Astronomie

Může být observatoř Keck vylepšena třetím dalekohledem?

Může být observatoř Keck vylepšena třetím dalekohledem?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Lze zlepšit rozlišení observatoře Keck přidáním třetího dalekohledu? Představuji si, že by to bylo levnější než stavět úplně nový dalekohled?


Původní přehled

Dalekohledy Keck fungují hlavně nezávisle na sobě. Přidání třetího dalekohledu by tedy ve skutečnosti nemělo moc bodu (kromě výhod, které má mít dalekohled na vrcholu hory se slabým světelným znečištěním a vynikajícími atmosférickými podmínkami). V minulosti to mohl být trochu lákavější nápad, protože Keckův interferometr (KI) probíhal v letech 2003 až 2012 a byl kombinací těchto dvou dalekohledů (efektivní nárůst ze dvou 10metrových dalekohledů na jeden 85metrový dalekohled).

KI však měla určité problémy, které jí bránily plně využít svůj potenciál. Například nikdy nebyly postaveny čtyři sekundární „výložníkové“ dalekohledy pro zlepšení interferometru, přestože byly důležitou součástí raných plánů. To bylo nakonec „zakonzervováno“ poté, co bylo dokončeno několik hlavních vědeckých cílů. Je zřejmé, že interferometr by mohl být znovu aktivován, ale pro to byste museli udělat pádný důvod. Pokud se vám to podaří a získáte povolení k stavbě dalších dalekohledů, mnozí by se mohli rozhodnout použít prostředky na tyto výložníky, spíše než na úplně nový nástroj.

A konečně, stavba dalekohledů na Mauna Kea je kontroverzní kvůli možným dopadům na životní prostředí a kvůli argumentům, že ohrožuje havajská kulturní a náboženská místa. Proti plánovanému třicetimetrovému dalekohledu existují dostatečné námitky, nevadí ani další Keck (který by, pravda, byl pravděpodobně levnější, i když by tyto dvě používaly různé vlnové délky).

Stručně řečeno, třetí dalekohled by pomohl pouze v případě, že by byl interferometr znovu uveden do provozu - a dokonce i tehdy byste museli vytvořit důvod pro stavbu nového dalekohledu a pro jeho volbu nad původními podpěrami.

Řešení

Úhlové rozlišení pro jediný dalekohled je řádově velké $$ theta sim frac { lambda} {D} značka {1} $$ kde $ lambda $ je vlnová délka pozorování a $ D $ je průměr paraboly (mimochodem, adaptivní optika může věci trochu vylepšit). Každý dalekohled Keck má průměr 10 $ text {m} $ a pozoruje v optickém a blízkém infračerveném rozsahu - asi 4 $ times10 ^ {- 7} $ na $ 4 times10 ^ {- 6} text {m} $. Tato aproximace poskytuje úhlové rozlišení asi $0.0083$ na $0.083$ obloukové sekundy. Tato aproximace je přesná v řádu řádů.

Stejně tak pro interferometr se dvěma dalekohledy oddělenými základní vzdáleností $ b $, úhlové rozlišení je přibližně $$ theta sim frac { lambda} {b} $$ Keckův interferometr měl základní linii $ 85 text {m} $ a pozorováno na vlnových délkách ... 2,2 $ krát10 ^ {- 6} $ na $ 10 ^ {- 5} text {m} $. Aproximace nám dává rozlišení $0.0053$ na $0.024$ arcseconds - docela blízko skutečným hodnotám.

Co kdybychom přidali třetí dalekohled, shodný s ostatními dvěma a umístěný v řadě vedle nich, $ 85 text {m} $ od bližšího a 170 $ text {m} $ od vzdálenějšího? Nejdelší základní linie je nyní $ 2 times85 = 170 text {m} $, dvojnásobek základní linie nastavení dvou misek. Nyní jsme udělali úhlové rozlišení dvakrát menší než dříve. To je vynikající. Na 2,2 $ times10 ^ {- 6} text {m} $, rozlišení je 1,3 $ times10 ^ {- 8} $ radiány.

Zamysleme se nad pozorováním na 2,2 $ times10 ^ {- 6} text {m} $, na nejkratších vlnových délkách použitý interferometr. Předpokládejme, že chceme postavit další dalekohled se stejným úhlovým rozlišením. Přeskupení $(1)$ nám dává $$ D sim frac { lambda} { theta} $$ Zapojení našich čísel ($ lambda = 2,2 times10 ^ {- 6} text {m} $ a $ theta = 1,3 krát10 ^ {- 8} $ radiány), zjistíme to $ D $ by měl být o 170 $ text {m} $ - což je samozřejmě nejdelší základní linie interferometru se třemi miskami. To je na těchto vlnových délkách jednoduše nepravděpodobné. Největším optickým dalekohledem s jednou miskou - pozorujícím na kratších vlnových délkách, než je toto, je faktor asi tři - je Gran Telescopio Canarias, 10,4 $ text {m} $ (ačkoli Velký binokulární dalekohled je o něco lepší - 11,8 $ text {m} $).

Pokud chcete použít interferometr při optických vlnových délkách, stále sledujete a $ sim55 text {m} $ jídlo, a to je v současné době možná proveditelné. Plánuje se několik extrémně velkých dalekohledů, zejména třicetimetrový dalekohled, který jsem zmínil dříve, a Evropský extrémně velký dalekohled (E-ELT), který přichází kolem 40 $ text {m} $. E-ELT by měl být online hned po 2-24 (!), Což by bylo fantastické a mělo by srovnatelné rozlišení jako tento tříjádrový interferometr.

Náklady

Podívejme se, kolik by to všechno mohlo stát. Očekává se, že E-ELT bude stát něco málo přes jednu miliardu eur (přesněji 1 083 miliard), což je zhruba $ 1 - $ 1,25 miliardy v amerických dolarech (to zní jako hodně, ale vesmírné dalekohledy to může být až desetkrát - i když často u kvalitnějších obrázků). Předpokládejme, že náš údajný $ sim55 text {m} $ náklady na vybudování optického dalekohledu 1,5 - 2 miliardy $.

