Сегментированное зеркало
Сегментированное зеркало — массив меньших зеркал, разработанный с учётом возможности их работы в виде единого зеркала. Сегменты могут быть как сферической формы, так и асимметричными (если сегменты должны стать частью параболического зеркала[1]). Используется как объектив в крупных телескопах-рефлекторах. Все сегменты должны быть отполированы до точно заданной формы и выровнены с помощью контролируемой компьютером системы активной оптики с использованием актуаторов. Сама идея и необходимые технологии изначально разрабатывались под руководством Джерри Нельсона в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли и в Университете Калифорнии в 1980-х гг., и с тех пор распространились по всему миру до такой степени, что практически все будущие большие оптические телескопы планируются с использованием сегментированных зеркал.
Применение
Существует технологический предел для размеров главных зеркал, состоящих из единого куска стекла. Такие монолитные зеркала не могут быть крупнее примерно восьми метров в диаметре. Наиболее крупные используемые монолитные зеркала — главные зеркала Большого бинокулярного телескопа, каждое диаметром 8,4 метра. Использование сегментированного зеркала является ключевым моментом в разработке телескопов с большой апертурой[2][3]. Использование монолитного зеркала крупнее 5 метров чрезвычайно дорого из-за стоимости как самого зеркала, так и поддерживающей его конструкции. Также более крупные зеркала будут существенно деформироваться под собственным весом при повороте телескопа[4][5], что изменит точную форму поверхности. Сегменты гораздо проще создавать, перевозить, устанавливать и поддерживать в заданном положении даже у крупных зеркал.
Сложностью использования сегментированных зеркал является необходимость задания точной, зачастую асимметричной формы сегментов, а также требование наличия управляемой компьютером системы монтирования. Также наличие сегментов приводит к появлению дифракционных эффектов в итоговом изображении.
Телескопы, использующие сегментированные зеркала
Многие среди крупнейших оптических телескопов мира используют сегментированные зеркала. Некоторые из таких телескопов представлены ниже.
- Два телескопа, являются наиболее известными среди инструментов обсерватории Мауна-Кеа, находятся на высоте 4145 метров вблизи вершины Мауна-Кеа на Гавайях, США. Оба телескопа оснащены 10-метровыми главными зеркалами.
- Телескоп Хобби-Эберли является 9.2-метровым телескопом, расположенным в обсерватории Макдональд в Западном Техасе на высоте 2026 метров. Первичное зеркало состоит из 91 шестиугольного сегмента. Главное зеркало телескопа закреплено под углом 55 градусов и может вращаться вокруг основания. За объектом можно следить с помощью перемещения инструментов в фокусе телескопа, это позволяет наблюдать 70–81% неба, при этом отдельный объект можно наблюдать до двух часов.
- SALT — 10-метровый телескоп, по большей части предназначенный для спектроскопических наблюдений. По своим свойствам похож на телескоп Хобби-Эберли, зеркало также состоит из 91 шестиугольного сегмента, каждый имеет размер около 1 метра, общие размеры зеркала составляют 11,1 м на 9,8 м.[6]. Расположен поблизости от города Сазерленд в полупустынной области Кару в Южной Африке. Является инструментом Южноафриканской астрономической обсерватории — национальной обсерватории Южной Африки.
- Также называемый GranTeCan, обладает зеркалом из 36 сегментов[7][8]. Главное зеркало имеет диаметр 10.4 метра, телескоп при этом является одним из крупнейших инструментов такого рода. GranTeCan находится в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на Канарских островах.
- Телескоп в провинции Хэбэй в Китае. Состоит из двух прямоугольных зеркал, составленных из 24 и 37 сегментов. Каждый шестиугольный сегмент имеет размер 1,1 метр.
- 18 сегментов зеркала в основном были сделаны в 2011 году[9]. Было решено сделать зеркало не цельным, а из складываемых сегментов, которые будут раскрыты на орбите, так как габариты цельного зеркала не позволили бы его разместить в ракете-носителе «Ариан-5». Размер каждого из 18 шестиугольных сегментов зеркала составляет 1,32 метра от ребра до ребра.
Примечания
- ↑ W. Patrick McCray - Giant telescopes - Page 107
- ↑ Nickerson, Colin (5 November 2007). "Long time no see". Boston Globe. Дата обращения: 11 ноября 2009.
- ↑ Keck telescope science kit fact sheet, Part 1. SCI Space Craft International (2009). Дата обращения: 11 ноября 2009.
- ↑ Bobra, Monica Godha (September 2005). "The endless mantra: Innovation at the Keck Observatory" (PDF). MIT. Архивировано из оригинала (PDF) 5 июня 2011. Дата обращения: 11 ноября 2009.
{{cite journal}}: Cite journal требует|journal=(справка) - ↑ Yarris, Lynn Revolution in telescope design debuts at Keck after birth here. Science@Berkeley Lab. Lawrence Berkeley Laboratory (Winter 1992). Дата обращения: 11 ноября 2009.
- ↑ Mirror Segments. Southern African Large Telescope website. SOAA. Дата обращения: 10 мая 2013.
- ↑ Tests begin on Canaries telescope BBC 14 July 2007
- ↑ Giant telescope begins scouring space 14 July 2007
- ↑ "Six JWST Mirror Segments to Begin Cryogenic Tests" news.softpedia.com 14 April 2011