Телескоп Вільяма Гершеля () — телескоп-рефлектор діаметром 4,2 м для спостереження в оптичному та ближньому інфрачервоному діапазонах, розташований в обсерваторії Роке-де-лос-Мучачос на острові Ла-Пальма на Канарських островах в Іспанії. Телескоп, названий на честь Вільяма Гершеля, першовідкривача планети Уран. Він є частиною Групи телескопів Ісаака Ньютона й фінансується дослідницькими радами Великої Британії, Нідерландів та Іспанії.
На момент завершення будівництва у 1987 році Телескоп Вільяма Гершеля був БТА (6,0 м) і Телескоп Гейла (5,1 м) були більшими; MMT також мав більшу світлозбірну площу, але не мав одного монолітного головного дзеркала. Нині він є другим за величиною в ЄвропіСусідній Великий телескоп Канарських островів (10,4 м) перевершив Телескоп Вільяма Гершеля у 2009 році й став найбільшим телескопом у Європі. Також він став останнім телескопом, збудованим компанією за її 150-річну історію.
Телескоп Вільяма Гершеля оснащений широким набором інструментів, що працюють в оптичному та ближньому інфрачервоному діапазонах. Астрономи використовують їх для проведення різноманітних астрономічних досліджень. За допомогою телескопа астрономи отримали перші докази існування надмасивної чорної діри (Стрілець A*) в центрі Чумацького Шляху, а також виконали перше оптичне спостереження гамма-спалаху. На обсерваторії ясне небо спостерігається протягом 75 % ночей, а медіанне значення астрономічного бачення становить 0,7".
Історія Ідея створення Телескопа Вільяма Гершеля виникла наприкінці 1960-х років, коли проєктували Англо-австралійський телескоп діаметром 3,9 м. Британська астрономічна спільнота усвідомила потребу в телескопах зі співставними можливостями в Північній півкулі. Зокрема, виникла необхідність проводити оптичні спостереження цікавих джерел, виявлених під час радіоастрономічних оглядів, які виконували Обсерваторію Джодрелл-Бенк і Маллардська радіоастрономічна обсерваторія (обидві розташовані у Великій Британії), що було неможливо з розташованого далеко на півдні Англо-австралійського телескопа.
Будівництво Англо-австралійського телескопа завершили 1974 року. Після цього британська Наукова й інженерна дослідницька рада розпочала планування групи з трьох телескопів у Північній півкулі (нині відомої як Група телескопів Ісаака Ньютона). До неї мали увійти телескоп діаметром 1 м (майбутній Телескоп Якобуса Каптейна), Телескоп Ісаака Ньютона діаметром 2,5 м, який планували перенести з , а також телескоп класу 4 м, спочатку запланований із дзеркалом діаметром 4,5 м. Новий майданчик обрали на висоті 2 344 м на острові Ла-Пальма на Канарських островах, де нині розташована Обсерваторія Роке-де-лос-Мучачос. Проєкт очолювала Гринвіцька обсерваторія, яка також керувала телескопами до закриття обсерваторії у 1998 році, після чого управління перейшло до незалежної Групи телескопів Ісаака Ньютона.
До 1979 року проєкт 4-метрового телескопа опинився під загрозою скасування через стрімке зростання кошторису, а запланований діаметр дзеркала зменшили до 4,2 м. Для скорочення витрат скликали спеціальну комісію, відому як . Після перегляду проєкту його вартість вдалося знизити на 45 %. Основної економії досягли завдяки зменшенню фокусної відстані телескопа, що дозволило використати менший купол, а також перенесенню допоміжних служб за межі купола до простішої (і, відповідно, дешевшої) прямокутної прибудови. Того ж року Телескоп Ісаака Ньютона перенесли до Обсерваторії Роке-де-лос-Мучачос, де він став першим телескопом Групи телескопів Ісаака Ньютона. У 1981 році Нідерландська організація наукових досліджень придбала 20 % участі в проєкті, що дозволило розпочати будівництво Телескопа Вільяма Гершеля. Того року виповнилося 200 років від відкриття Урана Вільямом Гершелем, тому телескоп вирішили назвати на його честь.