Náklady na přístroje pro Keckovu observatoř činily přibližně 80 milionů $. To zahrnuje vlastní dalekohledy, stejně jako kamery a další vybavení potřebné ke skutečnému pořízení snímků. Vylepšení a další vývoj vedly k celkovému projektu na přibližně 200 milionů $ (nepočítáme-li náklady na pozorování). Můžeme být velkorysí a říci, že stavba třetího dalekohledu - identického s ostatními dvěma - a uvedení systému interferometru do provozu může stát 50 až 60 milionů dolarů. Možná je to vypnuté, ale rozhodně se to nemůže mýlit o řádovou velikost. V tom okamžiku stála celá tato nová Keckova observatoř jen asi desetinu toho, co by stálo jedno jídlo.

Ano, je pravděpodobné, že se někde výše mýlím - že jsem udělal chybu ve velikosti dalekohledu s jednou miskou nebo v odhadu celkových nákladů. Ale rozdíl je ještě pořád mimořádný.

Zde je problém: Náklady na noční pozorování jsou vysoké. Jedna noc při použití dalekohledu Keck stojí 54 000 $. Interferometr používá oba dalekohledy, a jako článek jsem citoval dřívější poznámky,

je složité a nákladné propojit obří oči systémem optických drah jen na několik desítek nocí každý rok.

Interferometrie není tak jednoduchá jako sledování objektu dvěma různými dalekohledy. Je to komplikované a nákladné. Pokud předpokládáme, že by provozování interferometru stálo kolem 200 000 $ za noc (je to bezdůvodné?), Zjistíme roční provozní náklady $ sim $ 73 milionů $ - za předpokladu, že se používá každou noc, což není pravděpodobné. Ale i když vezmeme v úvahu všechny noci, kdy by se interferometr nepoužíval, je to pravděpodobně stále více než odhadované roční náklady na E-ELT (50 milionů eur, neboli 54,33 milionů dolarů). Jednoplášťový dalekohled - opět pracující s kratšími vlnovými délkami než Keck - by pravděpodobně stál méně za noc než nový interferometr Keck.

Možná, že relativně nízké stavební náklady třetího dalekohledu by to vše krátkodobě vyrovnaly (pravděpodobně by).

Zde je však zjevná věc, kterou jsem ignoroval: Více jídla znamená více světla. Interferometr s 170 $ text {m} $ základní hodnota je ne stejný jako jediný parabolový dalekohled stejného průměru. Tyto tři pokrmy jsou mnohem, mnohem menší než jedno. I když jsou rozlišení stejná, na velikosti pokrmů opravdu záleží.

Miska o průměru 10 $ text {m} $ má rozlohu $ 25 pi text {m} ^ 2 $. Miska o průměru 170 $ text {m} $ má rozlohu 7225 $ pi text {m} ^ 2 $ - rozdíl o faktor 289! Pokud chcete provést skutečná srovnání mezi novým interferometrem a velkým dalekohledem, budete potřebovat více než tři pokrmy. A že náklady vyrostou.

Jen pro zábavu si představte, že máme celkem 50 pokrmů se základní úrovní. Pokud každý stojí 30 až $ 40 milionů na vybudování (a tady jsem velkoryse nízký), rychle zjistíme, že vybudování dalších 48 jídel nás vede 1,9 miliardy $, nebo alespoň náklady na stavbu našeho $ 55 text {m} $ optický dalekohled.

Dobře, předpokládejme tedy, že jsem někde udělal chybu a toto číslo je příliš vysoké. Také, pokud jste skončili s budováním tohoto interferometru (Kam byste to mimochodem umístili? Mauna Kea je dost přeplněná!), Pravděpodobně byste mohli každé jídlo udělat jednodušší než Keck I nebo Keck II. Stále musíte čelit vysokým nočním provozním nákladům - opravdu vysoké provozní náklady.

Věda!

Proč tedy není interferometr funkční? Podle NASA je to proto, že hlavní cíl interferometru, pozorující určité okolní disky, je hotový:

Primárním cílem NASA při vývoji a provozu dvou 10m dalekohledu KI byla charakterizace slabých prachových disků kolem blízkých hvězd hlavní posloupnosti.

Přehled viz Millan-Gabet (2011). Jak poznamenávají autoři v části 3, primární pozorovací vlnové délky interferometru (asi $10^{-6}$ na $ 10 ^ {- 7} text {m} $, rozsah mikrometrů) zahrnuje špičkové emisní vlnové délky cirkulárního prachu. Navíc rozlišení na těchto vlnových délkách může vyřešit vlastnosti obvodových disků.

Jak jsme určili dříve, je těžké postavit dalekohled srovnatelného rozlišení pracující v blízké infračervené oblasti. Nezapomeňte, že náš dalekohled s jednou miskou pracuje převážně v optickém rozsahu, i když by samozřejmě měl do určité míry schopnosti blízkého infračerveného záření. Proto je interferometr, jako je Keckův interferometr, naší nejlepší volbou - a možná i naší jedinou volbou v dohledné budoucnosti. Určitě je však možné postavit extrémně velké dalekohledy pracující na mírně kratších vlnových délkách se zhruba stejným úhlovým rozlišením (ve skutečnosti řádově). Navíc shromáždí více světla a - jak jsem zjistil krátce před zveřejněním, ve vynikající odpovědi Roba Jeffriese - omezení interferometrových nástrojů a atmosférické problémy je činí méně univerzálními než velké dalekohledy s jednou anténou.

TL; DR

Zde je několik jídel:

  • Přidáním třetího dalekohledu získáte rozlišení, které na těchto vlnových délkách nepřekoná žádný jiný pozemský dalekohled.
  • To by pravděpodobně bylo mnohem levnější.
  • Shromáždili byste však jen malý zlomek světla, který by zachytil mnohem větší dalekohled.
  • Pokud by se nashromáždilo více světla, náklady by prudce vzrostly - stejně jako technické problémy.

