Четверть века VLT

На этом снимке, сделанном вскоре после захода солнца, вы видите четыре телескопа (слева направо): Анту, Куйен, Мелипал и Йепун. Они находятся на высоте 2635 метров на горе Серро-Параналь в чилийской пустыне Атакама. С языка мапуче названия телескопов переводятся как «Солнце», «Луна», «Южный Крест» и «Венера». Все четыре телескопа объединены в одну систему — Очень большой телескоп (Very Large Telescope, VLT). Это основной исследовательский инструмент Паранальской обсерватории, входящей в состав Европейской южной обсерватории. Проектирование VLT началось в середине 1980-х годов, к сооружению обсерватории приступили в 1994 году, а ровно 25 лет назад телескоп Анту увидел первый свет — так называется первое изображение, полученное телескопом, не считая тестовых снимков. Это произошло в ночь с 25-го на 26 мая 1998 года. Окончательно Анту был введен в эксплуатацию 1 апреля 1999 года, в 1999–2000 годах вошли в строй и три остальных телескопа.

Первый свет телескопа Анту. Перед нами эллиптическая галактика М87 (Мессье 87): как и в других галактиках этого типа, образование звезд в ней практически прекратилось, и она в основном состоит из старых, холодных звезд, чем и объясняется ее красный цвет. Светлая точка в левой части снимка — находящаяся в центре галактики сверхмассивная черная дыра M87^*. Из активного ядра галактики в сторону нижнего правого угла фотографии вырывается струя плазмы (релятивистская струя), излучающая энергию в основном в синей и ультрафиолетовой областях спектра. Фото с сайта eso.org

Помимо имен собственных телескопы VLT имеют также технические названия: UT1, UT2, UT3 и UT4 (от англ. unit telescope — единичный телескоп). Они представляют собой одинаковые оптические телескопы с диаметром главного зеркала 8,2 м каждый (до ввода в строй Большого бинокулярного телескопа в 2005 году зеркала VLT были крупнейшими монолитными зеркалами в мире). Толщина каждого зеркала составляет 17,5 см; масса — 23 т.

Сравнение размеров зеркал некоторых наиболее известных телескопов. VLT выделен красной рамкой. Фото с сайта commons.wikimedia.org

Зеркала телескопов произведены немецкой компанией Schott. Для достижения максимальной точности их необходимо было тщательно отполировать: размеры неровностей должны быть примерно на порядок меньше длины волны света (то есть не превышать нескольких десятков нанометров). На полировку каждого зеркала, которой занималась французская компания Reosc, ушло около двух лет. Зеркала покрыты слоем алюминия толщиной 80 нм, расход алюминия на одно зеркало составляет всего 12 г. В ходе работы зеркала постепенно покрываются пылью и теряют свою отражательную способность, поэтому каждые 18 месяцев их очищают: алюминий полностью смывают, после чего зеркала вновь покрывают металлом.

Каждый из четырех телескопов установлен на специальной платформе, которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Суммарная масса платформы, телескопа и 25-метрового павильона, в котором он установлен, составляет 430 т. Однако трение в подшипниках платформы так мало, а сама она настолько точно сбалансирована, что телескопы можно вращать даже вручную. Павильоны, в которых расположены основные телескопы, вращаются вместе с самими телескопами: это сделано, чтобы поворот телескопа не создавал дополнительную турбулентность. Той же цели служит и специальная система терморегуляции и вентиляции внутри павильонов. А система активной оптики, управляющая формой основного зеркала, позволяет скомпенсировать влияние температурной деформации и искривление зеркала под действием силы тяжести. Для этого под каждым из больших зеркал расположены 150 приводов (актуаторов).

Телескопы могут принимать излучение с длиной волны от 300 нм до 24 мкм, то есть в диапазоне от ближнего ультрафиолетового до среднего инфракрасного. Максимальное угловое разрешение составляет 0,05″ (такой угловой размер имел бы нанесенный на борт МКС квадрат со стороной 10 см, когда станция оказалась бы над головой наблюдателя). Такие характеристики позволяют VLT, например, наблюдать некоторые крупные экзопланеты (то есть планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы), в том числе и удаленные от Земли на расстояние свыше ста световых лет.

Рядом с основными телескопами расположены четыре небольших вспомогательных (Auxiliary telescope, AT1–AT4) с зеркалами диаметром 1,8 м. Они построены бельгийской компанией AMOS в 2004–2006 годах и используются в режиме интерферометра (VLTI): излучение от наблюдаемого объекта одновременно фиксируют несколько телескопов. Поскольку расстояния от этих телескопов до объекта неодинаковы, излучаемая им электромагнитная волна принимается телескопами в разных фазах, вследствие чего при сложении этих волн получается так называемая интерференционная картина, по которой, после необходимой математической обработки, можно построить изображение наблюдаемого объекта. При работе в режиме интерферометра угловое разрешение VLT может увеличиться в 25 раз, до 0,002″: такую угловую величину имел бы объект размером 4 м, находящийся на Луне. Дело в том, что в этом режиме разрешение определяется не размером зеркал, а максимальным расстоянием между телескопами, участвующими в измерении (так называемой базовой линией) — а оно в режиме VLTI может достигать 200 м.