Телескоп побудувала компанія . Він став останнім телескопом, виготовленим нею за 150 років існування. Роботи на заводі в Ньюкасл-апон-Тайні розпочалися 1983 року, а 1985 року телескоп доставили на Ла-Пальму (два інші телескопи Групи телескопів Ісаака Ньютона почали працювати ще 1984 року). Телескоп Вільяма Гершеля отримав своє перше світло 1 червня 1987 року. На той час він був третім за величиною оптичним телескопом у світі.
Конструкція
Оптика Телескоп має головне дзеркало діаметром 4,20 м з діафрагмовим числом f/2,5, виготовлене компанією з — матеріалу з майже нульовим тепловим розширенням на основі склокераміки, а його шліфування виконала компанія . була виготовлена у 1969 році як одна з чотирьох однакових заготовок — разом із заготовками для Англо-австралійського телескопа, CFHT та телескопа Бланко — і придбана для Телескопа Вільяма Гершеля у 1979 році, через десять років після її виготовлення. Головне дзеркало є суцільним і не має полегшеної конструкції, тому не потребує системи активної оптики, попри свою масу 16,5 тонни. Оправа дзеркала підтримує головне дзеркало за допомогою 60 . Навіть за найбільшого навантаження (коли телескоп спрямований до горизонту й дзеркало розташоване вертикально) його форма змінюється лише на 50 нм, а за звичайних умов експлуатації деформація значно менша.
В основній конфігурації телескоп використовує гіперболічне вторинне дзеркало діаметром 1 м, виготовлене із , яке формує систему Річі—Кретьєна з діафрагмовим числом f/11 у конфігурації Кассегрена з полем зору 15 мінут. Додаткове дає змогу використовувати одну з двох платформ Несміта або одну з двох станцій складеного фокусу Кассегрена, кожна з яких має поле зору 5 мінут. Іноді телескоп працює в ширококутній конфігурації з головним фокусом. У цьому разі вторинне дзеркало знімають і встановлюють трилінзовий , який забезпечує ефективне діафрагмове число f/2,8 і поле зору 60 мінут (40 мінут без віньєтування). Перехід між фокусами Кассегрена та Несміта займає лише кілька секунд і може виконуватися впродовж ночі. Для переходу до головного фокуса або повернення назад удень замінюють вторинне дзеркало на вузол головного фокуса (обидва встановлені на спільному кріпленні з протилежних боків), що займає близько 30 хвилин.
Спочатку проєкт також передбачав фокус Куде, який мав подавати світло на оптичний інтерферометр, спільний з іншим телескопом, але його так і не побудували. Для інфрачервоних спостережень також планували вторинне дзеркало зі світлосилою f/35, однак після перегляду проєкту задля скорочення витрат від цієї ідеї відмовилися.
Монтування Оптична система важить 79 513 кг і встановлена на альт-азимутальному монтуванні. Загальна маса рухомої конструкції (без урахування наукових інструментів) становить 186 250 кг. У 1970-х роках БТА-6 і MMT продемонстрували, що альт-азимутальна конструкція дає змогу істотно зменшити масу великих телескопів і, відповідно, вартість їхнього будівництва порівняно з традиційним екваторіальним монтуванням. Однак альт-азимутальне монтування потребує безперервного комп'ютерного керування, компенсації обертання поля зору в кожному фокусі та має «сліпу зону» радіусом 0,2° навколо зеніту, де приводи не встигають компенсувати сидеричний рух (максимальна швидкість приводів становить один градус за секунду по кожній осі). Монтування настільки добре збалансоване, що до встановлення приводних двигунів конструкцію масою 160 тонн можна було переміщувати вручну. У режимі наведення за опорною зорею абсолютна точність наведення монтування становить 0,03 кутової секунди.