Ekonomicky a technicky tedy opravdu není možné přidat ke Keckovi třetí disk - přinejmenším ve srovnání s vytvořením jediného extrémně velkého dalekohledu.


To je docela dlouhá odpověď a hádám, že jsem někde udělal chybu. Vrátím se zpět a ještě asi tak jeden den zkontroluji. Pokud někdo nějaký najde, dejte mi vědět!


Třetí observatoř se uzavře na posvátné havajské hoře

Britská observatoř umístěná na nejvyšší havajské hoře minulý týden oznámila, že se bude zavírat, a vyhověla tak požadavku havajského guvernéra Davida Ige na uzavření 25 procent dalekohledů na hoře, aby se usnadnila výstavba třiceti Meter Telescope (TMT).

Hvězdárna UKIRT, která se nachází na spící sopce Mauna Kea, „již byla identifikována v plánu péče o Mauna Kea… jako jeden z dalekohledů, které nebudou po skončení produktivního života recyklovány,“ Guenther Hasinger, ředitel institutu pro astronomii na Havajské univerzitě, která provozuje dalekohled, řekl e-mailem na ProfoundSpace.org.

„Tento proces byl pokročilý, aby splnil požadavek guvernéra Ige na viditelně lepší správu hory.“ [Keckova observatoř: Kosmické fotografie z havajské Mauna Kea]

Hotovo s „maximální péčí“

Nachází se na ostrově Havaj, díky vysoké nadmořské výšce a suchému prostředí Mauna Kea je jedním z nejlepších míst pro astronomické pozorování na světě. Od 60. let 20. století bylo na vrcholu hory a kolem ní vybudováno 13 observatoří.

Mnoho lidí v regionu však také považuje Mauna Kea za posvátnou. Během průkopnického ceremoniálu TMT v roce 2014 přitáhl dalekohled významnou polemiku a stavba byla zastavena počátkem letošního roku kvůli protestům, z nichž některé vedly k zatčení.

V květnu Ige oznámil plán na posílení správy hory a vyzval k odstranění nejméně 25 procent dalekohledů, než bude TMT připravena k provozu.

Observatoř Caltech Submillimeter od té doby ukončila provoz, zatímco Havajská univerzita v Hilu zahájila proces vyřazování z provozu pro svůj dalekohled Hoku Kea. UKIRT označuje třetí nástroj, který oznamuje jeho uzavření a splňuje tak cíl guvernéra.

UKIRT, dříve známý jako britský infračervený dalekohled, zahájil provoz v roce 1979. Vlastnictví bylo převedeno na Havajskou univerzitu v roce 2014.

„Za posledních několik let se UKIRT stal jedním z nejproduktivnějších dalekohledů na světě,“ řekl Hasinger. Měření produktivity je založeno na počtu publikací využívajících data UKIRT a odpovídajícím dopadu těchto prací.

Hasinger uvedl, že přisuzoval produktivitu UKIRT souboru velmi rozsáhlých specializovaných průzkumů oblohy prováděných dalekohledem, které využívá značný počet vědců. Dalekohled také objevil některé z nejvzdálenějších objektů ve vesmíru, z nichž nejpozoruhodnější je nejvzdálenější známý kvasar, supermasivní černá díra, která vyzařovala neuvěřitelné množství světla, když byl vesmír za méně než 1 miliardu let stáří 13,8 miliard let.

Přístroj nebude okamžitě vypnut. Hasinger uvedl, že plán začne nějakou dobu poté, co byly vyřazeny další dva dalekohledy z provozu.

„Obecný proces vyřazování z provozu pro observatoře je uveden v komplexním plánu řízení Úřadu pro správu Mauna Kea, aby bylo zajištěno, že vyřazování z provozu je prováděno řádně a kulturně a ekologicky respektujícím způsobem,“ uvedla ve svém prohlášení Havajská univerzita.

UKIRT bude pokračovat v činnosti několik let, dokud nenastane čas zahájit proces odstavení, který bude zahrnovat plán dekonstrukce a odstranění lokality a plán obnovy lokality.

„Celý proces je třeba provádět s maximální péčí a za přispění veřejnosti,“ řekl Hasinger.


Hvězdárna W. M. Kecka

Ve Swinburne máme v Melbourne zařízení pro dálkové ovládání, které umožňuje našim astronomům dálkově ovládat dalekohledy Keck Obsevatory z více než 9 000 km daleko na Havaji v Mauna Kea. Toto je nejvzdálenější vzdálenost, od které byl dalekohled této třídy dálkově ovládán v reálném čase a je jediným takovým zařízením Keck mimo pevninu USA.

Swinburne je jedinou australskou univerzitou se zaručeným přístupem k největším a nejproduktivnějším optickým / infračerveným dalekohledům na světě - dvojitým dalekohledem Keck Observatory, které se nacházejí poblíž vrcholu Mauna Kea na Havaji.

Máme dohodu s Kalifornským technologickým institutem, která našim astronomům poskytuje nebývalý přístup k dvojitým 10metrovým teleskopům Keck Observatory. Dalekohledy Keck, umístěné ve výšce 4200 metrů nad mořem na spící sopce Mauna Kea, poskytly jedny z nejpozoruhodnějších pohledů na vesmír, jaké kdy byly získány.

Dalekohledy jsou největší a nejproduktivnější optické / infračervené dalekohledy na světě. Každé dalekohledové zrcadlo je vyrobeno z 36 šestihranných segmentů o průměru 1,8 metru. Obrovská zrcadlová struktura váží přes 14 000 kg, ale je extrémně dobře vyvážená a lze ji neuvěřitelně přesně namířit na objekty na noční obloze.

Aby demonstrovali velikost a ikonický šestiúhelníkový tvar zrcadel Keck, tým Centra pro astrofyziku a superpočítače a studenti označili velikost jednoho zrcadla Keck s dojmem umělcovy stopy.

Keck Observatory Instruments

Keck I i II nabízejí širokou škálu nástrojů, včetně:


Výbor pro přiřazení času Swinburne pro Keck (STACK) uděluje přístup k dalekohledem Keck.

