Обсерватория Кека

Обсерватория Кека (W. M. Keck Observatory) — это астрономическая обсерватория, расположенная на вершине горы Мауна-Кеа на острове Гавайи, США. Она управляется Калифорнийской ассоциацией астрономических исследований (California Association for Research in Astronomy, CARA) и является одной из крупнейших и наиболее продуктивных наземных астрономических обсерваторий в мире. Основным инструментом обсерватории являются два телескопа-рефлектора с диаметром главного зеркала 10 метров каждый, которые могут работать как независимо, так и в режиме интерферометра.

История

Происхождение и строительство

Идея создания обсерватории с телескопом нового поколения возникла в конце 1970-х годов. В 1977 году астроном Джерри Нельсон из Калифорнийского университета в Беркли предложил концепцию сегментированного зеркала, которая позволяла построить телескоп с диаметром зеркала, значительно превышающим возможности монолитных конструкций (около 8 метров). В 1985 году фонд W. M. Keck Foundation, основанный Уильямом Миртоном Кеком, выделил 70 миллионов долларов на строительство первого телескопа. Строительство началось в 1985 году, а первый свет (первое наблюдение) телескопа Keck I состоялся 24 ноября 1990 года. В 1991 году фонд выделил дополнительные 74 миллиона долларов на строительство второго телескопа — Keck II, который начал работу в 1996 году.

Развитие и модернизация

С момента ввода в эксплуатацию обсерватория неоднократно модернизировалась. В 1999 году был установлен адаптивный оптический комплекс, позволивший значительно улучшить качество изображения, компенсируя искажения, вносимые земной атмосферой. В 2000-х годах были разработаны и установлены новые спектрографы и камеры, такие как NIRSPEC (Near-Infrared Spectrograph) и DEIMOS (Deep Extragalactic Imaging Multi-Object Spectrograph). В 2010-х годах обсерватория стала ключевым элементом проекта «Телескоп Кека — Интерферометр» (Keck Interferometer), который объединил свет от обоих телескопов для достижения сверхвысокого углового разрешения.

Телескопы

Конструкция и зеркала

Основу обсерватории составляют два телескопа-рефлектора системы Ричи-Кретьена с диаметром главного зеркала 10 метров. Каждое зеркало состоит из 36 шестиугольных сегментов, изготовленных из Zerodur — стеклокерамического материала с низким коэффициентом теплового расширения. Сегменты имеют толщину около 7,5 см и весят около 400 кг каждый. Они удерживаются на месте с помощью активной оптической системы, которая каждые несколько секунд корректирует их положение с точностью до нанометров. Такая конструкция позволила создать зеркало, которое по площади в 2,5 раза больше, чем монолитное зеркало телескопа Хейла (5 метров) в Паломарской обсерватории.

Инструменты

Каждый телескоп оснащён набором научных инструментов, включая:

• Спектрографы: DEIMOS (Deep Extragalactic Imaging Multi-Object Spectrograph) — для одновременного получения спектров до 130 объектов; NIRSPEC (Near-Infrared Spectrograph) — для наблюдений в ближнем инфракрасном диапазоне; HIRES (High Resolution Echelle Spectrometer) — для высокоразрешающей спектроскопии.
• Камеры: LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) — для получения изображений и спектров низкого разрешения; OSIRIS (OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph) — для наблюдений в инфракрасном диапазоне с подавлением фонового излучения атмосферы.
• Адаптивная оптика: система AO (Adaptive Optics) использует лазерный опорный источник и деформируемое зеркало для коррекции атмосферных искажений, достигая разрешения, близкого к дифракционному пределу телескопа.

Интерферометрия

Оба телескопа могут работать в режиме интерферометра, объединяя свет для достижения углового разрешения, эквивалентного телескопу с диаметром 85 метров. Этот режим используется для наблюдения деталей на поверхностях звёзд, изучения двойных систем и измерения диаметров звёзд.

