Обсерваторія Макдональд: пошук темної енергії

Обсерваторія Макдональд — техаський астрономічний осередок, який упродовж понад 80 років робить значний внесок у дослідження та освіту.

McDonald Observatory 1vВежі телескопів обсерваторії Макдональд. На передньому плані на горі Локк ліворуч вежа телескопа Отто Струве, а праворуч — телескопа Гарлана Дж. Сміта. На їх тлі видно (на вершині гори Фоулкес) видно вежу телескопа Гоббі-Еберлі. Фото з сайту www.space.com.

Обсерваторія Макдональд, що перебуває в управлінні Техаського університету в Остіні, має кілька телескопів, які встановлено на висоті 2070 метрів над рівнем моря на горі Локк і на горі Фоулкес (належать до гір Девіс) у західному Техасі, приблизно за 724 кілометрів на захід від Остіна. Ця обсерваторія може похвалитися найтемнішим нічним небом серед усіх інших професійних обсерваторій континентальної частини Сполучених Штатів.

Один з найбільших у світі оптичних телескопів, телескоп Гоббі-Еберлі з діаметром дзеркала 10 метра, «прописаний» в обсерваторії Макдональд.

Центр відвідувачів пропонує денні екскурсії по обсерваторії та великих телескопах, денні спостереження Сонця, вечірню програму у відкритому амфітеатрі та нічні «зоряні вечірки» з телескопічними спостереженнями.

Обсерваторія відома також щоденною програмою StarDate, яку транслюють понад 300 радіостанцій по всій країні.

Дар обсерваторії

Керівники Техаського університету були здивовані, коли дізналися про заповіт Вільяма Джонсона Макдональда, банкіра з містечка Париж в штаті Техас, який помер у 1926 р. Він залишив основну частину свого статку університету з метою побудови астрономічної обсерваторії. За твердженням Історичної асоціації штату Техас, після закінчення судового провадження університет отримав майже 850 000 доларів США (нині це еквівалентно 11 мільйонам доларів). В асоціації вважають: «Макдональд начебто гадав, що обсерваторія покращить прогноз погоди, а тому допоможе фермерам планувати свою роботу».

Перш ніж бажання Макдональда могло стати реальністю, треба було вирішити дві головні проблеми. По-перше, грошей було достатньо для побудови обсерваторії, але недостатньо для її роботи, тому університет мав знайти додаткові кошти. По-друге, в той час в Техаському університеті не було астрономів, тому потрібно було їх звідкись набрати.

На щастя, в Чиказькому університеті були астрономи, що шукали інший телескоп, який можна використати на додаток до телескопа-рефрактора свого університету в обсерваторії Єркса. Отже, президенти двох університетів уклали угоду: Техаський університет побудує нову обсерваторію, а Чиказький університет надасть дослідників для її роботи.

Телескопи обсерваторії Макдональд

Перший великий телескоп обсерваторії Макдональда, названий пізніше на честь першого її директора телескопом Отто Струве, став до ладу в 1939 році й працює донині. Він має головне дзеркало  діаметром 2,08 метри. Однією з головних цілей телескопа Струве був точний спектральний аналіз світла, що надходить від зір та інших небесних тіл, визначення їхнього хімічного складу, температури та інших властивостей. Для цього було розроблено спеціальну оптичну систему з низки дзеркал за допомогою якої світло від телескопа потрапляло у спектрограф — прилад, що розділяє світло на його кольори-компоненти. Він міститься в окремій кімнаті. Це вимагало спеціального монтування телескопа, яке розробила і виготовила компанія Warner & Swasey. Зовні воно має дивовижний вигляд. На веб-сайті обсерваторії  сказано, що «зі своїм важким сталевим кріпленням і чорними напіввідкритими рамами телескоп Струве — це не просто науковий інструмент, а витвір мистецтва».

Телескоп Струве допоміг астрономам отримати перші свідчення про атмосферу на Титані — супутнику Сатурна. Джерард Койпер за допомогою саме цього телескопа знайшов докази, вивчаючи найбільші супутники планет в Сонячній системі в 1944 році. Койпер опублікував результати свого спектроскопічного дослідження в Astrophysical Journal.