Na základě výzvy k předkládání návrhů žádají astronomové Swinburne o použití dalekohledů k dokončení svého specifického programu výzkumu astronomie. STACK kontroluje žádosti a uděluje přístup úspěšným žadatelům.

Většina pozorovacích běhů Keck zahrnuje studenty doktorského studia a některá shromážděná data jsou součástí jejich disertační práce. Swinburne University of Technology byla první univerzitou v Austrálii, která měla přístup k teleskopům Keck. Naši doktorandi využívají zařízení od roku 2009 k výzkumu a školení.

"Náš jedinečný přístup k observatoři Keck umožnil Centru pro astrofyziku a superpočítače zesilovačů." přilákat špičkové astronomy, postdoktorské výzkumníky a studenty z celého světa. CAS k tomu používá dalekohledy Keck posunout hranice pozorovatelného vesmíru objevením některých prvních galaxií, které vznikly, a zároveň určováním jak se vyvinuli do galaxií, které dnes vidíme.


Keckova observatoř

Naši redaktoři zkontrolují, co jste zadali, a určí, zda článek revidovat.

Keckova observatoř, plně W.M. Keckova observatoř, astronomická observatoř umístěná poblíž vrcholu 4200 metrů (13 800 stop) Mauna Kea, spící sopky na severu ostrova Hawaii na Havaji, jsou dvojité dalekohledy US Keck o délce 10 metrů (394 palců), umístěné v samostatných kopulích. největší systém optického dalekohledu narůstající vědecké rezervy multi-observatoře umístěné na Mauna Kea.

Stavba observatoře Keck byla financována primárně W.M. Keck Foundation, filantropická organizace založená Williamem Myronem Keckem, zakladatelem společnosti Superior Oil Company. První dalekohled Keck, Keck I, byl dokončen v roce 1992 a druhý, Keck II, v roce 1996. Hvězdárna je provozována jako konsorcium vedené Kalifornským technologickým institutem a Kalifornskou univerzitou, které vytvořilo Kalifornskou asociaci pro výzkum v Astronomie pro údržbu a provoz zařízení. Od roku 1996 se Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) účastní jako plnohodnotný partner. S Havajskou univerzitou, která spravuje rezervu Mauna Kea, sdílejí využití zařízení.

Z celkového designu observatoře Keck byly 10metrové primární zrcadla technicky nejnáročnějšími součástmi, které bylo třeba vyvinout, a jejich výroba přinesla nový směr při výrobě dalekohledů. Každé zrcadlo se skládá z 36 šestihranných segmentů speciálního sklokeramického materiálu s nulovou roztažností (s velmi nízkou tepelnou roztažností) vyrobeného společností Schott Glassworks v německém Mohuči a leštěného společností Itek Optical Systems v Lexingtonu ve státě Massachusetts. Jednotlivé segmenty o průměru 1,8 metru (71 palců) tvoří mozaiku, přičemž každý segment je neustále umístěn třemi vysoce přesnými, počítačem řízenými akčními členy, takže celá zrcadlová plocha odpovídá hyperboloidu s ohniskovou vzdáleností 17,5 metru ( 689 palců). Pro tvarování asymetrického povrchu každého prvku mimo osu vyvinuli optici Itek techniku ​​zvanou stresované zrcadlové leštění, při které je prvek deformován ve svěráku, protože je leštěn, když je napětí odstraněno, prvek předpokládá požadovaný asymetrický obrazec.

Každý z optických systémů dalekohledu v Kecku je namontován v lehké, tuhé konstrukci s otevřeným příhradovým nosníkem, který se pohybuje ve výšce a azimutu společně, aby sledoval denní pohyb nebes. Extrémně kompaktní design dalekohledů pomohl snížit velikost a náklady kopulí, ve kterých jsou umístěny.

Dalekohledy Keck ztělesňují druhy inovací v oblasti technologií, financování a správy, které od 60. let změnily způsob, jakým jsou koncipovány, konstruovány, konstruovány a provozovány velké optické přístroje. V roce 1999 byl instalován systém adaptivní optiky, který působí proti stíracímu účinku atmosféry, a v roce 2001 byl uveden do provozu interferometr, který spojuje světelné dráhy obou dalekohledů. Díky tomuto přístroji mají opticky integrované dalekohledy rozlišovací schopnost jediný dalekohled se zrcadlem o průměru 85 metrů (3350 palců).

Mezi významné objevy provedené pomocí teleskopů Keck byly tranzity HD 209458 b, první planety, která byla viděna za zákrytem své hvězdy. Infračervená pozorování hvězd obíhajících kolem středu Mléčné dráhy prokázala přítomnost černé díry s hmotností ekvivalentní 3 600 000 Sluncí. Dysnomia, měsíc trpasličí planety Eris, byla objevena dalekohledy Keck a následná pozorování její oběžné dráhy ukázala, že Eris je největší trpasličí planetou.


Keckova observatoř úspěšně nasazuje laserový systém zlepšující rozlišení a čistotu

Obrázek z bodu startu dalekohledu vzhlížejícího k noční obloze. Střední otvor v paprsku je způsoben zatemněním sekundárního zrcadla na dalekohledu pro spuštění laserového paprsku a slouží k vyrovnání laserového paprsku. Uznání: W. M. Keck Observatory

Havajská observatoř W. M. Keck úspěšně nasadila laserový systém ve výši 4 milionů dolarů, který poskytuje výrazné zvýšení rozlišení a jasnosti již vědecky nejproduktivnějších dalekohledů na Zemi. Nový laser byl poprvé promítán na oblohu 1. prosince 2015 a umožní vědcům z celého světa pozorovat nebesa nad Maunakea v nebývalých detailech.

„Laserový systém nové generace je třetí generací laserů v observatoři Keck, která je od roku 2001 průkopníkem laserové adaptivní optiky Star Guide na velkých dalekohledech,“ uvedl Jason Chin, vedoucí projektu nového laseru v observatoři Keck.

