Binocular telescope

Левиафан из Парсонстауна

  В начале 1840-х годов Уильям Парсонс, третий граф Росс, который жил в ирландском городе Парсонстаун (ныне этот город называется Бирр), решил создать самый большой телескоп в истории. И именно благодаря его проекту сегодня в Ирландии можно увидеть действительно самый большой в мире телескоп.

  Уильям Гершель, пионер в области астрономических исследований, в 1774 году построил телескоп, с помощью которого обнаружил более 5000 туманностей. Гершель также впервые обнаружил, что Уран — на самом деле не далекая звезда, а планета в нашей Солнечной системе. Кроме того, он нашел у Урана и Сатурна ряд спутников. К сожалению, Гершель не оставил заметок о том, как сделать большие зеркала, необходимые для подобных телескопов (на свое время он создал самое большое в мире зеркало).

  Поэтому Парсонсу пришлось начинать с самого начала. Прошло несколько лет напряженной работы и экспериментов, но в результате на свет появилось 183-сантиметровое зеркало толщиной 7,5 см, которое было изготовлено из 1,5 тонн оловянного и медного сплава. При изготовлении зеркала расплавленный металл был залит в пресс-форму с помощью кранов, а затем охлаждался в течение 16 недель. Новая технология изготовления позволила Парсонсу завершить работу намного быстрее, чем Гершель. Изначально Парсонс собирался сделать два рабочих зеркала, чтобы использовать сначала одно, а второе в это время чистить и полировать, а затем наоборот. Труба для установки в нее зеркал и поддерживающая основа были завершены в 1845 году. Устройство было настолько велико, что местные жители прозвали его «Левиафан».

  С помощью «Левиафана» Парсонс смог изучить туманности, которые описывал Гершель и его коллега Чарльз Мессье, а также проверил звездные скопления и туманности, которые они обнаружили. Парсонс увидел, что несколько туманностей имеют спиральный вид, такие как Messier 51 и галактика «Водоворот», а многие туманности на самом деле являются отдельными галактиками.

  Он изучил и описал Крабовидную туманность, а также изучил туманность Ориона. После того, как Уильям Парсонс умер в 1867 году, Лоуренс Парсонс, четвертый граф Росс, продолжал работать с телескопом. Джон Людвиг Эмиль Дрейер использовал телескоп с 1874 по 1878 годы, и начал составлять «Новый общий каталог туманностей и скоплений звезд».

  Телескоп «Левиафан» продолжал использоваться примерно до 1890 года. Он был частично демонтирован после того, как Лоренс Парсонс умер в 1908 году, а в 1914 году его разобрали и сохранили в разобранном варианте в Музее науки в Лондоне.

  Оригинальные подпорные стены, труба, второе зеркало и карданный шарнир были использованы для реконструкции телескопа в 1990-х годах Уильямом Леонардом Бренданом Клер Парсонс, седьмым и текущим графом Росс. Телескоп также был усовершенствован путем добавления нового зеркала и управляющих устройств.

  Те первые попытки использовать мощные телескопы в низменных районах научили астрономов искать возвышенности, чтобы уменьшить световой шум, а также засушливую местность, чтобы зеркало не тускнело так быстро. В 1917 году рекорд «Левиафана» в качестве самого большого телескопа - в обсерватории Маунт Вилсон в Калифорнии был построен 254-сантиметровый телескоп Хокера.

Российская академия наук намерена направить в ООН письмо с жалобой на спутниковую систему Илона Маска - Starlink

Как делают гигантские зеркала для телескопов

Пустыня Атакама в Чили — райское место для астрономов. Уникальная чистота воздуха, благоприятные атмосферные условия в течение года и крайне низкий уровень светового загрязнения делают этот негостеприимный район идеальным местом для строительства гигантских телескопов. Например, телескоп E-ELT, под который уже готовят строительную площадку. Однако это не единственный масштабный проект подобного рода. С 2005 года ведутся работы по созданию ещё одного впечатляющего астрономического инструмента, Гигантского Магелланова Телескопа (GMT).

Так он будет выглядеть после окончания строительства в 2020 году:

В основе его оптической системы лежит отражающая поверхность из 7 огромных круглых зеркал. Каждое диаметром 8,4 м и массой20 тонн. Само по себе изготовление таких зеркал, да ещё и с требуемой точностью, представляет настоящий инженерный шедевр.

