Обсерватория Джемини

Обсерватория Джемини

Север Близнецов на Гавайях и Юг Близнецов в Чили.
Альтернативные названия	Международная обсерватория Джемини
Назван в честь	Близнецы
Организация	Консорциум Gemini ( NSF -США, NRC-Канада, CONICYT-Чили, MCTI-Бразилия, MCTIP-Аргентина, KASI-Корея) и AURA
Расположение	Мауна-Кеа Аксесс-Роуд, Гавайи , США Серро Пачон , Чили
Координаты	 19,82396 ° N 155,46984 ° W  / 19,82396; -155,46984  ( Обсерватория Северные Джемини )  30,24073 ° ю.ш. 70,73659 ° з.д.  / -30,24073; -70,73659  ( Южная обсерватория Джемини )
Высота	4213 м (13 822 футов) 2722 м (8930 футов)
Учредил	2000
Веб-сайт	www .Близнецы .edu
Телескопы
Близнецы Север 8,1 м Рефлектор Кассегрена Близнецы Юг Рефлектор Кассегрена 8,1 м
Соответствующие СМИ на сайте Commons

Обсерватория Джемини состоит из двух 8,1-метровых (26,6 футов) телескопов , Джемини-Север и Джемини-Юг , расположенных на Гавайях и в Чили соответственно. Эти двойные телескопы обеспечивают обширное покрытие северного и южного неба и входят в число самых совершенных оптических/ инфракрасных телескопов, доступных астрономам. (См. Список крупнейших оптических телескопов-рефлекторов ) .

Обсерватория принадлежит и управляется Национальным научным фондом (NSF) США , Национальным исследовательским советом Канады Чили , CONICYT , MCTI Бразилии , MCTIP Аргентины и Корейским институтом астрономии и космических наук (KASI) Республики . Кореи . NSF является основным источником финансирования, предоставляя около 70% необходимых ресурсов. Ассоциация университетов астрономических исследований (AURA) управляет эксплуатацией и обслуживанием обсерватории на основании соглашения о сотрудничестве с NSF, выступая в качестве исполнительного агентства от имени международных партнеров. NOIRLab NSF — национальный центр наземной ночной оптической астрономии США, в рамках одной из своих программ которого используется Gemini.

Телескопы Gemini оснащены современными приборами и отличаются превосходными оптическими и ближними инфракрасными характеристиками. Они используют технологию адаптивной оптики для противодействия атмосферному размытию. Примечательно, что Gemini является лидером в области инфракрасных изображений с адаптивной оптикой широкого поля и недавно ввела в эксплуатацию Gemini Planet Imager, позволяющий исследователям напрямую наблюдать и изучать экзопланеты с чрезвычайной тусклостью по сравнению с их звездами-хозяевами. Gemini поддерживает исследования в различных областях современной астрономии, включая Солнечную систему , экзопланеты, звездообразование и эволюцию, структуру и динамику галактик, сверхмассивные черные дыры , далекие квазары и структуру Вселенной в больших масштабах.

Ранее Австралия и Великобритания также участвовали в партнерстве обсерватории Джемини. Однако в конце 2012 года Великобритания отказалась от финансирования. В ответ обсерватория значительно сократила эксплуатационные расходы, оптимизировала операции и внедрила меры по энергосбережению на обеих площадках. Кроме того, оба телескопа теперь управляются удаленно из оперативных центров базовых объектов, расположенных в Хило , Гавайи, и Ла-Серене , Чили. В 2018 году KASI подписал соглашение о том, чтобы стать полноправным участником обсерватории Джемини.

Обзор

Международная штаб-квартира и Северный оперативный центр обсерватории Джемини расположены в Хило, Гавайи, на территории Гавайского университета в Университетском парке Хило. Южный оперативный центр расположен на территории Межамериканской обсерватории Серро Тололо (CTIO) недалеко от Ла-Серены, Чили .

• Телескоп Gemini North, официально называемый телескопом Frederick C. Gillett Gemini. расположен на Гавайях на острове Мауна-Кеа вместе со многими другими телескопами. Это место обеспечивает отличные условия для просмотра благодаря превосходным атмосферным условиям (стабильным, сухим и редко облачным) над спящим вулканом высотой 4200 метров (13 800 футов). Он увидел первый свет в 1999 году и начал научную деятельность в 2000 году.

Gemini North на вершине Мауна-Кеа на Гавайях.

