Коллективная монография, написанная исследователями, работающими в разных странах, посвящена проблеме создания гигантского оптического телескопа с эффективным диаметром 25 м.

Рассмотрены различные проекты телескопа нового поколения, а также оптические схемы и особенности конструкции некоторых из существующих крупных инструментов. Наряду с классическими телескопами обсуждаются многозеркальные телескопы, когерентные системы и интерферометры. Значительное внимание уделяется проблемам, связанным с разработкой активной оптики.

Книга рассчитана на астрономов, оптиков и инженерно-технических работников, занимающихся разработкой разнообразных оптических приборов, а также аспирантов и студентов старших курсов соответствующих специальностей.

За последнее десятилетие наземная оптическая астрономия сделала очередной шаг вперёд. Начали работать несколько широкоугольных рефлекторов системы Ричи-Кретьена — телескопов III поколения. Астрономы получили в своё распоряжение целую гамму высокоэффективных приёмников излучения, охватывающих весь доступный для наблюдений с земной поверхности спектральный диапазон. Появилась возможность изучать достаточно яркие объекты с дифракционным разрешением, используя метод спекл-интерферометрии. (В основу этого метода положен анализ зернистых изображений, которые получаются при случайной интерференции пучков света от объекта, проходящих через разные атмосферные неоднородности.) Наконец, в последнее время появилась возможность более полно оценивать характер искажений земной атмосферой вида космических объектов.

Однако для решения многих задач эффективность имеющихся в настоящее время систем телескоп-приёмник близка к теоретической, и возникает вопрос: куда же двигаться дальше? Полная замена наземных оптических наблюдений наблюдениями с космических аппаратов пока нереальна. Космические эксперименты, открывающие для астрономии рентгеновский и ультрафиолетовый диапазоны, одновременно стимулируют рост числа и эффективности наземных телескопов. Несомненно, эта тенденция будет сохраняться и впредь, в том числе и после вывода на орбиту в 80-х годах космического оптического телескопа диаметром около 2 м. Таким образом, есть все основания для того, чтобы начать подготовку к созданию наземных телескопов IV поколения, собирающих гораздо больше света, чем крупнейшие современные рефлекторы.

Обсуждению самых разных аспектов создания наземных телескопов — ударной силы наземной астрономии 2000 года — был посвящён состоявшийся в Женеве симпозиум, материалы которого, переведённые на русский язык, составляют содержание данной книги. Это — один из пяти больших международных симпозиумов, проходивших в последние годы и посвящённых разработке методики наземной оптической астрономии. В его работе приняли участие многие известные астрономы и специалисты в области астроприборостроения. Такие симпозиумы способствуют не только обмену мнениями и выработке правильной точки зрения, но и повышению квалификации специалистов. Если отвлечься от обзорных сообщений, посвящённых приёмникам излучения, и нескольких описаний конкретных конструкций, то основной целью данного симпозиума можно считать выработку согласованной точки зрения на конструкцию телескопа IV поколения, имеющего примерно в 20 раз большую светособирающую поверхность по сравнению с крупнейшими современными инструментами. Различные подходы к этой проблеме отражены в содержании настоящего сборника, состоящего из нескольких разделов, посвящённых классическим крупным телескопам, многозеркальным телескопам, когерентным системам и интерферометрам, а также активной оптике, существенно расширяющей возможности крупных телескопов.

Каким же, по мнению большинства участников симпозиума, должен быть основной наземный инструмент астрофизики 2000 года?

Во-первых, он должен быть большим. Светособирающая площадь, превосходящая площадь Паломарского 5-метрового рефлектора в 20—25 раз, позволит поставить ряд новых задач. В частности, некоторые измерения, выполняемые сейчас лишь для одного светила, станут возможными для многих объектов. Так, магнитное поле с чувствительностью 1 Гс мы измеряем сейчас только для Солнца. Телескоп IV поколения сделает реальностью такие измерения для нескольких ярких звёзд. Уже сейчас во многих экспериментах возникают ограничения, связанные с фотонным шумом. Переход к большим инструментам позволит обнаружить на фоне свечения ночного неба (практически не уменьшающемся при выходе за пределы атмосферы) более слабые объекты и зарегистрировать уже наблюдавшиеся спектры с большей точностью.

Во-вторых, этот инструмент должен быть реально осуществимым. Хотя очень заманчиво объявить о строительстве «крупнейшего в мире телескопа» (ведь астрономия сильна своими связями с широкими слоями общественности), такой инструмент может оказаться недостаточно надёжным и эффективным. Как показала история телескопостроения, при разработке новых рефлекторов скачок в размерах не должен превосходить 2—2,5 раз. В противном случае не удаётся правильно проэкстраполировать многие факторы, растущие пропорционально второй, третьей и четвёртой степеням диаметра. Не случайно астрономы 60-х годов сделали шаг назад в диаметрах строящихся телескопов — после 5- и 6-метрового появились 3,5—4-метровые (но более эффективные) инструменты. Эквивалентный диаметр наибольшего из построенных многозеркальных телескопов составляет 4,5 м. Переход от таких инструментов к 25-метровому многим кажется рискованным. С точки зрения конструктора разумнее разработать, построить и испытать (в частности, при выполнении длительных программ астрономических наблюдений) инструмент диаметром 8—10 м. Телескоп такого диаметра имел бы кроме более ясной перспективы технологической осуществимости ещё одно важное преимущество, на которое следует обратить особое внимание.

