Извечные тайны неба

МЗТ – первый в астрономии пример крупного телескопа новой конструкции. Среди крупнейших астрономических инструментов мира он вышел на третье место, уступая по размерам рефлекторам классического типа: 6-метровому БТА и 5-метровому телескопу обсерватории Маунт Паломар (США). Опыт создания МЗТ показал жизнеспособность идеи, и сегодня открыта дорога для проектирования многозеркальных телескопов с зеркалами, суммарная эффективность которых эквивалентна одному зеркалу поперечником 15 и более метров, причем стоимость их относительно невысока. Телескоп с 36 зеркалами, эквивалентный 10-метровому телескопу, вступит вскоре в строй на Гавайских островах. Затраты на проектируемый в США «Национальный телескоп новой технологии» с четырьмя объективами, эквивалентными одному 16-метровому, оцениваются в 100 млн долларов. Внешне он будет напоминать ракетную установку для залпового огня; четыре 8-метровых телескопа как стволы связываются друг с другом в единую конструкцию. Раньше него, вероятно, вступит в строй «двустволка» – два 8-метровых телескопа, связанных вместе наподобие бинокля. Зеркала «двустволки» (официальное название этого проекта «Колумб») эквивалентны одному зеркалу с диаметром 11,3 м. «Сверхбольшой телескоп» сконструировала группа европейских стран для своей Южной обсерватории в Чили. Он включит четыре 8-метровых телескопа, расположенных в четырех независимых башнях вдоль единой оси.

Интересные технологические новинки применяются для отливки огромных стеклянных заготовок. Масса стекла плавится и охлаждается во вращающейся печи. Скорость вращения специально рассчитывается так, что благодаря действию инерции стеклянная заготовка сразу же принимает требуемую форму.

Эффективность астрономических наблюдений, конечно, зависит от размеров и качества применяемого телескопа, только даже прекрасный телескоп сам по себе не гарантирует успеха. Он должен быть снабжен чувствительным светоприемником.

На рубеже XIX и XX вв. основным приемником излучения в астрономии стала фотопластинка. Она практически не имеет ограничений по размерам, высокоинформативна, удобна в обращении, ее легко хранить. Помимо этих общеизвестных достоинств, фотопластинка обладает рядом серьезных недостатков. Во-первых, число фотонов, приводящих к образованию изображения, невелико по сравнению с общим числом упавших на фотоэмульсию фотонов: их соотношение составляет, как правило, не более чем 1:100. Во-вторых, диапазон яркости объектов, для которых почернение фотопластинки прямо пропорционально падающему на нее потоку излучения, тоже невелик.

В середине нашего века конкуренцию фотопластинке составили гораздо более чувствительные приемники телевизионного типа и электронно-оптические преобразователи (ЭОП). Падающие на ЭОП фотоны приводят к возникновению облака вторичных фотоэлектронов, благодаря чему коэффициент усиления ЭОП может быть очень велик. Если к ЭОП присоединить телевизионную трубку, то появится возможность получать изображение, учитывающее все пришедшие от объекта фотоны. Приборы подобного типа называют «системами счета фотонов в изображении». Обладая феноменальной чувствительностью, они, вместе с тем, громоздки и сложны в эксплуатации.

С начала 70-х годов в астрономию властно ворвались твердотельные светоприемники с зарядовой связью, – так называемые ПЗС. В них используется трехслойная структура металл-диэлектрик-полупроводник. Принцип действия ПЗС основан на внутреннем фотоэффекте: при поглощении фотона в слое полупроводника возникают электрон и «дырка». Накапливая электроны в местах падения фотонов можно, в конечном счете, определить их количество и восстановить изображение. ПЗС обладают высокой точностью, стабильностью, малым энергопотреблением. При охлаждении жидким азотом (77 К) высококачественные ПЗС по своей чувствительности приближаются к системам счета фотонов в изображении. Сдерживает применение ПЗС их небольшая рабочая площадь и сложности в эксплуатации: необходимость глубокого охлаждения и нужда в ЭВМ для управления, считывания изображения и накопления информации. Типичный ПЗС представляет собой квадратик со стороной около сантиметра, разделенный примерно на 250 тыс. элементов изображения.

Отдельным направлением перспективного телескопостроения является создание космических телескопов для работы за пределами атмосферы Земли. Отсутствие атмосферных помех делает орбитальные телескопы гораздо более «дальнобойными», чем такие же по размерам телескопы на поверхности Земли. Нет у космических телескопов и ограничений по работе в различных участках спектра электромагнитных волн.