78 подвижных актуаторов 3,5-метрового итальянского Национального телескопа «Галилео» (Telescopio Nazionale Galileo, TNG, 1998). Фото: SPL/EAST NEWS

Фасеточные глаза Земли

Опыт БТА довольно характерен для истории телескопостроения. Всякий раз, когда инструменты подходили к пределу возможностей определенной технологии, кто-то безуспешно пытался пойти чуть дальше, ничего принципиально не меняя. Вспомните парижский рефрактор и рефлектор «Левиафан». Для преодоления 5-метрового рубежа требовались новые подходы, но, располагая формально крупнейшим телескопом в мире, в СССР уже не стали их развивать.

Первая из революционно новых технологий была опробована в 1979 году, когда в Аризоне заработал многозеркальный телескоп Уиппла (Fred Lawrence Whipple Multiple Mirror Telescope, MMT). На общей монтировке было установлено сразу шесть относительно небольших телескопов диаметром 1,8 метра каждый. Компьютер контролировал их взаимное расположение и сводил все шесть пучков собранного света в общий фокус. В результате получался инструмент, эквивалентный 4,5-метровому телескопу по светособирающей площади и 6,5-метровому по разрешающей способности.

Давно замечено, что стоимость телескопа с монолитным зеркалом растет примерно как куб его диаметра. Значит, собрав большой инструмент из шести маленьких, можно сэкономить от половины до трех четвертей стоимости и одновременно избежать колоссальных технических трудностей и рисков, связанных с изготовлением одного огромного объектива. Работа первого многозеркального телескопа не была беспроблемной, точность сведения пучков периодически оказывалась недостаточной, но отработанная на нем технология стала впоследствии широко применяться. Достаточно сказать, что она использована в нынешнем мировом рекордсмене — Большом бинокулярном телескопе (Large Binocular Telescope, LBT) , состоящем из двух 8,4-метровых инструментов, установленных на одной монтировке.

Есть и другая многозеркальная технология, в которой одно большое зеркало составляется из множества пригнанных друг к другу сегментов, обычно шестиугольной формы. Она хороша для телескопов со сферическими зеркалами, поскольку в этом случае все сегменты оказываются совершенно одинаковыми и их можно изготавливать буквально на конвейере. Например, в телескопе Хобби-Эберли, а также в его копии — Большом Южно-Африканском телескопе (SALT) сферические зеркала размером 11х9,8 метра составлены из 91 сегмента — на сегодня это рекордная величина. Зеркала 10-метровых телескопов Кека на Гавайях, возглавлявших рейтинг крупнейших телескопов мира с 1993 по 2007 год, тоже многосегментные: каждое составлено из 36 шести угольных фрагментов. Так что сегодня Земля вглядывается в космос фасеточными глазами.

От жесткости к управляемости

Как стало ясно из упоминания о Большом бинокулярном телескопе, перешагнуть 6-метровый барьер удалось и цельным зеркалам. Для этого надо было просто перестать полагаться на жесткость материала и поручить поддержание формы зеркала компьютеру. Тонкое (10—15 сантиметров) зеркало укладывается тыльной стороной на десятки или даже сотни подвижных опор — актуаторов. Их положение регулируется с нанометровой точностью так, чтобы при всех тепловых и упругих напряжениях, возникающих в зеркале, его форма не отклонялась от расчетной. Впервые такая активная оптика был опробована в 1988 году на небольшом Северном оптическом телескопе (Nordic Optical Telescope, 2,56 метра), а еще через год — в Чили на Телескопе новых технологий (New Technology Telescope, NTT, 3,6 метра). Оба инструмента принадлежат Европейскому Союзу, который, обкатав на них активную оптику, применил ее для создания своего главного наблюдательного ресурса — системы VLT (Very Large Telescope, Очень большой телескоп), четверки 8-метровых телескопов, установленных в Чили .

Согласно проекту, так будет выглядеть башня 30-метрового телескопа TMT в 2018 году. Фото: TMT OBSERVATORY CORP.