První systém adaptivní optiky Laser Guide Star na velkém dalekohledu byl uveden do provozu na teleskopu Keck II v roce 2004 a kromě mnoha dalších prvenství pomohl odhalit černou díru ve středu Mléčné dráhy - jeden z nejvýznamnějších astronomických objevů. Druhý laserový systém byl nainstalován v roce 2011 na dalekohled Keck I, což pohánělo vedení Keck Observatory jako premiérové ​​výzkumné zařízení Adaptive Optics na světě. Doposud bylo v astronomických časopisech publikováno více než 240 vědeckých výsledků z těchto laserových systémů.

Laserový průvodce observatoře Keck Hvězdné systémy vytvářejí umělou hvězdu v zemské mezosféře ve výšce zhruba 60 mil tím, že aktivují přirozeně se vyskytující vrstvu atomů sodíku, což způsobuje, že spontánně emitují světlo (nebo září jako hvězda). Systém adaptivní optiky používá tuto umělou laserovou naváděcí hvězdu k měření aberací vyvolaných turbulencí v zemské atmosféře. Potom se použije deformovatelné zrcadlo o průměru šesti palců s 349 akčními členy, které koriguje tyto aberace rychlostí 1 000krát za sekundu, čímž účinně odstraní záblesk z hvězd a poskytne téměř dokonalé detaily pro planety, hvězdy a galaxie. V kombinaci s primárním zrcadlem o průměru 10 metrů může observatoř Keck nabídnout snímky s pětkrát vyšším rozlišením než Hubbleův vesmírný dalekohled.

Nový laser je výsledkem spolupráce mezi Keckovou observatoří a Evropskou jižní observatoří s cílem vyvinout efektivnější a výkonnější třídu komerčních laserů pro astronomii. Nový laser vyrobený společností TOPTICA v Německu a MPBC v Kanadě splňuje oba cíle hravě: spotřeba energie v novém systému je až 1,2 kW oproti předchozím 80 kW používaným v předchozím systému pro barvení laserem, zatímco výkon se zvýšil o faktor deset. Nový laser může dále přejít z vypnutého do provozního stavu za pět minut - dramatické zlepšení během pěti až šesti hodin u barvivového laseru, který byl v říjnu vyřazen z provozu, aby se vytvořil prostor pro nový laser.

Tyto grafy ukazují symetrii uměle vytvořené naváděcí hvězdy v mezosféře. Uznání: W. M. Keck Observatory

Snad nejvýznamnější je to první z nové generace laserů, které plánují všechny budoucí dalekohledy a které hledají havajská zjištění týkající se budování jejich systémů.

Financování projektu pocházelo z Gordon and Betty Moore Foundation, W. M. Keck Foundation a Friends of Keck Observatory. Počáteční financování počátečního financování poskytla Národní vědecká nadace.

Více než třetina rozpočtu byla vynaložena na Havaj, návrh a instalace systémů a související infrastruktury pro podporu a provoz nového laseru. Zbývající rozpočet byl vynaložen na samotný laser - více než 2,5 milionu dolarů. Projekt také poskytl infrastrukturu pro přidání dvou dalších laserů na podporu laserové tomografie za účelem určení distribuce atmosférických turbulencí ve srovnání s nadmořskou výškou. Po financování lze do systému snadno přidat další lasery, které by umožnily vzorkování mnohem větší oblasti oblohy s ještě lepší korekcí atmosférické turbulence.

Observatoř W. M. Kecka provozuje největší a vědecky nejproduktivnější dalekohledy na Zemi. Dva 10metrové optické / infračervené dalekohledy poblíž vrcholu Maunakea na ostrově Havaj obsahují sadu pokročilých přístrojů včetně zobrazovacích zařízení, víceobjektových spektrografů, spektrografů s vysokým rozlišením, spektrografů s integrovaným polem a přední světové laserové vodicí hvězdy systémy adaptivní optiky.


Technika odhaluje galaxii, jak se objevila 2 miliardy let po Velkém třesku

Astronomové z Kalifornského technologického institutu (Caltech) a jejich kolegové použili vzácné kosmické zarovnání a moderní adaptivní optiku k zobrazení vzdálené galaxie s podobným vynikajícím rozlišením, které slibuje budoucí třicetimetrový dalekohled (TMT). Tento úspěch poskytl podrobný pohled na podstatu mladé galaxie tvořící hvězdy, jak se objevila jen dvě miliardy let po Velkém třesku, a určil, jak se tato galaxie může nakonec vyvinout a stát se systémem jako naše vlastní Mléčná dráha.

Tým provedl svá pozorování spojením dvou technik, gravitační čočky - která využívá efekt, který poprvé předpověděl Albert Einstein, při kterém gravitační pole masivních objektů, jako jsou galaxie v popředí, ohýbá světelné paprsky z objektů umístěných v dálce za sebou, tedy zvětšuje vzhled vzdálených zdrojů - a laserově asistovaná naváděcí hvězda (LGS) adaptivní optika (AO) na 10metrovém dalekohledu Keck Telescope na Havaji. Adaptivní optika koriguje rozmazané efekty atmosféry Země & # 39 s monitorováním signálu z přírodní nebo umělé vodicí hvězdy v reálném čase.

Gravitační čočka zvětšila vzdálenou galaxii v úhlové velikosti asi o osm v každém směru. Spolu s vylepšeným rozlišením pomocí adaptivní optiky to týmu umožnilo určit strukturu vnitřní rychlosti vzdálené galaxie vzdálené 11 miliard světelných let od Země, a tedy její pravděpodobný budoucí vývoj.

Vědci zjistili, že vzdálená galaxie, která je v této epochě v mnoha ohledech typická pro ostatní, vykazuje jasné známky řádné rotace. Nález ve spojení s pozorováními prováděnými na milimetrových vlnových délkách, které jsou citlivé na studený molekulární plyn (indikátor galaktické rotace), naznačuje, že zdroj je v raných fázích sestavování spirálového disku s centrálním jádrem podobným těm, které jsou vidět v spirální galaxie v současnosti.

Výzkum popsaný v čísle časopisu Nature z 9. října poskytuje pozoruhodnou demonstraci pravděpodobné síly budoucí TMT, první z nové generace velkých dalekohledů určených k využití AO.

