Телескопы Кек I И Кек II
«Великая обсерватория, подобная Кеку, является одним из тех достижений человечества, которые, подобно Большому адронному коллайдеру, Проекту генома человека, Уильяму Шекспиру и Францу Шуберту, вызывают у меня слезы от гордости за принадлежность к виду Homo sapiens».
— Ричард Докинз
Высотно-азимутальная конструкция обеспечивает каждому 10-метровому телескопу Кека оптимальный баланс массы и прочности. Обширный компьютерный анализ определил наибольшую прочность и жесткость при наименьшем количестве стали – около 270 тонн на телескоп. Это критически важно, и не только по экономическим причинам. Большой телескоп должен оставаться устойчивым к деформирующим силам гравитации, когда он отслеживает объекты, движущиеся по ночному небу.
Охлаждение внутренней части изолированного купола в течение дня позволяет контролировать колебания температуры, которые могут вызвать деформацию стали и зеркал телескопа. Это большая задача: объем каждого купола составляет более 700 000 кубических футов. Гигантские кондиционеры работают постоянно в течение дня, поддерживая температуру купола на уровне нуля или ниже.
Астрономы используют телескопы посменно от одной до пяти ночей. Комитеты по распределению времени предварительно одобряют все наблюдения. Помощники управляют телескопами на вершине, пока астрономы собирают данные посредством удаленных наблюдений из штаб-квартиры обсерватории в Ваймеа. Обсерватория В. М. Кека была первым объектом на Мауна-Кеа, который использовал дистанционное наблюдение.
Зеркало
Телескоп отслеживает объекты, иногда в течение нескольких часов, по небу, когда Земля вращается. Это постоянное, но незаметное движение приводит к небольшим деформациям конструкции телескопа, несмотря на все инженерные меры предосторожности. Без активной управляемой компьютером коррекции главного зеркала научные наблюдения были бы невозможны.
Для телескопов Кека пришлось изобретать новые методы изготовления, полировки и испытаний их зеркальных сегментов, включая полировку «напряженного зеркала». Поверхность каждого сегмента настолько гладкая, что если бы она была шириной с Землю, то несовершенства были бы высотой всего в три фута.
На телескопе фигура каждого сегмента поддерживается системой чрезвычайно жестких опорных конструкций и регулируемых ремней безопасности. Во время наблюдения управляемая компьютером система датчиков и приводов регулирует положение каждого сегмента относительно его соседей с точностью до четырех нанометров, размером с несколько молекул или примерно 1/25 000 диаметра человеческого волоса. . Эта регулировка дважды в секунду эффективно противостоит силе тяжести.
С момента своего изобретения почти 400 лет назад наземные телескопы страдали от размытия изображения, вызванного турбулентной атмосферой над ними. Это верно даже для лучших в мире обсерваторий, таких как Мауна-Кеа, хотя и в значительно меньшей степени, чем где-либо еще. В последние годы достижения в области оптических и вычислительных технологий позволили значительно уменьшить это размытие за счет использования «адаптивной оптики» (АО). В основе системы АО лежит деформируемое зеркало шириной шесть дюймов, которое меняет свою форму до 2000 раз в секунду, чтобы компенсировать атмосферные искажения; Таким образом, полученные изображения в десять раз четче, чем предыдущие изображения, сделанные с помощью телескопов. Успешная установка систем адаптивной оптики на оба телескопа Кека позволила астрономам Кека изучать объекты гораздо более подробно, чем когда-либо прежде.
Инструментарий
ВИДИМАЯ ПОЛОСА (0,3-1,0 микрона)
DEIMOS — многообъектный спектрограф для глубокой внегалактической визуализации — это самый совершенный оптический спектрограф в мире, способный собирать спектры от 130 и более галактик за одну экспозицию. В режиме «Мегамаска» DEIMOS может снимать спектры более 1200 объектов одновременно, используя специальный узкополосный фильтр.
ESI — спектрограф и имидж-сканер Echellette фиксирует спектры очень слабых галактик и квазаров с высоким разрешением в диапазоне от синего до инфракрасного за одну экспозицию. Это многорежимный инструмент, который позволяет пользователям переключаться между тремя режимами в течение ночи. Он произвел одни из лучших изображений без АО в обсерватории.
HIRES — самый большой и наиболее механически сложный из основных инструментов Кека, спектрометр высокого разрешения Echelle разбивает входящий звездный свет на составляющие его цвета для точного измерения интенсивности каждого из тысяч цветовых каналов. Его спектральные возможности привели ко многим прорывным открытиям, таким как обнаружение планет за пределами нашей Солнечной системы и прямое доказательство модели теории Большого взрыва.
