Штучні зорі: як астрономи компенсують коливання у атмосфері

Громадська обсерваторія Алгау розташована серед мальовничого пейзажу Південної Німеччини.
З настанням ночі команда вчених та інженерів готується до польових випробувань дуже класної технології: блока лазерних опорних зірок який скоро відправлять у Паранальську обсерваторію ESO.
Це ESOcast!
Передова наука та життя за лаштунками Європейської Південної Обсерваторії.
Досліджуючи космос із нашим ведучим Доктором Джей, відомим як Доктор Джо Ліске.
Вітаю вас в ESOcast.
Сьогодні ми перебуваємо у громадській обсерваторії Алгау, що у Південній Німеччині, тому що саме тут команда вчених та інженерів з ESO випробовує новітній блок лазерних опорних зірок.
Що ж це таке, запитаєте ви.
Зараз поясню.
Отже, усі ми бачили нічне небо і те, як на ньому мерехтять зірки.
Звичайно, самі по собі зірки насправді не мерехтять.
Їх мерехтіння зумовлено турбулентністю земної атмосфери.
Коли світло від зірки проходить через атмосферу, воно потрапляє у різні ділянки повітря, з різною температурою та тиском, які по-різному викривляють промінь світла, і вносять спотворення.
Таке явище можна спостерігати навіть удень, якщо у спекотний день дивитись на об'єкт, що розташований далеко на горизонті.
Мерехтіння зірок, звісно, гарно і навіть романтично, але для нас астрономів це взагалі-то серйозна проблема, оскільки через це зображення виходять розмитими й менш чіткими, ніж якщо нам не заважала б атмосфера.
Отже, що ми можемо з цим зробити?
По суті, нам потрібен метод компенсування спотворень, тобто, зробити, так, щоб зірки перестали мерехтіти.
Цього можна досягти, якщо відбивати світло від дзеркала, що злегка викривлені так, щоб компенсувати спотворення.
Але, як дізнатися, наскільки потрібно викривити дзеркало?
Коли Дуже великий телескоп ESO проводить спостереження, спеціальний комп'ютер може вибрати яскраву зірку і постійно стежити за її мерехтінням, таким чином вираховуючи атмосферні умови над телескопом сотні разів за секунду.
Далі комп'ютер надсилає команди набору приладів, що закріплені на дзеркалі телескопа, які дуже точно та вчасно викривляють його відповідно турбулентності атмосфери, таким чином компенсуючи спотворення на знімках.
Отже, для цього процесу корекції потрібна дуже яскрава зірка у полі зору телескопу.
Але яскравих зірок дуже мало і вони далеко одна від одної.
А також пам'ятайте, що Дуже великий телескоп (VLT) було створено для зйомок дуже маленької ділянки неба в будь-який момент часу.
Тому для більшості спостережень в полі зору VLT просто не буде яскравих зірок.
Що ж тоді робити?
Ми створимо зірку самостійно.
В 90 кілометрах над нами у верхніх шарах атмосфери є відносно тонкий прошарок натрію.
Якщо скерувати у небо потужний лазерний промінь, то можна змусити атоми натрію світитися, і таким чином створити штучну зірку, на яку можна буде навести комп'ютер.
У 2006 році ESO встановила перший у південній півкулі блок лазерних опорних зірок на VLT.
Ця система значно підвищує можливості телескопу, адже тепер під час деяких типів спостережень VLT може робити чіткіші, ніж Габбл, світлини.
Але в існуючої системи є обмеження.
Вона може створювати лише одну штучну зірку, а тому може коригувати зір телескопу лише на маленькій ділянці неба в конкретний момент.
До того ж вона є громіздкою — обладнання доводиться зберігати в окремій лабораторії й передавати лазерний пучок до телескопа через оптоволокно.
Но основі досвіду, отриманого з першої системи, інженери з ESO розробили покращений блок лазерних опорних зірок.
Отже, Доменік, ось воно -- це лазер.
Він дуже маленький, встановлюється позаду цього невеликого телескопу, неймовірно!
Так.
Над цим ми й працювали останні 5 років, намагаючись створити 20-ватний лазер, він дуже компактний і легкий, тому його можна одразу встановити позаду телескопу.
Спочатку нам довелося розробити волоконні лазери, а потім ми розробили лазерні головки такого типу.
Як ти й сказав, це 20-ватний лазер.
Це досить непогана потужність, чи не так?
Так.
Насправді, стільки нам знадобиться в наступному поколінні систем лазерних опорних зірок.
Наприклад, зараз на Параналі у нас працює 5-ватний лазер, тому це великий стрибок у потужності.
А чи є небезпечним промінь, що виходить з такого телескопу?
Що станеться, якщо я підставлю руку?
Якщо піднесеш до нього руку, то відчуєш тепло.
Але дивитись у промінь не варто.
Ага, значить руку мені не спалить.
Як щодо літаків, чи він для них небезпечний?
Лазер не несе небезпеки обладнанню чи телескопу, але може зашкодити очам пасажирів.
Й цей лазер перевищує допустимі межі впливу, нам не потрібно допускати потрапляння літаків під промінь.
Насправді, тут, де ми знаходимось, ми отримали закриту для польотів зону, щоб не ризикувати потраплянням по літаку.
Новий пристрій є надійнішим, меншим, і його легше обслуговувати.
Як ми зараз побачили, увесь блок поміститься в один невеликий модуль, який досить просто встановити на телескоп.
Оскільки він є таким маленьким, на один телескоп можна встановити до чотирьох таких лазерів, коригуючи спостереження VLT в значно ширшому полі зору.
Тут в Німеччині наша команда займається випробовуванням нового прототипу, аби впевнитись, що він працює бездоганно, перед тим як відправляти його на Паранал.
Громадська обсерваторія Алгау для цього підходить ідеально, і навіть більше, вона розташована дуже близько до штаб-квартири Європейської південної обсерваторії.
Лазерні опорні зірки на зразок цієї будуть дуже важливими для майбутнього Надзвичайно великого телескопу, який буде постійно використовувати адаптивну оптику.
Цей телескоп буде набагато більшим за розмірами, чим найбільші сучасні телескопи, що обіцяє високу якість знімків.
Але відмінна якість знімків залежатиме від того, як себе покаже адаптивна оптика та лазерні опорні зірки Такі передові технології як ця будуть мати важливе значення для найкращих світових обсерваторій у майбутньому, особливо для дуже великого телескопа На цьому закінчуємо наш випуск ESOcast Приєднуйтесь до нас в наступному епізоді космічних пригод.
Поки знімався цей випуск, ми отримали чудове нагадування про те, чому телескопи ESO розташовані на гірських вершинах Північної Чилі, а не на пагорбах південної Німеччини.
На щастя, на Параналі таких буревіїв не буває.