„Toto je nejpodrobnější pohled na mladou galaxii v rané epochě, jaký jsme doposud viděli, a poskytl nám jedinečný pohled na to, jak tyto systémy začínají brát známé vlastnosti spirálních galaxií, jako je naše vlastní Mléčná dráha,“ řekl Richard Ellis , Steele profesor astronomie na Caltech, spoluautor článku Nature a člen vědeckého poradního výboru TMT. & ldquoJedná se o vzrušující objev, který ohlašuje druh vědy, která bude rutinní, když se online objeví třicetimetrový dalekohled. & rdquo

Po dokončení v druhé polovině příštího desetiletí bude obří primární zrcadlo TMT & # 39s a vylepšená optika vytvářet obrazy s úhlovým rozlišením třikrát lepší než 10metrový Keck a 12krát lepší než Hubbleův vesmírný dalekohled, na podobných vlnových délkách. Díky velkolepému zlepšení úhlového rozlišení, které poskytuje AO, bude TMT schopna studovat vnitřní vlastnosti malých vzdálených galaxií, viděných tak, jak byly, když byl vesmír mladý.

Stejně tak Atacama Large Millimeter Array (ALMA), velký interferometr, který se dokončuje v Chile, poskytne obrovský krok vpřed v mapování extrémně slabé emise ze studeného plynného vodíku - hlavní složky mladých vzdálených galaxií a jasného ukazatele studený molekulární plyn - ve srovnání s hrubšími schopnostmi současných zařízení. Ve svém nedávném výzkumu poskytl tým vedený Caltech působivý pohled na to, co lze udělat s vynikajícím výkonem očekávaným od TMT a ALMA.

Tým pomocí Hubblova kosmického dalekohledu lokalizoval tým výraznou galaxii nazvanou „Kosmické oko“, protože její forma je gravitačním polem galaxie v popředí narušena do prstencovité struktury.

& `` Gravitace nám účinně poskytla další zoom objektiv, což nám umožnilo studovat tuto vzdálenou galaxii v měřítcích blížících se jen pár stovek světelných let. Jedná se o desetkrát jemnější odběr vzorků, než je dosud možné, “vysvětluje postdoktorský vědecký pracovník Dan Stark z Caltech, vedoucí studie. „Výsledkem je, že můžeme poprvé vidět, že se mladá galaxie typické velikosti točí a pomalu se vyvíjí ve spirální galaxii, podobně jako naše vlastní Mléčná dráha,“ říká.

Klíčová spektroskopická pozorování byla provedena pomocí nástroje OSIRIS, vyvinutého speciálně pro systém Keck AO astrofyzikem Jamesem Larkinem a spolupracovníky z Kalifornské univerzity v Los Angeles. Stark a jeho spolupracovníci pomocí nástroje OSIRIS podrobně mapovali rychlost napříč zdrojem a umožnili jim tak prokázat, že má primitivní rotující disk.

Aby pomohli při své analýze, vědci spojili data z Keckovy observatoře s údaji získanými na milimetrových vlnových délkách interferometrem Plateau de Bure (PdBI) ve francouzských Alpách. Tento přístroj PdBI je citlivý na distribuci studeného plynu, který se ještě musí zhroutit, aby vytvořil hvězdy. Tato pozorování poskytují cenný pohled na to, co bude u dalekohledu ALMA brzy běžné.

„Je pozoruhodné, že studený plyn sledovaný našimi milimetrovými pozorováními sdílí rotaci mladých hvězd pozorovaných v Keckových pozorováních. Distribuce plynu pozorovaná naším úžasným rozlišením naznačuje, že jsme svědky postupného budování spirálového disku s centrální jadernou složkou, “vysvětluje spoluřešitel Mark Swinbank z Durham University, který se podílel na pozorováních Keck i PBI.

Tento průlom ukazuje, jak důležité je úhlové rozlišení při zajišťování pokroku v extragalaktické astronomii. To bude klíčový zisk zařízení TMT i ALMA.

„Po celá desetiletí se astronomové spokojili s konstrukcí větších dalekohledů a tvrdili, že primární schopnost schopnosti dalekohledu byla síla sběru světla,“ vysvětluje Ellis. "However, adaptive optics and interferometry are now providing ground-based astronomers with the additional gain of angular resolution. The combination of a large aperture and exquisite resolution is very effective for studying the internal properties of distant and faint sources seen as they were when the Universe was young. This is the exciting future we can expect with TMT and ALMA and, thanks to the magnification of a gravitational lens, we have an early demonstration here in this study," he says.

The W. M. Keck Observatory operates twin 10-meter telescopes located on the summit of Mauna Kea. The Observatory, made possible by grants from the W. M. Keck Foundation totaling over $138 million, is managed as a non-profit corporation whose board of directors includes representatives from Caltech and the University of California.

The TMT is currently in the final stages of its design phase. The plan is to initiate construction in 2010 with &lsquofirst light&rsquo in early 2018. This project is a partnership among the California Institute of Technology, the University of California, and ACURA, an organization of Canadian universities. The Gordon and Betty Moore Foundation has provided $50 million for the design phase of the project and has pledged an additional $200 million for the construction of the telescope. ACURA committed an additional $17.5 million for the design and development of TMT. Co-authors on the paper, "The formation and assembly of a typical star-forming galaxies at redshift z

3," are Simon Dye of Cardiff University in Cardiff, Wales Ian R. Smail of Durham University in Durham, England and Johan Richard of Caltech.


Astronomers detect the farthest galaxy yet with Keck telescope

Galaxy EGS8p7, as seen from the Hubble Space Telescope (wide and top right) and Spitzer Space Telescope (inset, bottom right), taken in infrared. Credit: I. Labbé (Leiden University), NASA/ESA/JPL-Caltech

A team of Caltech researchers that has spent years searching for the earliest objects in the universe now reports the detection of what may be the most distant galaxy ever found. In an article published August 28, 2015 in Astrofyzikální deníkové dopisy, Adi Zitrin, a NASA Hubble postdoctoral scholar in astronomy, and Richard Ellis—who recently retired after 15 years on the Caltech faculty and is now a professor of astrophysics at University College, London—describe evidence for a galaxy called EGS8p7 that is more than 13.2 billion years old. The universe itself is about 13.8 billion years old.