KCWI — космический веб-сканер Keck предназначен для спектроскопии видимого диапазона, спектроскопии интегрального поля со спектральным разрешением от среднего до высокого, различных форматов поля зрения и разрешения изображения, а также отличного вычитания неба. Астрономическое зрение и большая апертура телескопа позволяют изучать связь между галактиками и газом в их ореолах темной материи, звездными реликвиями, звездными скоплениями и линзированными галактиками.
LRIS — спектрограф изображений с низким разрешением — это прибор для слабого освещения, способный снимать спектры и изображения самых удаленных известных объектов во Вселенной. Инструмент оснащен красным и синим рукавами для исследования звездных популяций далеких галактик, активных ядер галактик, галактических скоплений и квазаров.
БЛИЖНИЙ ИНФРАКРАСНЫЙ (1-5 микрон)
АДАПТИВНАЯ ОПТИКА . Адаптивная оптика улавливает и компенсирует атмосферные искажения падающего звездного света до 1000 раз в секунду. Это приводит к улучшению качества изображения достаточно ярких астрономических целей в 10–20 раз.
АДАПТИВНАЯ ОПТИКА LASER GUIDE STAR . Лазерная направляющая звезда Keck расширяет диапазон доступных целей для изучения с системами адаптивной оптики Keck I и Keck II. Они используют натриевые лазеры для возбуждения атомов натрия, которые естественным образом существуют в атмосфере на высоте 90 км (55 миль) над поверхностью Земли. Лазер создает «искусственную звезду», которая позволяет системе адаптивной оптики Keck наблюдать 70-80 процентов целей в небе по сравнению с 1 процентом, доступным без лазера.
MOSFIRE — многообъектный спектрограф для инфракрасных исследований собирает тысячи спектров от объектов, находящихся на разных расстояниях, в различных средах и в различных физических условиях. Что делает этот огромный вакуумно-криогенный прибор уникальным, так это его способность выбирать до 46 отдельных объектов в поле зрения, а затем записывать инфракрасный спектр всех 46 объектов одновременно. Когда выбирается новое поле, роботизированный механизм внутри вакуумной камеры изменяет распределение крошечных щелей в фокальной плоскости менее чем за шесть минут. Восемь лет работы с First Light в 2012 году, первые результаты работы MOSFIRE варьируются от открытия ультрахолодных объектов с близкой субзвездной массой до обнаружения кислорода в молодых галактиках всего через 2 миллиарда лет после Большого взрыва.
NIRC-2/AO — камера ближнего инфракрасного диапазона второго поколения работает с системой адаптивной оптики Keck для получения наземных изображений и спектроскопии с самым высоким разрешением в диапазоне 1–5 микрон. Типичные программы включают картирование особенностей поверхности тел Солнечной системы, поиск планет вокруг других звезд и анализ морфологии удаленных галактик.
NIRSPEC — спектрометр ближнего инфракрасного диапазона изучает радиогалактики с очень большим красным смещением, движение и типы звезд, расположенных вблизи галактического центра, природу коричневых карликов, ядерные области пыльных галактик со вспышками звездообразования, активные ядра галактик, межзвездную химию, звездную физику и наука о Солнечной системе.
OSIRIS — инфракрасный спектрограф с подавлением ОН — это спектрограф ближнего инфракрасного диапазона для использования с системой адаптивной оптики Keck I. OSIRIS снимает спектры в небольшом поле зрения, чтобы получить серию изображений на разных длинах волн. Инструмент позволяет астрономам игнорировать длины волн, при которых атмосфера Земли ярко светится из-за излучения молекул ОН (гидроксильных), что позволяет обнаруживать объекты в 10 раз слабее, чем это было доступно ранее.
Инструменты будущего
KCRM – Картограф космической реионизации Keck дополнит Keck Cosmic Web Imager (KCWI), самый мощный в мире спектроскопический формирователь изображений. Конструкция KCWI включает два отдельных канала для обнаружения света в синей и красной частях видимого спектра длин волн. KCWI-Blue был введен в эксплуатацию и начал обычные научные наблюдения в сентябре 2017 года. Красный канал KCWI - это KCRM; мощное дополнение, которое откроет окно для новых открытий при больших красных смещениях.
KPF – Keck Planet Finder (KPF) станет самым передовым спектрометром такого рода в мире. Прибор представляет собой двухканальный эшелле-спектрометр высокого разрешения с оптоволоконным питанием и перекрестной дисперсией для видимых длин волн, предназначенный для телескопа Keck II. KPF позволяет точно измерить соотношение массы и плотности в экзопланетах, подобных Земле, что поможет астрономам идентифицировать планеты вокруг других звезд, которые способны поддерживать жизнь.