Основные телескопы тоже могут использоваться в режиме VLTI, но 80% своего времени они работают поодиночке. Вспомогательные же телескопы используются исключительно в режиме интерферометра: из-за сравнительно небольшого размера зеркал их нецелесообразно применять для одиночных наблюдений. Пожалуй, самым удивительным является то, что 33-тонные вспомогательные телескопы могут двигаться: они перемещаются по специальным рельсам вместе со своими павильонами (напрашивается сравнение с улиткой), чтобы образовать наиболее эффективную для наблюдения того или иного объекта конфигурацию. Каждый телескоп может занять одну из 30 оборудованных позиций, называемых станциями.

Вспомогательные телескопы. Светлые поверхности — «дороги», по которым они могут перемещаться. На заднем плане видны павильоны основных телескопов. Фото с сайта eso.org

Помимо основных и вспомогательных телескопов в состав комплекса VLT входит еще один инструмент — Обзорный телескоп (VLT Survey Telescope, VST). Этот широкоугольный телескоп сканирует небо и помогает отобрать наиболее интересные объекты, которые далее будут более детально исследованы VLT. Зеркала этого телескопа были изготовлены в России, на Лыткаринском заводе оптического стекла.

Основные и вспомогательные телескопы VLT. Хорошо видны рельсы, по которым перемещаются вспомогательные телескопы. В правой части снимка можно видеть павильон телескопа VST. На заднем плане — Тихий океан. Фото с сайта commons.wikimedia.org

Очень большой телескоп расположился на вершине горы Серро-Параналь всего в 12 километрах от побережья Тихого океана. С горы открывается прекрасный вид на океан и на закаты. Но это место было выбрано не ради красоты. Погода Атакамы, считающейся самой сухой пустыней Земли, дает возможность проводить наблюдения в среднем 320–330 ночей в году: облачность здесь бывает редко, а в воздухе практически отсутствуют водяные пары, которые могли бы задерживать регистрируемое телескопами излучение. Кроме того, эти безлюдные места довольно слабо подвержены загрязнению атмосферы и световому загрязнению. Другого «врага» астрономов — атмосферную турбулентность — помогает победить сложная система адаптивной оптики, которая в режиме реального времени оценивает характеристики турбулентности и с высокой частотой (сотни герц) подает команды на силовые приводы, деформирующие вторичное зеркало телескопа (см. картинку дня Очень большой телескоп). Работа этой системы позволяет практически полностью скомпенсировать негативные эффекты, вызванные влиянием атмосферы.

Несмотря на многочисленные достоинства у Паранальской обсерватории всё же есть один важный недостаток: она находится в сейсмоопасном районе. Это обстоятельство было учтено при проектировании VLT: телескопы оснащены защитной системой, которая автоматически активируется при землетрясении и «прихватывает» главные зеркала телескопов, страхуя их от падения или повреждения. Эту технологию довелось проверить в деле: за 25 лет телескопы пережили несколько землетрясений, включая достаточно сильные. Зеркала не пострадали.

VLT с высоты птичьего полета. Здание на переднем плане — пункт управления телескопом. На заднем плане виден еще один инструмент обсерватории, VISTA: как и VST, этот широкоугольный телескоп предназначен для быстрого сканирования неба. Фото с сайта eso.org

В обсерватории трудятся около 200 человек: помимо VLT, в ней установлены еще несколько телескопов. Есть и встроенный в гору отель на 108 номеров, который из-за окружающего пейзажа называют «гостиницей на Марсе». Кстати, в 2008 году в нем снимались эпизоды 22-го фильма «бондианы» — «Квант милосердия».

Вид на юго-западный фасад отеля. На горе виднеются павильоны основных телескопов VLT. Фото с сайта commons.wikimedia.org

Для обеспечения работы обсерватории автоцистерны каждый день привозят 60 т воды из Антофагасты, расположенной в 135 км: в Атакаме воды нет. Электроэнергию для работы телескопов и всей обсерватории изначально производили мощные дизель-генераторы, способные работать на различных видах топлива. В 2017 году обсерватория была подключена к чилийской электросети, а в 2022 году в строй ввели солнечную электростанцию мощностью 10 МВт. Она снабжает энергией Паранальскую обсерваторию и обсерватории Серро Армасонес (см. Cerro Armazones Observatory), где сейчас сооружается Чрезвычайно большой телескоп (Extremely Large Telescope, ELT) с невероятным диаметром зеркала — 39 м (правда, в отличие от VLT, это зеркало не монолитно: оно будет состоять из 798 шестиугольных сегментов). Его ввод в строй планируется в 2028 году.

Фото с сайта eso.org.

Алексей Деревянкин