Научные достижения

Обсерватория Кека внесла значительный вклад в различные области астрономии:

• Экзопланеты: С помощью спектрографа HIRES было открыто множество экзопланет, включая первую планету, обнаруженную методом радиальных скоростей (HD 209458 b). В 2016 году на обсерватории была открыта система TRAPPIST-1, содержащая семь планет земного типа.
• Космология: Наблюдения сверхновых типа Ia на обсерватории Кека в 1990-х годах привели к открытию ускоренного расширения Вселенной, за что в 2011 году была присуждена Нобелевская премия по физике Солу Перлмуттеру, Брайану Шмидту и Адаму Рису. Также обсерватория участвовала в проекте «Слоановский цифровой обзор неба» (SDSS) для изучения крупномасштабной структуры Вселенной.
• Галактики и активные ядра: Исследования галактик на больших красных смещениях (z > 6) позволили изучить процессы формирования первых галактик и квазаров. Например, в 2003 году был обнаружен квазар SDSS J1030+0524 с красным смещением z = 6,28.
• Солнечная система: Обсерватория использовалась для наблюдения астероидов, комет и планет-гигантов. В 2005 году с её помощью были получены изображения поверхности Плутона, подтвердившие наличие сезонных изменений.
• Звёзды и межзвёздная среда: Изучение химического состава звёзд, включая звёзды с экзопланетами, а также исследование молекулярных облаков и областей звездообразования.

Управление и финансирование

Обсерватория Кека управляется Калифорнийской ассоциацией астрономических исследований (CARA), в которую входят Калифорнийский университет, Калифорнийский технологический институт и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Финансирование осуществляется за счёт грантов NASA, Национального научного фонда (NSF) и частных пожертвований, включая фонд W. M. Keck Foundation. Доступ к телескопам предоставляется на конкурсной основе астрономам со всего мира, при этом около 20% наблюдательного времени выделяется для российских учёных (в рамках международных соглашений).

Влияние на астрономию

Обсерватория Кека считается одной из самых продуктивных наземных обсерваторий. По состоянию на 2023 год на её телескопах было выполнено более 20 000 научных наблюдений, что привело к публикации более 5 000 рецензированных статей. Она стала прототипом для многих последующих проектов, включая телескопы «Джемини» (8,1 м) и «Субару» (8,2 м). Технология сегментированных зеркал, разработанная для Кека, была использована при строительстве телескопа «Джеймс Уэбб» (6,5 м) и планируется для будущих экстремально больших телескопов (ELT) с диаметром зеркала 30–39 метров.

Критика и проблемы

Деятельность обсерватории Кека вызывает споры среди коренного населения Гавайев, которое считает гору Мауна-Кеа священным местом. Протесты против строительства новых телескопов на Мауна-Кеа, в том числе против проекта «Тридцатиметровый телескоп» (TMT), привели к временным остановкам строительства и судебным разбирательствам. В 2015 году губернатор Гавайев Дэвид Иге подписал закон, разрешающий продолжение астрономических исследований на Мауна-Кеа, но с обязательством более тесного сотрудничества с местными общинами. В 2022 году было достигнуто соглашение о совместном управлении горой между обсерваторией и коренными гавайцами.

Интересные факты

• Телескопы Кека названы в честь Уильяма Миртона Кека (1880–1964), основателя компании Superior Oil Company и филантропа, который основал фонд W. M. Keck Foundation.
• Общая стоимость строительства двух телескопов составила около 200 миллионов долларов (в ценах 1990-х годов).
• Обсерватория расположена на высоте 4 145 метров над уровнем моря, что обеспечивает низкое содержание водяного пара в атмосфере и идеальные условия для инфракрасных наблюдений.
• В 2019 году на обсерватории была установлена система лазерной адаптивной оптики, которая позволяет создавать искусственные опорные звёзды для коррекции изображения в любом направлении.

Источники

• W. M. Keck Observatory. (2023). «Keck Observatory Overview». California Association for Research in Astronomy.
• Nelson, J. E., & Mast, T. S. (1985). «The Keck Telescope: A 10-Meter Segmented Mirror Telescope». Proceedings of the SPIE, 571, 12–20.
• Perlmutter, S., et al. (1999). «Measurements of Ω and Λ from 42 High-Redshift Supernovae». The Astrophysical Journal, 517(2), 565–586.
• Ghez, A. M., et al. (2008). «Measuring Distance and Properties of the Milky Way’s Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits». The Astrophysical Journal, 689(2), 1044–1062.
• «Mauna Kea Observatories: A Cultural and Scientific History». (2022). University of Hawaii Press.