Как же создаются подобные изделия? Об этом далее.

На текущий момент изготовлено два зеркала, третье отлито и постепенно охлаждается, четвёртое запланировано к отливке на конец этого года (2014-й на момент написания статьи). Производственный процесс разработан специалистами Лабораторией зеркал обсерватории Стюарда Университета Аризоны (University of Arizona's Steward Observatory Mirror Lab).

Каждое зеркало составляется из большого количества шестиугольных сегментов, что позволило в 5 раз снизить массу изделия по сравнению цельнолитым зеркалом такого же размера. Заготовки из высококачественного боросиликатного стекла изготавливаются в Японии. Толщина сегментов не превышает 28 мм, что положительно влияет на условия эксплуатации — такое зеркало будет быстро принимать температуру окружающей среды, что предотвратит возникновение колебаний воздуха у поверхности и искажение изображения.

Подложки для сегментов зеркала.

Также облегчённость конструкции самих зеркал позволит собрать отражающую поверхность телескопа GMT диаметром 25 метров всего лишь из 7 основных и 7 вторичных зеркал. Это в разы упрощает настройку и управление телескопом.

Сравните это с 798 сегментами в проекте E-ELT.

После укладки стеклянных заготовок на подложки (1681 шт), сверху вся площадь будущего зеркала накрывается огромной вращающейся печью. Температура достигает 1178 градусов Цельсия, скорость вращения печи — 5 оборотов в минуту. В результате сегменты сплавляются и образуют единый стеклянный массив с параболической формой поверхности. Вращение печи за счёт центробежной силы как раз и позволяет грубо сформировать параболическую поверхность.

После этого начинается долгий процесс контролируемого равномерного охлаждения, в той же самой вращающейся печи. Он занимает три месяца, чтобы предотвратить появление трещин из-за слишком быстрого охлаждения. По окончании охлаждения, будущее зеркало аккуратно снимается с термостойкой подложки и переносится на полировочный стенд.

Далее начинается ещё более длительный и кропотливый процесс полировки зеркала. В отличие от зеркал сферических, кривизна поверхности которых постоянна, полировка гигантского параболического зеркала высочайшей точности представляет собой очень непростую задачу. В случае с зеркалами для GMT отклонение от сферической формы составило 14 мм.

Вообще, параболические линии и поверхности являются, так сказать, неестественными. Почти весь доступный и создаваемый инструментарий так или иначе связан с окружностями и сферами, поэтому учёным и технологам пришлось поломать голову над полировкой зеркала.



Один из основных инструментов представляет собой вращающийся диск диаметром около 1 м, с дозаторами полировальных веществ. Диск может перемещаться вдоль направляющей рельсы, в то время как само зеркало вращается вокруг оси на полировальном стенде.



Это алмазный шлифовальный инструмент для основной обработки поверхности, предназначенный для выравнивания большинства дефектов поверхности стекла и придания седловидной формы. Дело в том, что в ходе вращения жидкое стекло приняло форму симметричной параболы, что является наиболее близким приближением. И для получения седловидной параболической поверхности осуществляется управляемое компьютером шлифование, в ходе которого снимается 6-8 мм стекла. Точность обработки поверхности на данном этапе достигает 100 микрон.



Далее начинается полирование. После каждого цикла полировки с помощью интерферометра проводится измерение поверхности зеркала. Лазерным лучом сканируется вся площадь зеркала, а различные отклонения отражённого луча на выпуклостях и впадинах фиксируются и составляется карта дефектов. Разрешение интерферометра составляет около 5 нанометров.

На основании составленной карты дефектов компьютер управляет инструментами в ходе последующего цикла полировки, тратя больше времени или применяя большее давление при обработке конкретных участков. Для точечного исправления обнаруживаемых одиночных дефектов также использовались полировальные круги диаметром от 10 до 35 см с достаточно гибкими подошвами, повторяющими кривизну поверхности зеркала.

Для задач, которые будет выполнять телескоп, допускается наличие дефектов поверхности не более 25 нанометров. И добиться этого очень непросто. Полировка первого зеркала в итоге заняла около года.

Оригинал | Статья на Вики