Дело в том, что современную наземную оптическую астрономию угнетает и ограничивает не только отсутствие инструмента следующего поколения. Ей не хватает телескопов вообще. Думаю, что выражу общее мнение астрономов-наблюдателей, если скажу, что они в состоянии использовать (и с очень большой пользой для наблюдательной астрофизики) в 3—5 раз больше телескопного времени, чем они получают сейчас. Астрономия располагает большим числом специалистов высокой квалификации, и существует множество важных программ наблюдений, которые они смогли бы выполнять на инструментах, подобных существующим, если бы их было достаточно. Поэтому весьма привлекательным вариантом эквивалента 25-метрового зеркала является система (некогерентная или когерентная) из нескольких 5—10-метровых телескопов. Эти телескопы можно было бы использовать как по отдельности, так и совместно — когда эффективность отдельного инструмента оказалась бы недостаточной для решения поставленной задачи. Такую систему можно достраивать и видоизменять. На первых порах некогерентное сложение изображений и спектров можно осуществлять электрически — в памяти ЭВМ. По-видимому, такая система сможет лучше удовлетворять потребности наблюдательной астрофизики наших дней, чем один гигантский рефлектор, создание которого весьма сложно.

Из оптических схем крупных телескопов особенно привлекательна схема с главным сферическим зеркалом, так как его можно выполнить в виде мозаики из совершенно одинаковых кусков. Такая «технологичность» поможет существенно снизить стоимость инструмента. По-видимому, разработка новой, более дешёвой технологии окажется первым позитивным вкладом программы создания телескопов IV поколения в наблюдательную астрономию и позволит быстрее утолить потребность астрономов в телескопах с диаметром 3—4 м.

В настоящее время, после симпозиума, посвящённого очень крупным телескопам будущего, наступил период осмысления и оценки высказанных идей, ожидается получение научных результатов на 4,5-метровом многозеркальном телескопе и 2-метровом космическом телескопе — конкуренте наземных систем IV поколения. Сравниваются различные приёмники изображения, проводится критическая оценка выбора мест для установки телескопов предыдущего поколения (не вызывает сомнения, что по-настоящему хорошее место для ночной обсерватории ещё не найдено), оцениваются реальные возможности активной оптики. Ведутся работы по расчёту оптических систем новых телескопов и разрабатывается более совершенная технология их создания. Таким образом, этот симпозиум оказался весьма плодотворным.

К сожалению, на симпозиуме мало затрагивались такие темы, как прогресс в области создания приёмников ИК-диапазона, а также проблема исследования астроклимата, являющаяся ахиллесовой пятой современной практической астрофизики.

Хотелось бы выразить благодарность руководству Европейской южной обсерватории за разрешение выпустить труды указанного симпозиума в переводе на русский язык. При переводе трудов симпозиума некоторые статьи, представляющие ограниченный интерес для советского читателя, были опущены.

В заключение следует отметить, что эта книга, посвящённая оптическим телескопам будущего, является весьма полезной и заполняет пробел в освещении современной и актуальной темы. Она рассчитана на астрономов и оптиков, работающих в области создания астрономических инструментов, а также на студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

Предисловие редактора перевода
П. В. Щеглов

Книги на ту же тему

1. Небо и телескоп. — 2-е изд., перераб., Куимов К. В., Курт В. Г., Рудницкий Г. М., Сурдин В. Г., Теребиж В. Ю., 2014
2. Курс практической астрофизики, Мартынов Д. Я., 1977
3. Курс сферической астрономии. — 3-е изд., перераб. и доп., Куликов К. А., 1974
4. Изготовление асферической оптики, Заказнов Н. П., Горелик В. В., 1978
5. Методы контроля оптических асферических поверхностей, Пуряев Д. Т., 1976
6. Асферические поверхности в астрономической оптике, Попов Г. М., 1980
7. Методы расчёта оптических систем. — 2-е изд., доп. и перераб., Слюсарев Г. Г., 1969
8. Техническая оптика, Русинов М. М., 1979
9. Техническая оптика, Русинов М. М., 1961
10. Интерферометры. Основы инженерной теории, применение, Коломийцов Ю. В., 1976
11. Практика оптической измерительной лаборатории, Кривовяз Л. М., Пуряев Д. Т., Знаменская М. А., 1974
12. Оптические интерферометры, Скоков И. В., 1979
13. Астрофизика, 1967
14. Занимательно об астрономии, Томилин А. Н., 1970
15. Космос — землянам, Береговой Г. Т., 1981
16. Кометы и их наблюдение, Чурюмов К. И., 1980
17. Маленькие рассказы о большом космосе. — 3-е изд., Наумов Ф., сост., 1968
18. Астрономия на персональном компьютере (+CD), Монтенбрук О., Пфлегер Т., 2002
19. Физика космоса: Маленькая энциклопедия. — 2-е изд., перераб. и доп., Сюняев Р. А., ред., 1986
20. За пределами известного мира: от белых карликов до квазаров, Левитт И., 1978
21. Эволюция звёзд и галактик, Бааде В., 1966
22. Астрономические олимпиады. Задачи с решениями, Сурдин В. Г., 1995
23. Аномальные пульсары, Малов И. Ф., Мачабели Г. З., 2009
24. Радиопульсары, Малов И. Ф., 2004
25. Результаты фундаментальных космических исследований в России. 1999—2001. Национальный доклад, Боярчук А. А., ред., 2004
26. Результаты фундаментальных космических исследований в России. 1999—2001. Справочные материалы к национальному докладу, Боярчук А. А., ред., 2004
27. Инфракрасные методы в космических исследованиях, Манно В., Ринг Д., ред., 1977