Earlier this year, EGS8p7 had been identified as a candidate for further investigation based on data gathered by NASA's Hubble Space Telescope and the Spitzer Space Telescope. Using the multi-object spectrometer for infrared exploration (MOSFIRE) at the W.M. Keck Observatory in Hawaii, the researchers performed a spectrographic analysis of the galaxy to determine its redshift. Redshift results from the Doppler effect, the same phenomenon that causes the siren on a fire truck to drop in pitch as the truck passes. With celestial objects, however, it is light that is being "stretched" rather than sound instead of an audible drop in tone, there is a shift from the actual color to redder wavelengths.

Redshift is traditionally used to measure distance to galaxies, but is difficult to determine when looking at the universe's most distant—and thus earliest—objects. Immediately after the Big Bang, the universe was a soup of charged particles—electrons and protons—and light (photons). Because these photons were scattered by free electrons, the early universe could not transmit light. By 380,000 years after the Big Bang, the universe had cooled enough for free electrons and protons to combine into neutral hydrogen atoms that filled the universe, allowing light to travel through the cosmos. Then, when the universe was just a half-billion to a billion years old, the first galaxies turned on and reionized the neutral gas. The universe remains ionized today.

Prior to reionization, however, clouds of neutral hydrogen atoms would have absorbed certain radiation emitted by young, newly forming galaxies—including the so-called Lyman-alpha line, the spectral signature of hot hydrogen gas that has been heated by ultraviolet emission from new stars, and a commonly used indicator of star formation.

Because of this absorption, it should not, in theory, have been possible to observe a Lyman-alpha line from EGS8p7.

"If you look at the galaxies in the early universe, there is a lot of neutral hydrogen that is not transparent to this emission," says Zitrin. "We expect that most of the radiation from this galaxy would be absorbed by the hydrogen in the intervening space. Yet still we see Lyman-alpha from this galaxy."

They detected it using the MOSFIRE spectrometer, which captures the chemical signatures of everything from stars to the distant galaxies at near-infrared wavelengths (0.97-2.45 microns, or millionths of a meter).

"The surprising aspect about the present discovery is that we have detected this Lyman-alpha line in an apparently faint galaxy at a redshift of 8.68, corresponding to a time when the universe should be full of absorbing hydrogen clouds," Ellis says. Prior to their discovery, the farthest detected galaxy had a redshift of 7.73.

One possible reason the object may be visible despite the hydrogen-absorbing clouds, the researchers say, is that hydrogen reionization did not occur in a uniform manner. "Evidence from several observations indicate that the reionization process probably is patchy," Zitrin says. "Some objects are so bright that they form a bubble of ionized hydrogen. But the process is not coherent in all directions."

"The galaxy we have observed, EGS8p7, which is unusually luminous, may be powered by a population of unusually hot stars, and it may have special properties that enabled it to create a large bubble of ionized hydrogen much earlier than is possible for more typical galaxies at these times," says Sirio Belli, a Caltech graduate student who worked on the project.

"We are currently calculating more thoroughly the exact chances of finding this galaxy and seeing this emission from it, and to understand whether we need to revise the timeline of the reionization, which is one of the major key questions to answer in our understanding of the evolution of the universe," Zitrin says.


Keck Discoveries and Observations

More than 25 percent of observations made by US astronomers are done at the Keck Observatory and many of them approach and even surpass the view from the Hubble Space Telescope (which does its observing from high above Earth's atmosphere).

Keck Observatory allows viewers to study objects in visible light and then beyond, into the infrared. That wide range of observation "space" is what makes Keck so scientifically productive. It opens up a realm of interesting objects to astronomers that can't be observed in visible light.

Among them are starbirth regions similar to the familiar Orion Nebula and hot young stars. Not only do the newborn stars glow in visible light, but they heat up the clouds of material that formed their "nests." Keck can peer into the stellar nursery to see the processes of starbirth. Its telescopes allowed observations of one such star, called Gaia 17bpi, a member of a class of hot young stars called "FU Orionis" types. The study helped astronomers gather more information about these newborn stars still hidden in their birth clouds. This one has a disk of material that "falls into" the star in fits and starts. That causes the star to brighten every once in a while, even as it is growing.

At the other end of the universe, the Keck telescopes have been used to observe an extremely distant cloud of gas that existed shortly after the birth of the universe, some 13.8 billion years ago. This distant clump of gas isn't visible to the naked eye, but astronomers could find it using specialized instruments on the telescope to observe a very distant quasar. Its light was shining through the cloud, and from the data, astronomers discovered that the cloud was made of pristine hydrogen. That means it existed at a time when other stars had not yet "polluted" space with their heavier elements. It's a look at conditions back when the universe was only 1.5 billion years old.

Another question that Keck-using astronomers want to answer is "how did the first galaxies form?" Since those infant galaxies are very far away from us and are part of the distant universe, observing them is difficult. First, they are very dim. Second, their light has been "stretched" by the expansion of the universe and, to us, appears in the infrared. Yet, understanding them can help us see how our own Milky Way formed. Keck can observe those distant early galaxies with its infrared-sensitive instruments. Among other things, they can study the light being emitted by hot young stars in those galaxies (emitted in the ultraviolet), which is re-emitted by clouds of gas surrounding the youthful galaxy. This gives astronomers some insight into conditions in those distant stellar cities at a time when they were mere infants, just starting to grow.


Can the Keck Observatory be improved with a third telescope? - Astronomie

The University of California, Berkeley, is part of a new, $20 million project that promises to make ground-based telescopes as powerful as orbiting observatories while dramatically improving the diagnosis and treatment of eye disease and vision correction techniques.

The project proposal, approved July 29 by the National Science Foundation's governing body, the National Science Board, establishes a Center for Adaptive Optics at the University of California, Santa Cruz.

