO — VISTA Surveys и на веб-странице ESO — Public Surveys Projects.
Поскольку VISTA — это большой телескоп, который также имеет большое поле зрения, он может как обнаруживать слабые источники, так и быстро охватывать большие области неба. Каждое изображение VISTA захватывает часть неба, покрывающую примерно в десять раз площадь полной Луны, и он сможет обнаруживать и каталогизировать объекты по всему южному небу с чувствительностью, которая в сорок раз больше, чем та, которая была достигнута с более ранними инфракрасными обзорами неба, такими как весьма успешный обзор всего неба в двух микронах. Этот скачок в наблюдательной мощности — сравнимый с шагом в чувствительности от невооруженного глаза к первому телескопу Галилея — откроет огромное количество новых объектов и позволит создать гораздо более полные описи редких и экзотических объектов в южном небе. [3]
Наблюдения VISTA будут поддерживать исследования во многих астрономических областях. Ожидается, что в нашей галактике VISTA обнаружит много новых коричневых карликовых звезд и сможет проверить идеи о природе темной материи. Один обзор VISTA предназначен для поиска и изучения огромного количества переменных звезд в нашей галактике путем получения изображений одних и тех же областей неба в разное время. Используя данные VISTA, астрономы смогут составить карту структуры нашей галактики гораздо более подробно, чем когда-либо прежде. Другой обзор VISTA будет изучать наши соседние небольшие галактики, Магеллановы Облака и их окрестности. Данные VISTA также будут использоваться для создания трехмерной карты около 5% всей наблюдаемой Вселенной. В дальнейшем VISTA станет мощным инструментом для открытия удаленных квазаров и изучения эволюции галактик и скоплений галактик. Он поможет исследовать природу темной энергии, обнаружив очень далекие скопления галактик. [10] Инфракрасные измерения, полученные в ходе астрономического обзора VVV, были использованы для расширения космической шкалы расстояний , а именно путем предоставления надежных расстояний до звездных скоплений и переменных звезд цефеид . [11] [12]
Первое опубликованное изображение (слева) показывает туманность Пламя (NGC 2024), впечатляющее звездообразующее облако газа и пыли в знакомом созвездии Ориона (Охотника) и его окрестности. В видимом свете ядро объекта скрыто за густыми облаками пыли, но изображение VISTA, полученное в инфракрасном диапазоне, может проникнуть сквозь мрак и выявить скопление горячих молодых звезд, скрытых внутри. Широкое поле зрения камеры VISTA также захватывает свечение NGC 2023 и призрачную форму знаменитой туманности Конская Голова. [3]
Другие потрясающие изображения туманностей включают в себя виды туманности Ориона и туманности Лагуна , полученные с помощью VISTA. Картинка справа — широкоугольный вид туманности Ориона (Мессье 42), лежащей примерно в 1350 световых годах от Земли, сделанный с помощью инфракрасного обзорного телескопа VISTA в обсерватории Паранал ESO в Чили. Огромное поле зрения телескопа позволяет запечатлеть всю туманность и ее окрестности на одном снимке, а его инфракрасное зрение также означает, что он может заглянуть глубоко в обычно скрытые пылевые области и обнаружить любопытные выходки очень активных молодых звезд, похороненных там. [13] Изображение «Голубой лагуны» видно слева (под изображением туманности Пламя) — это инфракрасное изображение, полученное в рамках обзора VVV. На нем изображена звездная колыбель, называемая туманностью Лагуна (также известная как Мессье 8), которая находится на расстоянии около 4000–5000 световых лет от нас в созвездии Стрельца. [14]
VISTA также может смотреть далеко за пределы нашей галактики. В примере слева (под изображением туманности Ориона) телескоп сделал семейную фотографию скопления галактик в созвездии Печи (Химическая печь). Широкое поле позволяет запечатлеть множество галактик на одном изображении, включая поразительную спиральную галактику с перемычкой NGC 1365 и большую эллиптическую галактику NGC 1399. Изображение было создано из изображений, полученных через фильтры Z, J и Ks в ближней инфракрасной части спектра, и запечатлело множество членов скопления на одном изображении. В правом нижнем углу находится элегантная спиральная галактика с перемычкой NGC 1365, а слева — большая эллиптическая галактика NGC 1399, окруженная роем слабых шаровых скоплений. Изображение имеет размер около 1 на 1,5 градуса, а общее время экспозиции составило 25 минут. [15]
Цель многократного получения изображений больших областей неба с разрешением, ограниченным видимостью , привела к уникальной оптической конструкции. Главное зеркало представляет собой вогнутый гиперболоид диаметром 4,1 м и фокусным отношением около f/1 . Зеркало имеет форму мениска толщиной 17 см с центральным отверстием диаметром 1,2 м для размещения камеры в фокусе Кассегрена . Оно было отлито из церодура компанией Schott в Германии и впоследствии отполировано и обработано на ЛЗОС, Москва . Это самое большое зеркало такой формы и с таким коротким фокусным отношением; его полировка заняла 2 года, что оказалось дольше, чем предполагалось. [7] [16] Зеркало поддерживается рядом приводов (81 сзади и 24 по краю), которые позволяют управлять его формой с помощью компьютеров.
