Немного об игрушках...
Сегодня я как-то очень глубоко проникся тем, какие у нынешних оптических астрономов игрушки классные. Вот одна из них: OzPoz
https://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/flames/inst/OzPoz.html
http://www.aao.gov.au/local/www/ozpoz/
Наверное, мало кто, посмотрев на эту штуку, вообще смог бы догадаться, что это астрономический инструмент, так далеко ушли они от народа...
Разработана, как можно догадаться по названию, в Австралии, прототип успешно работает в ААО, Австралийской Астрономической Обсерватории. А сама эта штука трудится на одном из самых современных оптических телескопов мира с ну очень оригинальным :) названием, VLT, Very Large Telescope - Очень Большой Телескоп. Точнее, конечно, это обсерватория с группой телескопов, 4 главных с диаметрами зеркал 8.2 метра и 4 вспомогательных с диаметрами 1.8 метра, расположенная в Чили на высокогорном плато Атакама. Штука живет на главном телескопе за нумером 2 с неприличным названием на каком-то местном наречии Куэйен, что означает просто "Луна".
http://www.eso.org/public/teles-instr/vlt/
Ну, об этой обсерватории, наверное, не надо особо рассказывать, все про нее и так все знают :)
А вот страшненького вида девайс с картинки -- это не что иное, как система сверхточного позиционирования оптических волокон. Так сказать, микрометрический винт с числовым программным управлением :) Помните, как астрономы 19-го и большей части 20-го веков смотрели на отснятые ночью фотопластинки в микроскопы и производили с помощью простейших винтовых микрометров измерения? Вот это и есть внучатый племянник тех микрометров с микроскопами. Эта штука с помощью манипуляторов расставляет 170, а то и больше "головок" оптических волокон на специальной пластине, которая потом помещается в фокальную плоскость телескопа, т. е. на ней формируется изображение, создаваемое телескопом. Головки, конечно, расставляются таким образом, чтоб соответствовать интересным небесным объектам. Пластин таких две: пока одна наблюдает, на другой можно все переставить, а потом поменять их местами, теряя минимум драгоценного наблюдательного времени.
Точность работы потрясающая: минимальное расстояние, на котором головки могут отстоять друг от друга, соответствует на небесной сфере углу всего в 10.5 угловых секунды, причем каждая позиционируется с точностью 0.1 угловая секунда (плюс точность наведения телескопа, конечно, о чем отдельный сказ, но она, как можно догадаться, вполне соответствует). Что эти цифры означают на практике? Диски ярких планет -- Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна как раз имеют угловые размеры такого же порядка, в зависимости от текущего расстояния до Земли варьируясь в пределах о одного до нескольких десятков угловых секунд. Скажем, размеры Юпитера меняются от 30 до 50 угловых секунд. Представляете? В пределах диска Юпитера, который для нашего невооруженного взгляда кажется не более чем точечной звездой, эта штука может ТОЧНО расставить от ДВУХ до ЧЕТЫРЕХ волокон!
Ну и что дальше? А дальше свет от далекой звезды отправляется в путешествие по волокну, которое заканчивается на одном из нескольких специальных измерительных приборов. Эти приборы позволяют узнать о световом сигнале много разного интересного. Все вместе это называется, кстати, FLAMES - Fibre Large Array Multi-Element Spectrograph (Волоконный Большой Групповой Многоэлементный Спектрограф или как-то так, да, в современной науке почему-то принято составлять странные аббревиатуры). Из этих приборов я немножко расскажу только про один, спектрограф UVES (Ultra-violet and Visible Echelle Spectrograph -- эшель-спектрограф ультрафиолетового и видимого диапазонов).