• Телескоп «Джемини Юг» расположен на высоте более 2700 метров (8900 футов) на горе в чилийских Андах под названием Серро Пачон . Очень сухой воздух и незначительная облачность делают это место еще одним отличным местом для телескопов (опять же, совместно используемым несколькими другими обсерваториями, включая Южный астрофизический исследовательский телескоп (SOAR) и Межамериканскую обсерваторию Серро Тололо). Юг Близнецов увидел первый свет в 2000 году.

Юг Близнецов, на Серро Пачон в чилийских Андах.

Вместе два телескопа охватывают почти все небо, за исключением двух областей вблизи небесных полюсов: Север Близнецов не может указывать к северу от склонения +89 градусов, а Юг Близнецов не может указывать к югу от склонения -89 градусов.

Оба телескопа Gemini используют ряд технологий, обеспечивающих ведущие в мире характеристики в оптической и ближней инфракрасной астрономии, включая лазерные опорные звезды , адаптивную оптику , многосопряженную адаптивную оптику и многообъектную спектроскопию . Кроме того, очень качественные инфракрасные наблюдения возможны благодаря усовершенствованному защищенному серебряному покрытию, нанесенному на зеркала каждого телескопа, используемым небольшим вторичным зеркалам (что приводит к фокусному отношению f16) и современным системам вентиляции, установленным на каждой площадке.

История

По оценкам, строительство двух телескопов обошлось примерно в 187 миллионов долларов США, а ночь на каждом телескопе Gemini стоит десятки тысяч долларов США.

Две 8-метровые зеркальные заготовки, каждая весом более 22 т (24 коротких тонны), были изготовлены из компании Corning стекла со сверхнизким расширением . Каждая заготовка была изготовлена ​​путем слияния и последующего прогибания ряда более мелких шестиугольных частей. Эта работа была выполнена на заводе Corning в Кантоне, расположенном в северной части штата Нью-Йорк. Затем заготовки были доставлены на корабле в REOSC, расположенный к югу от Парижа, для окончательной шлифовки и полировки.

Одним из решений, принятых во время проектирования в целях экономии денег, было исключение двух платформ Нэсмита . Это значительно усложняет создание таких инструментов, как спектрографы высокого разрешения и системы адаптивной оптики, из-за требований к размеру и массе, присущих инструментам Кассегрена . Еще одной проблемой при проектировании крупных инструментов является требование иметь определенную массу и положение центра масс для поддержания общего баланса телескопа.

Финансовый кризис в Великобритании

Великобритании В ноябре 2007 года было объявлено, что Совет по науке и технологиям (STFC) предложил, чтобы сэкономить 4 миллиона фунтов стерлингов в год, и постараться выйти из консорциума, эксплуатирующего телескоп. На встрече консорциума в январе 2008 года был сделан вывод, что Великобритания официально выйдет из Партнерства Близнецов и Соглашения об обсерватории Близнецов с 28 февраля 2007 года. Это решение значительно подорвало бюджеты обсерваторий и привело к отмене по крайней мере одного инструмента, находившегося в то время в разработке - прецизионного спектрографа радиальных скоростей.

Поскольку причина нарушения Великобританией своей части соглашения, казалось, была полностью финансовой, это вызвало общественный резонанс, в том числе движение «Спасите астрономию». который попросил граждан выступить против сокращения астрономического бюджета. Великобритания пересмотрела свое решение выйти из партнерства Gemini и потребовала восстановления в соглашении, и была официально встречена 27 февраля 2008 года. Однако в декабре 2009 года было объявлено, что Великобритания действительно выйдет из партнерства Gemini в 2012 году, а также как прекращение ряда других международных научных партнерств из-за продолжающихся ограничений финансирования.

Директория

Первым директором Gemini был Мэтт Маунтин , который, проработав на этом посту одиннадцать лет, ушел в сентябре 2005 года, чтобы стать директором Научного института космического телескопа (STScI). Его сменил Жан-Рене Рой, проработавший девять месяцев. после этого Дуг Саймонс занимал пост директора с июня 2006 года по май 2011 года. Его, в свою очередь, сменил временное назначение находившегося на пенсии Фреда Чаффи, бывшего директора обсерватории WM Keck Observatory . В августе 2012 года Чаффи сменил Маркус Кисслер-Патиг . которая занимала этот пост до июня 2017 года. Лаура Феррарезе сменил доктора Кисслер-Патига в июле 2017 года на временном назначении. Нынешним директором является Дженнифер Лотц с 6 сентября 2018 года. Дженнифер Лотц ушла в 2024 году, и в январе 2024 года ее заменил Скотт Дам на посту временного директора.

