Земные телескопы переглядели орбитальный

Группа британских, американских и австралийских астрономов объявила, что им удалось получить «самые четкие» изображения астрономических объектов в истории. Ученые утверждают, что они вдвое лучше снимков, полученных Космическим телескопом имени Хаббла. Вдобавок их технология в 50 тысяч раз дешевле. Правда, стоимость телескопа, на котором получено изображение, британцы в расчет брать не стали.

Как сообщается в пресс-релизах Кембриджского университета и Калифорнийского технологического института, изображение получено на 200-дюймовом (5,08 метра) телескопе обсерватории Маунт-Паломар в Калифорнии с использованием активной оптики и сверхбыстрой астрономической камеры, позволяющей получать десятки и сотни изображений в секунду.

С Земли объекты исследований астрономов кажутся, во-первых, очень тусклыми, а во-вторых, очень маленькими. Поэтому ученые строят телескопы все большего диаметра: с зеркала большой площади можно собрать больше света, чтобы увидеть тусклый объект, а разрешение прибора определяется его размерами.

Однако дело сильно портит земная атмосфера, отсутствие которой и сделало Космический телескоп имени Хаббла одним из лучших инструментов в истории.

Неоднородности в атмосфере действуют как маленькие линзы, разбивая огромное зеркало большого телескопа на множество «маленьких телескопов», каждый из которых смотрит чуть в сторону от заданного направления. Насколько в сторону, определяет атмосфера, конфигурация воздушных линз в которой полностью меняется десятки и сотни раз в секунду. В итоге за то долгое время, пока открыт затвор фотокамеры, изображение звезды расплывается в мутное пятно, и огромные, стоящие сотни миллионов долларов телескопы по разрешающей способности мало отличаются от любительских инструментов диаметром 10–20 см. Правда, света они собирают существенно больше.

Для решения этой проблемы есть простой способ. Время от времени все «маленькие телескопы» совершенно случайным образом оказываются направлены в одну сторону. Использовать такие «удачные моменты» и предложил еще в конце 1970-х годов американский оптик Дэвид Фрид; с тех пор такой способ получения изображений называют методом «на удачу» – Lucky Imaging.

До недавних пор способ подходил лишь для очень ярких объектов – например, любители широко используют этот метод для наблюдений Луны и планет. Удачные моменты случаются довольно редко, а от по-настоящему далеких объектов каждого кванта света приходится ждать несколько минут, а то и часов. Кроме того, при каждом считывании изображения с матрицы камеры к сигналу добавляется «шум», и, если считывать очень часто, сигнал просто утонет в нем.

Лишь с появлением практически бесшумных матриц удалось применить Lucky Imaging в большой науке.

Кроме того, удачные моменты случаются тем реже, чем больше зеркало телескопа. Причина простая: чем больше «маленьких телескопов», на которые он разбит, тем менее вероятно, что все они одновременно посмотрят в одну сторону. Поэтому напрямую Lucky Imaging не работает для очень больших телескопов. Тут приходится использовать так называемую адаптивную оптику, которая в режиме реального времени отслеживает состояние атмосферы и тут же отклоняет свет каждого из «маленьких телескопов» в нужную сторону.

Проблема в том, что время от времени (в плохих обсерваториях – большую часть времени) над телескопом проносятся исключительно «плохие» слои атмосферы и адаптивная оптика оказывается не способной внести необходимые коррекции. Но автоматика по-прежнему пытается это сделать, что приводит к печальным для качества изображения последствиям. Редкие (в хороших обсерваториях), но совершенно непомерные искажения, возникающие в значительной степени по вине корректирующей системы, сильно портят итоговое изображение.

Скомбинировав адаптивную оптику, разработанную в Калифорнийском технологическом и австралийском Сиднейском университете, с кембриджской сверхбыстрой и бесшумной матрицей Lucky Imaging, ученые смогли получить изображения, которые, как утверждают британцы, видел бы пятиметровый телескоп в отсутствие атмосферы. Это как раз вдвое четче Хаббла: диаметр зеркала космического телескопа составляет 2,5 метра. Впрочем, для получения итоговых фото использовались лишь 10% лучших кадров, так что метод по-прежнему применим лишь к относительно ярким объектам в отличие от Хаббла, кпд которого – 100%. Время, затрачиваемое на один объект, ограничено продолжительностью ночи и количеством астрономов, которые хотели бы воспользоваться телескопом.

Насколько опубликованное британцами изображение лучше изображения, полученного космическим телескопом, судить читателю. Стоит лишь отметить, что хаббловские изображения подвергаются сложной компьютерной обработке, которая, судя по всему, не была произведена с наземными картинками. Кроме того, говоря о «самом четком» снимке, ученые имеют в виду оптический диапазон: радиоастрономы давно научились получать намного более четкие изображения.