The multi-institutional center, which expects to begin operation in November, is one of five Science and Technology Centers approved for the NSF this year. NSF program guidelines allow for financial commitments of up to $20 million over five years for each center, but the final awards under these cooperative agreements are subject to negotiations between NSF and the lead institutions.

"In astronomy, our needs are for increasingly complex and sophisticated systems, whereas in vision science, the emphasis is likely to be on miniaturization and creating more human-friendly systems for use in health care," said Jerry Nelson, director of the Center for Adaptive Optics and professor of astronomy and astrophysics at UCSC. While at Lawrence Berkeley National Laboratory in the 1980s he designed the twin Keck Telescopes at the W. M. Keck Observatory in Hawaii and is a leading expert on the technology of large telescopes, optics, and instrumentation.

UCSC's 27 partner institutions in the Center for Adaptive Optics will include UC Berkeley, UC San Diego, UCLA, UC Irvine, the University of Chicago, the California Institute of Technology, the University of Rochester, the University of Houston, Indiana University, Lawrence Livermore National Laboratory, and 17 other national laboratory, industry, and international partners.

Adaptive optics is a method to actively compensate for changing distortions that cause blurring of images. It is used in astronomy to correct for the blurring effect of turbulence in the earth's atmosphere and in vision science to compensate for aberrations in the eye that affect vision and impede efforts to study the living retina.

"Up to now astronomers and vision scientists have been working independently on adaptive optics: astronomers to remove the distortion caused by the astmosphere, and optometrists and ophthalmologists to remove distortion caused by the inner parts of the eye," said Marc Davis, professor of astronomy and physics at UC Berkeley. "Now hopefully we can work togeher to develop the next generation of adaptive optics technology."

Other members of the UC Berkeley team are astronomy professors Imke de Pater and James Graham, professor of physics Bernard Sadoulet, and professor of electrical engineering and computer sciences Richard Muller, an expert on MEMS (microelectromechanical systems).

An adaptive optics (AO) system requires several highly advanced technologies, including precision optics, sensors, and deformable mirrors, plus high-speed computers to integrate and control the whole system. Basically, the AO system uses a point source of light as a reference beacon to measure precisely the distortion created by the atmosphere (or by internal imperfections and fluids in the eye) then an "adaptive optical element," usually a deformable mirror, is used to cancel the effect by applying an opposite distortion. For astronomy, the system must measure atmospheric distortion and apply a correction hundreds of times per second.

First-generation adaptive optics systems have been installed on the 3-meter Shane Telescope at Lick Observatory and the 10-meter Keck II Telescope in Hawaii. Although these systems have yielded impressive results, AO is not yet in routine use, Nelson said.

"Adaptive optics is enormously complex, and to bring this technology to maturity and make AO systems practical tools for scientists will require a coherent national program that brings together scientists and engineers with diverse areas of expertise," Nelson said.

"As far as we've come in adaptive optics, we've only just begun to realize its potential," said Joseph Miller, director of UCO/Lick.

For astronomers, adaptive optics can give ground-based telescopes the same clarity of vision that space telescopes achieve by orbiting above earth's turbulent atmosphere.

"This is the gateway to an unimaginable future," said UCSC astronomer Sandra Faber. "Adaptive optics makes the Keck Telescope 20 times sharper, so it's like bringing the universe 20 times closer," she said.

With adaptive optics, the Keck Telescopes, currently the largest optical telescopes in the world, can achieve four times the resolution of the Hubble Space Telescope in the near-infrared wavelengths, noted Claire Max, who heads the group at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) that helped developed the AO systems for the Keck and Lick Observatories.

Max said she expects most of the large ground-based telescopes will have AO systems within the next few years. Very few astronomers, however, have any experience using adaptive optics, she said. "One goal of the center is to bring adaptive optics to the broader astronomical community through conferences and workshops," said Max, who is director of university relations for LLNL.

In vision science, adaptive optics has made it possible to obtain images of the living human retina with unprecedented resolution, enabling researchers to see the individual receptors involved in vision, said David Williams, director of the Center for Visual Science at the University of Rochester. Williams and his coworkers recently used AO to obtain images showing how the three types of cones involved in color vision are arranged in the human retina.

"We've also just begun to explore the potential of adaptive optics for looking at retinal diseases," Williams said. "In addition, by measuring aberrations in the eye better than before, we may be able to develop better contact lenses or better laser surgery procedures. So this technology has a lot of potential for improving vision."

While astronomy and vision science use similar AO technology, they have different needs for future technology development, Nelson said. "In astronomy, our needs are for increasingly complex and sophisticated systems, whereas in vision science the emphasis is likely to be on miniaturization and creating more human-friendly systems for use in health care," he said.

The Center for Adaptive Optics will provide the sustained effort needed to bring adaptive optics from promise to widespread use. The center will conduct research, educate students, develop new instruments, and disseminate knowledge about adaptive optics to the broader scientific community. The center will concentrate on astronomical and vision science applications and will reach out to scientists in other fields to share technologies.

The center will also develop a range of science education and outreach programs, which will be coordinated with UCSC's existing programs through the campus's Educational Partnership Center. Partnerships are planned with local public schools and with institutes such as the Chabot Observatory and Science Center in Oakland, which operates a planetarium, after-school science programs for youth, training for teachers, and summer science camps. In the Chicago area, the center will work with similar programs through the Adler Planetarium and the Yerkes Observatory.

"Everyone involved in the center will devote some of their time to education and outreach programs," Nelson said.

Industry partnerships will be important for developing practical new devices and implementing adaptive optics applications in health care and other fields. Bausch and Lomb, ERIM International, and Lucent Technologies will be among the center's industrial partners.

This server has been established by the University of California at Berkeley Public Information Office. Copyright for all items on this server held by The Regents of the University of California. Thanks for your interest in UC Berkeley. More Press Releases | More Campus News and Events | UC Berkeley Home Page


Podívejte se na video: Hvězdářský dalekohled (Říjen 2022).