Управление и надзор

Обсерваторией управляет Совет Близнецов, как это определено Международным соглашением Близнецов. Совет устанавливает границы бюджетной политики для Обсерватории и выполняет широкие надзорные функции при участии Консультативного подкомитета по науке и технологиям (STAC) и Финансового подкомитета. США занимают шесть из 13 мест с правом голоса в Совете директоров Gemini. Члены Совета из США обычно избираются на трехлетний срок и набираются и назначаются Национальным научным фондом (NSF), который представляет сообщество США во всех аспектах деятельности и развития Gemini. Gemini в настоящее время управляется Ассоциацией университетов астрономических исследований (AURA), Inc. от имени партнерства посредством награды NSF. AURA эксплуатирует Gemini с момента его постройки в 1990-х годах.

ННФ выступает в качестве исполнительного агентства и действует от имени международных участников. NSF имеет одно место в Совете директоров Gemini; дополнительный сотрудник NSF исполняет обязанности исполнительного секретаря совета директоров. За управление программой отвечает руководитель программы NSF. Сотрудник программы контролирует операции и деятельность по развитию Обсерватории, номинирует американских ученых в консультативные комитеты Gemini, проводит проверки от имени партнерства и утверждает действия по финансированию, отчеты и контракты.

Инструментарий

Изображение Gemini Planet Imager (GPI) планеты, вращающейся вокруг далекой звезды, известной как 51 Эридана . Яркая центральная звезда была в основном удалена с помощью аппаратной и программной маски, позволяющей обнаружить экзопланету (обозначенную буквой «b»), яркость которой составляет одну миллионную часть ее яркости.

Адаптивная оптика

Оба телескопа Gemini используют сложные современные системы адаптивной оптики. Gemini-N обычно использует систему ALTAIR, построенную в Канаде, которая обеспечивает коэффициент Штреля 30–45% в поле площадью 22,5 угловых секунды и может передавать данные NIRI, NIFS или GNIRS; он может использовать естественные или лазерные направляющие звезды. Совместно с NIRI он был ответственен за открытие HR8799b .

В Gemini-S можно использовать систему мультисопряженной адаптивной оптики Gemini (GeMS) с устройством формирования изображения ближнего инфракрасного диапазона и спектрометрией FLAMINGOS-2 или устройством формирования изображения адаптивной оптики Gemini South (GSAOI), которое обеспечивает однородное качество изображения с ограничением дифракции. поля зрения в угловых минутах. GeMS достигла первого света 16 декабря 2011 года. Используя созвездие из пяти лазерных опорных звезд, он достиг полувысоты 0,08 угловых секунд в диапазоне H в поле площадью 87 угловых секунд в квадрате.

Для Близнецов было рассмотрено адаптивное вторичное зеркало. который обеспечит разумные поправки адаптивной оптики (эквивалентные естественному зрению на уровне 20-го процентиля в течение 80% времени) для всех инструментов телескопа, к которому он прикреплен. Однако по состоянию на 2017 год , планов по такой модернизации ни на одном из телескопов нет.

Инструменты

Лазер проецирует лазерную направляющую звезду (LGS) на Юг Близнецов, часть адаптивной оптической системы, используемой для коррекции искажений, вызванных турбулентностью в атмосфере.

Мозаика образца дисков, найденная в новом обзоре

Под куполом

В последние годы Совет Джемини дал обсерватории указание поддерживать только четыре инструмента на каждом телескопе. Поскольку «Джемини-Н» и «Джемини-С» по сути идентичны, обсерватория может перемещать инструменты между двумя площадками, и делает это на регулярной основе. Двумя наиболее популярными инструментами являются многообъектные спектрографы Gemini (GMOS), установленные на каждом из телескопов. Построен в Эдинбурге, Шотландия, Центром астрономических технологий Великобритании . Эти инструменты обеспечивают многообъектную спектроскопию, длиннощелевую спектроскопию , визуализацию и интегральную полевую спектроскопию на оптических длинах волн. Детекторы в каждом приборе недавно были модернизированы устройствами Hamamatsu Photonics , которые значительно улучшают характеристики в дальней красной части оптического спектра (700–1000 нм).

Визуализация и спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне обеспечиваются приборами NIRI, NIFS, GNIRS, FLAMINGOS-2 и GSAOI. Наличие и подробные описания этих инструментов документированы на веб-сайте обсерватории Джемини.