McDonald Observatory 2vДві великі вежі на передньому плані містять 2,1-метровий телескоп Отто Струве (зліва) та 2,7-метровий телескоп Гарлана Дж. Сміта (праворуч). Між ними видно вежу телескопа Гоббі-Еберлі на сусідній горі Фоулкес. Фото з сайту www.space.com.

У 1956 р. в обсерваторії Макдональда на прохання Чиказького університету було встановлено телескоп-рефрактор з дзеркалом 0,9 м. Цей інструмент розмістили у вежі, збудованій з видобутого на місці каменю та металу, що залишився не використаним під час спорудження вежі телескопа Струве. Телескоп використовували насамперед для вивчення змінних зір. Нині на ньому не виконують професійних досліджень, але його регулярно використовується для виконання аматорських спостережень.

Телескоп Гарлана Дж. Сміта з діаметром головного дзеркала 2,7 м був побудований NASA для дослідження планет під час підготовки до космічних місій. У 1968 році, коли він побачив перше світло, це був третій за розміром дзеркала телескоп у світі.

З 1969 по 1985 рр. телескоп Сміта також використовували для наведення променя лазера на спеціальні відбиваючі дзеркала, залишені на Місяці астронавтами місії «Аполлон». Визначення часу, за який відбите світло повертається на Землю, дозволяє астрономам вимірювати відстань між планетою і Місяцем з точністю до 1,2 см. Ці вимірювання, водночас, сприяють нашому розумінню швидкості обертання Землі, будови Місяця, довготривалих змін в орбіті Місяця та сили тяжіння, зокрема й невеликих ефектів, передбачених загальною теорією відносності Альберта Айнштайна.

Коли будували телескоп Сміта, то в центрі його головного кварцового дзеркала вирізали круговий отвір, щоб світло могло проходити до приладів у задній частині телескопа. З вирізаного кварцового диска зробили дзеркало діаметром 0,8 м для іншого телескопа. Цей інструмент, побудований неподалік у 1970 р. і відомий просто як 0,8-метровий телескоп, має перевагу в тому, що в нього широке поле зору.

Найбільший телескоп обсерваторії Макдональд

Найбільшим телескопом обсерваторії Макдональд нині є телескоп Гоббі-Еберлі (Hobby-Eberly Telescope, HET), на сусідній горі Фоулкес, майже в 1,3 км від розташування інших телескопів на горі Локк. HET — це спільний проект Техаського університету в Остіні, університет штату Пенсильванія та двох німецьких університетів: Мюнхенського університету Людвіга-Максиміліана і Ґеттінґенського університету імені Ґеорґа Авґуста.

Уведений в дію у 1997 році HET має виражений технологічний контраст із класичним телескопом Струве. Головне дзеркало HET — це не одна скляна чи кварцова деталь, а масив із 91 індивідуально керованих шестикутних сегментів, які утворюють дзеркало для відбиття світла, зовні схоже на бджолині стільники, шириною 11 м. Купол грибоподібної форми містить лазери, спрямовані на дзеркальні сегменти для тестування та регулювання їх вирівнювання.

Ще одна примітна особливість HET полягає в тому, що телескоп може обертатися, щоб «дивитися» в будь-якому напрямку, але його не можна нахиляти вгору або вниз, щоб направити на об’єкти з різною висотою на небесній сфері. Натомість головне дзеркало встановлено під фіксованим кутом, що відповідає 55 градусам над горизонтом. Щоправда є можливість точно переміщувати приймач світла в різні місця над головним дзеркалом, що дає змогу націлюватися на трохи різні ділянки неба. Ця унікальна спрощена конструкція дозволила побудувати HET за частину вартості звичайного телескопа такого розміру, але при цьому отримати доступ до 70% неба, яке видно з його місця розташування.

HET розробили головно для спектроскопії, яка є основним методом в сучасних напрямах астрономії, таких як вимірювання рухів космічних об’єктів, визначення відстаней до галактик та вивчення еволюції Всесвіту від часу Великого Вибуху.

McDonald Observatory 3vВежа телескоп Гоббі-Еберлі з розкритим куполом. Фото з сайту www.space.com.