К нему от всей этой навороченной установки ведет всего восемь волокон. Всего?! Если вспомнить, что не так давно на всех (да и сейчас на многих) телескопах мира у ученых была возможность измерять не более ОДНОГО спектра за один прием, восемь становится огромным числом. Но это только начало. Не вдаваясь в детали того, что такое эшель-спектрограф, (иногда по-русски его неправильно называют "эшелле", см. увы только англоязычную статью в википедии http://en.wikipedia.org/wiki/Echelle_grating или разные небольшие статьи, которые можно нагуглить), скажем только, что в отличие от обычных призм и дифракционных решеток он специально приспособлен для работы с высокими порядками интерференции. Что попросту означает, что он позволяет достигать огромного спектрального разрешения на огромных же диапазонах: представить свет в виде очень-очень детальной "радуги", в которой заметна яркость каждого тончайшего, крохотного оттенка. Последняя часть прибора являет собой попросту специальный цифровой фотоаппарат, который делает "фотографию" этой "радуги", которая и сохраняется как окончательный результат наблюдения. Желающие и понимающие могут окунуться в параметры этого инструмента вот тут:
http://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/uves/inst/
Если кратко, у него есть два отдельных широкополосных канала, синий (длины волн 300 - 500 нанометров) и красный (420-1100 нанометров). Для сравнения, человеческий глаз видит излучение примерно от 400 (синий цвет) до 700 (красный цвет) нанометров. Т. е. спектрограф покрывает ВЕСЬ видимый диапазон плюс куски ближних ультрафиолетового и инфракрасного. В каждом из каналов достижимо спектральное разрешение около ста тысяч элементов. Проще говоря: очень детальный спектр на огромном диапазоне. Вот как выглядит всего лишь один стананометровый фрагмент (на синем конце спектра, от 400 до 500 нанометров) солнечного спектра, полученный на этом спектрографе (чтоб врага запутать, длины волн там в ангстремах, 1 ангстрем = 0.1 нанометра):
Глядя на эту картинку надо проникнуться, как МНОГО там ВСЯКОГО РАЗНОГО -- а потом умножить это много примерно на 10...
Ну, вот мы продрались с грехом пополам через описание всей этой сложной системы. И зачем все это чудо нужно? Конечно, в первую очередь не для того, чтоб смотреть на Солнце или Юпитер. Есть кое-что гораздо интереснее, например, шаровые звездные скопления. Это такие тесные и многочисленные группы звезд, которые выделены из общей Галактической звездной популяции настолько, что их можно справедливо считать спутниками нашей Галактики. Они интересны по многим причинам и во многих отношениях загадочны. Например, возраст самых старых их них ни много ни мало соответствует возрасту всей Вселенной, а в военное время может даже его превосходить
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D0%B7%D0%B2%D1%91%D0%B7%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
С помощью нашей микрометрической волокнонаводилки :) мы можем "навестись" на конкретные восемь звезд из многих тысяч и "померить" их точнейшие спектры. Как многие, наверное, знают, у каждого химического элемента есть свой, очень характерный спектральный след -- своего рода вселенский "идентификационный код". Вот так, например, выглядит видимая часть спектра самого простого элемента, водорода:
Сверху спектр горячего чистого излучающего водорода (как, например, в водородных лампах), а вот снизу -- спектр поглощения, именно так выглядит спектр холодного водорода (холодного, конечно, по звездным меркам, его температура может быть тысячи градусов) в верхних слоях атмосферы какой-то звезды, он избирательно "ворует" кусочки из звездной радуги. На графике спектрографа, вроде того, что мы видели выше, такие "украденные" куски будут выглядеть глубокими впадинами. Их называют линиями поглощения.
У более сложных элементов, конечно, более сложные спектры, но у каждого свой, особенный. Современные компьютеры позволяют выделить эти особенные элементарные спектры по одному из большого сложного спектра полученного от какого-то объекта. И в результате исходя из детального спектра мы получаем... химический состав объекта! Спектрограф со сверхшироким диапазоном и сверхвысоким разрешением вроде описанного тут UVES позволяет идентифицировать в верхних слоях каждой наблюдаемой звезды большую часть таблицы Менделеева, причем не только определить наличие конкретных элементов, но и их примерное пропорциональное количество. Проще говоря -- написать "химическую формулу" звезды.
Все знают, как геологи по химическому составу горных пород определяют их происхождение и примерную историю региона. Точно так же, определив "формулы" нескольких специально подобранных звезд в шаровом скоплении, можно узнать многое о происхождении и истории этого скопления. Например, применив всю описанную выше аппаратуру к наблюдению шарового скопления NGC 5694, группа итальянских ученых всего пару месяцев назад пришла к выводу, что это скопление в нашей Галактике -- явный пришелец! Чужие они нам, откуда-то придрейфовали из глубин межгалактического пространства, возможно с коварными шпионскими целями.
http://arxiv.org/abs/1308.6653
К чему это я? А, ну да, обзавидовался просто, читая эту статью, до чего классные у оптических астрономов игрушки :) Если вдруг что не так написал, буду благодарен коллегам-оптикам за поправки.
https://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/flames/inst/OzPoz.html
http://www.aao.gov.au/local/www/ozpoz/
Наверное, мало кто, посмотрев на эту штуку, вообще смог бы догадаться, что это астрономический инструмент, так далеко ушли они от народа...