Консорциум американских университетов, объединенных в проекте «Магеллан», также использовал активную оптику при создании двух телескопов, носящих имена астронома Вальтера Бааде и филантропа Ландона Клея. Особенность этих инструментов — рекордно короткое фокусное расстояние главного зеркала: всего на четверть больше диаметра, составляющего 6,5 метра. Зеркало толщиной около 10 сантиметров отливали во вращающейся печи, чтобы, застывая, оно под действием центробежных сил само приняло форму параболоида. Внутри заготовка была армирована специальной решеткой, контролирующей тепловые деформации, а тыльной стороной зеркало опирается на систему из 104 актуаторов, поддерживающих правильность его формы при любых поворотах телескопа.

А в рамках проекта «Магеллан» уже началось создание гигантского многозеркального телескопа, в котором будет семь зеркал, каждое диаметром 8,4 метра. Собирая свет в общий фокус, они будут эквивалентны по площади зеркалу диаметром 22 метра, а по разрешению — 25-метровому телескопу. Интересно, что шесть зеркал, располагаемых, по проекту, вокруг центрального, будут иметь асимметричную параболическую форму, чтобы собирать свет на оптической оси, проходящей заметно в стороне от самих зеркал. По планам этот Гигантский телескоп (Giant Magellan Telescope, GMT) должен войти в строй к 2018 году. Но весьма вероятно, что к тому времени он уже не будет рекордным.

Дело в том, что другой консорциум американских и канадских университетов работает над проектом 30-метрового телескопа (Thirty Meter Telescope, TMT) с объективом из 492 шестиугольных зеркал размером 1,4 метра каждое. Его ввод в строй также ожидается в 2018 году. Но опередить всех может еще более амбициозный проект по созданию Европейского чрезвычайно большого телескопа (European Extremely Large Telescope, E-ELT) диаметром 42 метра. Предполагается, что его зеркало будет состоять из тысячи шестиугольных сегментов размером 1,4 метра и толщиной 5 сантиметров. Форма их будет поддерживаться системой активной оптики. И, конечно, такой инструмент просто лишен смысла без адаптивной оптики, компенсирующей турбулентность атмосферы. Зато с ее использованием он будет вполне способен непосредственно исследовать планеты у других звезд. Финансирование работ по этому проекту было одобрено Европейским союзом в этом году, после того как был отвергнут слишком рискованный проект OWL (Overwhelmingly Large Telescope, Ошеломляюще большой телескоп), предполагавший создание сразу 100-метрового телескопа. В самом деле, пока просто непонятно, не столкнутся ли создатели столь крупных установок с новыми принципиальными проблемами, которые не удастся преодолеть на существующем уровне технологий. Как-никак вся история телескопостроения говорит о том, что рост инструментов должен быть постепенным.

Как был изобретен телескоп

Часто говорят, что Галилей изобрел телескоп. Но хорошо документировано появление зрительной трубы в Голландии за год до работ Галилея. Нередко можно слышать, что Галилей первым использовал трубу для астрономических наблюдений. И это тоже неверно. Однако анализ хронологии полутора лет (от появления зрительной трубы до публикации Галилеем своих открытий) показывает, что он был первым телескопостроителем, то есть первым создал оптический прибор специально для астрономических наблюдений (и разработал технологию шлифовки линз для него), и случилось это ровно 400 лет назад, в конце осени 1609 года. И, конечно, Галилею принадлежит честь первых открытий с помощью нового инструмента. 

Реплика первого телескопа-рефрактора Галилея. Фото: SSPL/EAST NEWS

Август — сентябрь 1608 — На Франкфуртской ярмарке некий голландец (возможно, это был Захариас Янсен) пытается продать германскому аристократу Хансу Филиппу Фуксу фон Бимбаху зрительную трубу. Не купив ее из-за трещины в линзе, фон Бимбах сообщает об устройстве своему другу, немецкому астроному Симону Мариусу. Тот пытается воспроизвести инструмент по описанию, но терпит неудачу из-за низкого качества линз.