Населені планети і темна енергія

У 2017 р. HET було оновлено на суму 40 мільйонів доларів. Систему стеження замінили на нову, що дало змогу використовувати більшу площу основного дзеркала та отримати більш широке поле зору. Також були створені нові прилади-приймачі.

Одним із нових приладів є інструмент для пошуку екзопланет в зонах життя (Habitable Zone Planet Finder, HPF), створений спільно з Національним інститутом стандартів та технологій. HPF оптимізовано для вивчення інфрачервоного світла від сусідніх з Сонцем холодних зір — червоних карликів. Такі зорі живуть дуже довго і можуть забезпечити постійну енергію для планет, що обертаються навколо них. HPF дає змогу виконувати точні вимірювання радіальної швидкості зорі за малими змінами в її спектрі, що спричинені гравітаційною дією на зорю її планети. Такі вимірювання дають важливу інформацією під час пошуку та підтвердженні нових екзопланет.

Ще одне важливе завдання — це експеримент з темною енергією телескопа Гоббі-Еберлі (Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment, HETDEX). Підготовлений як перший великий експеримент для пошуку таємничої сили, що спричиняє прискорене розширення Всесвіту, HETDEX «розповість нам, що становить майже три чверті всієї матерії і енергії у Всесвіті. Це вкаже нам не те, чи правильні закони тяжіння, і розкриє нові подробиці про Великий Вибух, що спричинив народження Всесвіту», — йдеться на веб-сайті проекту HETDEX.

Головним елементом технології пошуку темної енергії є набір спектрографів видимого інтегрального поля (Visible Integral-Field Replicable Unit Spectrographs, VIRUS) — 156 спектрографів змонтованих разом і встановлених поруч із телескопом, що реєструють світло від телескопа за допомогою 35000 оптичних волокон. Завдяки цьому пакету однакових приладів HET може спостерігати відразу кілька сотень галактик, вимірюючи, як на їх світло впливають власні рухи та розширення Всесвіту.

Експеримент HETDEX буде тривати близько трьох років і за цей час планують виконати спостереження як мінімум 1 мільйона галактик. За результатами спостережень створять велику карту, що показуватиме швидкість розширення Всесвіту в різні періоди часу. Будь-які зміни в такому розширенні можуть вказати на особливості темної енергії.

Охороняючи темне небо

У 2019 р. обсерваторія Макдональд отримала грант від компанії Apache Corp., компанії з розвідки й видобутку нафти та газу, щоб сприяти усвідомленню цінності темного неба як природного ресурсу та як засобу для астрономічних досліджень. За рахунок цього гранту будуть фінансувати освітні програми, виїзні заходи та нову експозицію у центрі відвідувачів обсерваторії. Згідно з повідомленням обсерваторії, Apache є прикладом для інших підприємств на заході Техасу, регулюючи та екрануючи ліхтарі на своїх бурових майданчиках та в інших спорудах.

Додаткові ресурси:

Дивіться відео-вступ до обсерваторії Макдональд.

Слідкуйте за всіма новинами та фотографіями з обсерваторії Макдональд на сторінці організації у Facebook.

Дізнайтеся більше про програму радіо StarDate Обсерваторії.

За інф. з сайту www.space.com

Докладніше про «Наше небо»

Це науково-популярний астрономічний інтернет-журнал для широкого загалу, створений у 2016 році. Назва «НАШЕ НЕБО» виникла у 1998 р. під час обговорення з директором Головної астрономічної обсерваторії Національної академії наук України академіком Я.С. Яцківим ідеї щодо заснування Київським республіканським планетарієм науково-популярного видання астрономічного змісту.

Упродовж 2006—2009 рр. я видавав малим накладом журнал «НАШЕ НЕБО.observer», а з 2010 р. веду блог «Ми і Всесвіт». Далі науково-популярні матеріали вміщуватиму головно на цьому сайті.

Іван Крячко

Написати електронний лист

Ви маєте змогу написати електронного листа з будь-якого питання щодо астрономії та інтернет-журналу «Наше небо»

Дякуємо за Вашу увагу до «Нашого неба»!

Please publish modules in offcanvas position.