Разработана, как можно догадаться по названию, в Австралии, прототип успешно работает в ААО, Австралийской Астрономической Обсерватории. А сама эта штука трудится на одном из самых современных оптических телескопов мира с ну очень оригинальным :) названием, VLT, Very Large Telescope - Очень Большой Телескоп. Точнее, конечно, это обсерватория с группой телескопов, 4 главных с диаметрами зеркал 8.2 метра и 4 вспомогательных с диаметрами 1.8 метра, расположенная в Чили на высокогорном плато Атакама. Штука живет на главном телескопе за нумером 2 с неприличным названием на каком-то местном наречии Куэйен, что означает просто "Луна".
http://www.eso.org/public/teles-instr/vlt/
Ну, об этой обсерватории, наверное, не надо особо рассказывать, все про нее и так все знают :)
А вот страшненького вида девайс с картинки -- это не что иное, как система сверхточного позиционирования оптических волокон. Так сказать, микрометрический винт с числовым программным управлением :) Помните, как астрономы 19-го и большей части 20-го веков смотрели на отснятые ночью фотопластинки в микроскопы и производили с помощью простейших винтовых микрометров измерения? Вот это и есть внучатый племянник тех микрометров с микроскопами. Эта штука с помощью манипуляторов расставляет 170, а то и больше "головок" оптических волокон на специальной пластине, которая потом помещается в фокальную плоскость телескопа, т. е. на ней формируется изображение, создаваемое телескопом. Головки, конечно, расставляются таким образом, чтоб соответствовать интересным небесным объектам. Пластин таких две: пока одна наблюдает, на другой можно все переставить, а потом поменять их местами, теряя минимум драгоценного наблюдательного времени.
Точность работы потрясающая: минимальное расстояние, на котором головки могут отстоять друг от друга, соответствует на небесной сфере углу всего в 10.5 угловых секунды, причем каждая позиционируется с точностью 0.1 угловая секунда (плюс точность наведения телескопа, конечно, о чем отдельный сказ, но она, как можно догадаться, вполне соответствует). Что эти цифры означают на практике? Диски ярких планет -- Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна как раз имеют угловые размеры такого же порядка, в зависимости от текущего расстояния до Земли варьируясь в пределах о одного до нескольких десятков угловых секунд. Скажем, размеры Юпитера меняются от 30 до 50 угловых секунд. Представляете? В пределах диска Юпитера, который для нашего невооруженного взгляда кажется не более чем точечной звездой, эта штука может ТОЧНО расставить от ДВУХ до ЧЕТЫРЕХ волокон!
Ну и что дальше? А дальше свет от далекой звезды отправляется в путешествие по волокну, которое заканчивается на одном из нескольких специальных измерительных приборов. Эти приборы позволяют узнать о световом сигнале много разного интересного. Все вместе это называется, кстати, FLAMES - Fibre Large Array Multi-Element Spectrograph (Волоконный Большой Групповой Многоэлементный Спектрограф или как-то так, да, в современной науке почему-то принято составлять странные аббревиатуры). Из этих приборов я немножко расскажу только про один, спектрограф UVES (Ultra-violet and Visible Echelle Spectrograph -- эшель-спектрограф ультрафиолетового и видимого диапазонов).