Одним из самых интересных новых инструментов Gemini является GPI, Gemini Planet Imager . GPI был создан консорциумом учреждений США и Канады для выполнения требований предложения ExAOC Extreme Adaptive Optics Coronagraph. с экстремальной адаптивной оптикой GPI — поляриметр интегрального поля / спектрометр , который обеспечивает данные с ограничением дифракции в диапазоне от 0,9 до 2,4 микрон. GPI может напрямую отображать планеты вокруг близлежащих звезд, яркость которых в одну миллионную раз меньше, чем у их родительской звезды.

Gemini также поддерживает активную программу инструментов для посетителей. Инструменты можно подносить к любому телескопу на короткие периоды времени и использовать группы инструментов для конкретных программ наблюдений. В обмен на доступ к Gemini инструменты затем предоставляются всему сообществу Gemini, чтобы их можно было использовать для других научных проектов. В число инструментов, которые использовали эту программу, входят дифференциальный прибор для исследования спеклов (DSSI), эшелле -спектрометр ближнего инфракрасного диапазона Phoenix и спектрометр среднего инфракрасного диапазона TEXES. Спектрограф ESPaDOnS, расположенный в подвале канадско -французско-гавайского телескопа (CFHT), также используется в качестве «инструмента для посетителей», хотя он никогда не удаляется от CFHT. Прибор подключен к Gemini-North через оптоволокно длиной 270 метров. Это устройство, известное как GRACES, обеспечивает оптическую спектроскопию очень высокого разрешения на телескопе 8-метрового класса.

Серебряное покрытие Gemini и оптимизация инфракрасного диапазона позволяют проводить чувствительные наблюдения в средней инфракрасной части спектра (5–27 мкм ). Исторически наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне были получены с помощью T-ReCS на Южных Близнецах и Мишель на Северных Близнецах. Оба инструмента обладают возможностями визуализации и спектроскопии, хотя ни один из них в настоящее время не используется в Gemini.

Проблемы разработки приборостроения

Первый этап разработки приборов Gemini не прошел гладко; графики сдвигались на несколько лет, а бюджеты иногда превышались почти в два раза. В 2003 году процесс разработки приборов был повторно проанализирован в отчете Аспена; например, была введена программа стимулирования, согласно которой разработчикам инструментов гарантировалось значительное выделение времени телескопа, если они доставят инструмент вовремя и потеряют его из-за задержки.

Многообъектный спектрограф с широким полем зрения получил существенную научную поддержку, но потребовал бы серьезных изменений в конструкции телескопа - фактически потребовалось бы, чтобы один из телескопов был посвящен этому инструменту. Проект был прекращен в 2009 году.

Разработка приборов второго этапа

В январе 2012 года обсерватория Джемини начала новый этап разработки приборов. С тех пор этот процесс привел к разработке оптического спектрографа высокого разрешения, известного как GHOST, ввод которого в эксплуатацию начнется в апреле 2022 года, а ввод в эксплуатацию для научных исследований в небе запланирован на июнь 2022 года.

Наблюдение и поддержка сообщества

Основная миссия Обсерватории Джемини — обслуживать астрономические сообщества во всех странах-участницах; действительно, обсерватория обеспечивает большую часть общего доступа к большим оптическим / инфракрасным телескопам для многих участников и представляет собой единственное общедоступное учреждение 8-метрового класса в США. Обсерватория поддерживает связь со своим сообществом через национальные офисы Gemini (НПО). Американский офис находится в Тусоне в Национальной оптической астрономической обсерватории . НПО предоставляют общую поддержку пользователям, от подготовки предложений до сбора, обработки и анализа данных.

В любой год два телескопа обычно предоставляли данные для более чем 400 дискретных научных проектов, более двух третей из которых возглавляют астрономы США. Около 50-70 процентов предложений «Группы 1», занимающих первые места, достигают 100-процентной реализации в любой конкретный год. Около 90 процентов доступного времени (в ясную погоду) используется для науки, остальное выделяется на плановое техническое обслуживание или теряется из-за непредвиденных технических неисправностей.

В последние годы Gemini разработала новые инновационные режимы наблюдения. К ним относятся программа «Большой и длинный» для поддержки запросов на большое количество времени телескопа и программа «Быстрый поворот» для обеспечения быстрого доступа к телескопу. Эти и другие режимы были одобрены советом директоров Gemini и пользуются популярностью среди сообщества пользователей. В 2015 году до 20 процентов доступного времени телескопа было использовано для больших и длительных программ, что с точки зрения часов наблюдений привлекло в пять раз больше пользователей, чем могло быть удовлетворено. За тот же период около 10 процентов времени телескопа было отведено программе Fast Turnaround, число участников которой во второй половине 2015 года было перевыполнено в 1,6 раза. В 2015 году оставшееся время, выделенное на канале Gemini в США, было превышено примерно в 2 раза, что соответствует показателям последних лет.