Вторичное зеркало представляет собой выпуклый гиперболоид диаметром 1,24 м. Сочетание двух гиперболических зеркал делает эту конструкцию квази- Ричи-Кретьена . Объединенное фокусное отношение составляет около f/3, но качество изображения двух зеркал по отдельности было бы плохим. [17] Вторичное зеркало установлено на гексаподной опоре, так что его положение, наклон и острие также контролируются компьютером.
Инфракрасная камера была создана консорциумом, состоящим из Лаборатории Резерфорда-Эпплтона , Центра астрономических технологий Великобритании и Даремского университета [18] , и является крупнейшей в мире, ее вес составляет почти три тонны. Телескоп и камера образуют единую оптическую конструкцию, поскольку три линзы коррекции поля в камере необходимы для проецирования сфокусированного изображения неба на детекторы.
Для инфракрасной камеры также жизненно важно блокировать тепловое излучение от телескопа и купола. Это достигается с помощью последовательности охлаждаемых перегородок перед линзами корректора поля. Кроме того, вторичное зеркало имеет меньший размер, чтобы избежать обнаружения краевых детекторов теплой структуры за пределами края первичного; это означает, что апертура, видимая любой точкой в плоскости изображения, составляет 3,7 м. Такая конструкция требует, чтобы вакуумный криостат камеры , который охлаждает детекторы, а также перегородки, был более 2 м в длину, с передним окном диаметром 95 см. Колесо фильтров прямо перед детекторами позволяет выбирать определенный диапазон длин волн инфракрасного излучения. [19]
На площади, соответствующей диаметру 1,65° на небе, плоскость изображения имеет 16 массивов инфракрасных детекторов, [17] каждый массив с 2048x2048 пикселями размером 20 мкм, что соответствует в среднем 0,34" на небе. [19] Фокусное расстояние 12,1 м в сочетании с перегородчатой апертурой 3,7 м дает фокусное отношение 3,26. Массивы разделены на 90% своей ширины в одном направлении и чуть менее 50% своей ширины в другом направлении. Таким образом, одна экспозиция соответствует пятнистому «отпечатку лапы» на небе. Чтобы заполнить пробелы и получить обычное изображение, по крайней мере шесть смещенных отпечатков лап должны быть объединены в «плитку», которая тогда будет 1,5° на 1,0°. Плоскость изображения камеры также имеет детекторы волнового фронта , используемые для управления формой главного зеркала и положением и наклоном/уклоном вторичного зеркала ( активная оптика ). Это компенсирует изгиб и обеспечивает сфокусированное изображение на всех высотах . [19]
Вершина холма, где находится VISTA, была сровнена с землей, чтобы возвести корпус и вспомогательное здание. Вспомогательное здание включает в себя помещения для мытья, снятия покрытия и покрытия главного зеркала. Покрытие может быть выполнено из алюминия или, как правило, из защищенного серебра для улучшения инфракрасных характеристик. [16] Фиксированное основание корпуса поддерживает вращающийся стальной купол. Две раздвижные двери образуют щель купола. Дополнительные панели купола могут быть открыты для увеличения вентиляции, а ветрозащитный экран может быть развернут для закрытия частей щели. Днем купол поддерживается при ночной температуре. [20]
После завершения телескоп был передан ESO, которая выбрала шесть общественных обзоров для VISTA, заняв 75% доступного времени наблюдений. Частные обзоры, которые займут оставшееся время, предлагаются ESO, которая будет планировать утвержденные предложения по наблюдениям. [22] Наблюдения проводятся операторами в обсерватории Паранал , удаленно от здания управления VLT . [20]
Сочетание большого массива детекторов и коротких и частых экспозиций, необходимых на инфракрасных длинах волн, приводит к высокой скорости передачи данных 200–300 ГБ за ночь. Быстрое сокращение в обсерватории Паранал будет использоваться для ежедневного контроля качества, но основной поток данных — это передача необработанных данных в штаб-квартиру ESO в Гархинге недалеко от Мюнхена , Германия , для загрузки в архив данных. Пользователи могут извлекать отпечатки лап (см. выше) и пропускать их через калибровочный конвейер для удаления инструментальных артефактов и калибровки астрометрии и фотометрии. Архивные данные также будут копироваться в систему потоков данных VISTA в Великобритании, где отпечатки лап будут объединяться в плитки (см. выше) и где из них будут готовиться исходные каталоги. [20] [22]