К нему от всей этой навороченной установки ведет всего восемь волокон. Всего?! Если вспомнить, что не так давно на всех (да и сейчас на многих) телескопах мира у ученых была возможность измерять не более ОДНОГО спектра за один прием, восемь становится огромным числом. Но это только начало. Не вдаваясь в детали того, что такое эшель-спектрограф, (иногда по-русски его неправильно называют "эшелле", см. увы только англоязычную статью в википедии http://en.wikipedia.org/wiki/Echelle_grating или разные небольшие статьи, которые можно нагуглить), скажем только, что в отличие от обычных призм и дифракционных решеток он специально приспособлен для работы с высокими порядками интерференции. Что попросту означает, что он позволяет достигать огромного спектрального разрешения на огромных же диапазонах: представить свет в виде очень-очень детальной "радуги", в которой заметна яркость каждого тончайшего, крохотного оттенка. Последняя часть прибора являет собой попросту специальный цифровой фотоаппарат, который делает "фотографию" этой "радуги", которая и сохраняется как окончательный результат наблюдения. Желающие и понимающие могут окунуться в параметры этого инструмента вот тут:
http://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/uves/inst/
Если кратко, у него есть два отдельных широкополосных канала, синий (длины волн 300 - 500 нанометров) и красный (420-1100 нанометров). Для сравнения, человеческий глаз видит излучение примерно от 400 (синий цвет) до 700 (красный цвет) нанометров. Т. е. спектрограф покрывает ВЕСЬ видимый диапазон плюс куски ближних ультрафиолетового и инфракрасного. В каждом из каналов достижимо спектральное разрешение около ста тысяч элементов. Проще говоря: очень детальный спектр на огромном диапазоне. Вот как выглядит всего лишь один стананометровый фрагмент (на синем конце спектра, от 400 до 500 нанометров) солнечного спектра, полученный на этом спектрографе (чтоб врага запутать, длины волн там в ангстремах, 1 ангстрем = 0.1 нанометра):
Глядя на эту картинку надо проникнуться, как МНОГО там ВСЯКОГО РАЗНОГО -- а потом умножить это много примерно на 10...
Ну, вот мы продрались с грехом пополам через описание всей этой сложной системы. И зачем все это чудо нужно? Конечно, в первую очередь не для того, чтоб смотреть на Солнце или Юпитер. Есть кое-что гораздо интереснее, например, шаровые звездные скопления. Это такие тесные и многочисленные группы звезд, которые выделены из общей Галактической звездной популяции настолько, что их можно справедливо считать спутниками нашей Галактики. Они интересны по многим причинам и во многих отношениях загадочны. Например, возраст самых старых их них ни много ни мало соответствует возрасту всей Вселенной, а в военное время может даже его превосходить
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D0%B7%D0%B2%D1%91%D0%B7%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
С помощью нашей микрометрической волокнонаводилки :) мы можем "навестись" на конкретные восемь звезд из многих тысяч и "померить" их точнейшие спектры. Как многие, наверное, знают, у каждого химического элемента есть свой, очень характерный спектральный след -- своего рода вселенский "идентификационный код". Вот так, например, выглядит видимая часть спектра самого простого элемента, водорода:
Сверху спектр горячего чистого излучающего водорода (как, например, в водородных лампах), а вот снизу -- спектр поглощения, именно так выглядит спектр холодного водорода (холодного, конечно, по звездным меркам, его температура может быть тысячи градусов) в верхних слоях атмосферы какой-то звезды, он избирательно "ворует" кусочки из звездной радуги. На графике спектрографа, вроде того, что мы видели выше, такие "украденные" куски будут выглядеть глубокими впадинами. Их называют линиями поглощения.
У более сложных элементов, конечно, более сложные спектры, но у каждого свой, особенный. Современные компьютеры позволяют выделить эти особенные элементарные спектры по одному из большого сложного спектра полученного от какого-то объекта. И в результате исходя из детального спектра мы получаем... химический состав объекта! Спектрограф со сверхшироким диапазоном и сверхвысоким разрешением вроде описанного тут UVES позволяет идентифицировать в верхних слоях каждой наблюдаемой звезды большую часть таблицы Менделеева, причем не только определить наличие конкретных элементов, но и их примерное пропорциональное количество. Проще говоря -- написать "химическую формулу" звезды.
Все знают, как геологи по химическому составу горных пород определяют их происхождение и примерную историю региона. Точно так же, определив "формулы" нескольких специально подобранных звезд в шаровом скоплении, можно узнать многое о происхождении и истории этого скопления. Например, применив всю описанную выше аппаратуру к наблюдению шарового скопления NGC 5694, группа итальянских ученых всего пару месяцев назад пришла к выводу, что это скопление в нашей Галактике -- явный пришелец! Чужие они нам, откуда-то придрейфовали из глубин межгалактического пространства, возможно с коварными шпионскими целями.
http://arxiv.org/abs/1308.6653
К чему это я? А, ну да, обзавидовался просто, читая эту статью, до чего классные у оптических астрономов игрушки :) Если вдруг что не так написал, буду благодарен коллегам-оптикам за поправки.