Перспективы (с 2017 г.)

В 2010 году Национальный исследовательский совет США (NRC) провел шестое десятилетие исследование в области астрономии и астрофизики, чтобы рекомендовать ключевые научные вопросы и новые инициативы на текущее десятилетие. Поскольку ни рекомендации NRC, ни текущие программы не могли быть учтены в последующих бюджетных прогнозах, Отдел астрономических наук Национального научного фонда через Консультативный комитет Управления математических и физических наук (MPS) провел портфолио на уровне сообщества. обзор, чтобы дать рекомендации по реализации, которые лучше всего ответят на научные вопросы десятилетнего исследования. Итоговый отчет «Развитие астрономии в предстоящем десятилетии: возможности и вызовы» был выпущен в августе 2012 года и включал рекомендации, касающиеся всех основных телескопов, финансируемых NSF. В отчете комитета по обзору портфеля обсерватория Джемини названа важнейшим компонентом будущих ресурсов астрономических исследований США и рекомендовано, чтобы США сохранили контрольную долю в международном партнерстве, по крайней мере, в течение следующих нескольких лет. Однако, учитывая рассмотренные ограничения, комитет рекомендовал ограничить вклад США в операции Gemini в 2017 году и в последующий период.

С тех пор NSF заказал Национальному исследовательскому совету исследование под названием «Стратегия оптимизации оптической/инфракрасной системы США в эпоху большого синоптического обзорного телескопа». В отчете содержится рекомендация, чтобы NSF работал со своими партнерами в Джемини, чтобы гарантировать, что Джемини-Юг имеет хорошие возможности для спектроскопии слабых объектов в начале эры Большого синоптического обзорного телескопа (LSST). Поддержка обсерваторией разработки спектрографа среднего разрешения следующего поколения в течение следующих 5–6 лет напрямую соответствует этой рекомендации.

С подписанием нового Международного соглашения в конце 2015 года поддержка пяти подписавших его сторон (США, Канады, Аргентины, Бразилии и Чили) гарантирована на период 2016–2021 годов. Австралия вышла из партнерства обсерватории Близнецов в 2015 году, а Корея присоединилась к партнерству в 2018 году. Действующее в настоящее время Международное соглашение, подписанное в ноябре 2020 года, подписало шесть сторон (Аргентина, Бразилия, Канада, Чили, Корея и США), а также Соглашение действует до конца 2026 года.

Наблюдения и исследования

«Джемини» был одним из телескопов, наблюдавших включение ядерного переходного процесса, наряду с космическим телескопом Свифт (он же обсерватория Нила Герельса Свифт с 2018 года) и телескопом Хилтнера (обсерватория MDM). Переходное событие получило название PS1-13cbe и располагалось в галактике SDSS J222153.87+003054.2.

Инциденты

22 октября 2022 года главное зеркало телескопа Gemini North диаметром 8,1 м было повреждено, когда оно коснулось сейсмического ограничителя, находясь на тележке для мойки, которую перемещали для снятия серебряного покрытия перед нанесением нового покрытия. Были созданы два скола: на нижнем крае и на краю главного зеркала. С тех пор он был отремонтирован после нескольких месяцев простоя и 2 июня 2023 года снова начал наблюдать за небом без потери производительности или качества.

Сравнение номинальных размеров апертур обсерватории Джемини и некоторых известных оптических телескопов.

См. также

• Кронбергер 61
• Список крупнейших оптических телескопов-рефлекторов
• Обсерватории Мауна-Кеа

Внешние ссылки

• Официальный сайт
• Галерея изображений обсерватории Джемини
• Великобритания восстановлена ​​в статусе партнера Gemini
• Сохранение астрономии. Архивировано 8 августа 2013 г. в Wayback Machine.
• Обновленная информация о партнерстве Gemini в Великобритании
• Решение проблемы партнерства Великобритании
• Фотографии Близнецов и других обсерваторий Мауна-Кеа из книги Майкла Дж. Уэста «Нежный дождь звездного света: история астрономии на Мауна-Кеа» . ISBN   0-931548-99-3 .
• «Сокращение финансирования науки ударит по британским астрономам» — Дейли Телеграф