Купол
Телескоп розташований у сталевому цибулястому куполі з внутрішнім діаметром 21 м, виготовленому компанією Brittain Steel. Монтування телескопа встановлене на циліндричній бетонній опорі, завдяки чому центр обертання розташований на висоті 13,4 м над рівнем землі. Це підіймає телескоп над приземним шаром атмосферної турбулентності й покращує астрономічне бачення. Купол обладнаний традиційними вертикальними ставнями завширшки 6 м, вітрозахисним екраном, кількома великими вентиляційними отворами з витяжними вентиляторами для терморегуляції, а також краном вантажопідйомністю 35 тонн, який використовують, зокрема, для переміщення головного дзеркала під час його алюмінування. Розміри та форма стулок дають змогу проводити спостереження на висотах до 12° над горизонтом, що відповідає повітряній масі 4,8. Загальна маса рухомої частини купола становить 320 тонн, а сам купол встановлений на циліндричній триповерховій будівлі. Конструкцію купола спроєктували так, щоб мінімізувати навантаження від вітру; за несприятливих погодних умов вона також здатна витримати додаткове навантаження, еквівалентне власній масі, у вигляді льоду. Купол і телескоп спираються на окремі фундаменти (заглиблені на 20 м у вулканічний базальт), що запобігає впливу вібрацій від обертання купола або вітрових навантажень на точність наведення телескопа.
До купола прилягає триповерхова прямокутна будівля, у якій розміщені кімната керування телескопом, комп'ютерна, кухня та інші службові приміщення. Усередині купола майже не потрібна постійна присутність людей, завдяки чому в ньому підтримуються дуже стабільні умови навколишнього середовища. У результаті Телескоп Вільяма Гершеля практично не зазнає впливу турбулентності всередині купола на астрономічне бачення. У цій будівлі також розташовані детекторна лабораторія й установка для алюмінування дзеркал. Оскільки Телескоп Вільяма Гершеля має найбільше монолітне дзеркало в Обсерваторії Роке-де-лос-Мучачос, його установка для алюмінування оснащена вакуумною камерою, достатньо великою для дзеркал будь-якого іншого телескопа на горі. Тому всі інші телескопи обсерваторії (за винятком Великого телескопа Канарських островів, який має власну установку) використовують саме комплекс Телескопа Вільяма Гершеля для алюмінування своїх дзеркал.
Експлуатація
Телескоп Вільяма Гершеля експлуатує Група телескопів Ісаака Ньютона разом із 2,5-метровим Телескопом Ісаака Ньютона та 1,0-метровим телескопом Якобуса Каптейна. Адміністративні приміщення та офіси розташовані за годину їзди автомобілем, у столиці острова — Санта-Крус-де-ла-Пальма. Фінансування забезпечують британська Наукова й інженерна дослідницька рада (65 %), Нідерландська організація наукових досліджень (25 %) та іспанський Інститут астрофізики Канарських островів (10 %) (станом на 2008 рік). Час спостережень розподіляють пропорційно до внесків у фінансування, хоча Іспанія додатково отримує ще 20 % часу за використання території обсерваторії. Крім того, 5 % часу спостережень резервують для астрономів інших країн. Як конкурентоспроможний дослідницький телескоп, Телескоп Вільяма Гершеля перевантажений заявками: зазвичай астрономи подають у три-чотири рази більше запитів, ніж реально доступний час спостережень.
Переважну більшість спостережень виконують у режимі відвідування (), тобто за безпосередньої присутності дослідника біля телескопа. Розглядали можливість переходу до сервісного режиму (), коли спостереження виконували б працівники обсерваторії, а астрономи не приїжджали б до телескопа. Втім від цієї ідеї зрештою відмовилися з наукових та експлуатаційних міркувань.
Інструменти Телескоп Вільяма Гершеля оснащений кількома науковими інструментами, які дають астрономам різноманітні можливості для спостережень. до складу стандартного комплекту інструментів входять:
ACAM Auxiliary-port CAMera — оптична камера-спектрограф, що забезпечує широкосмугову й вузькосмугову зйомку в полі зору 8' та спектроскопію з низькою спектральною роздільною здатністю (R < 900). Постійно встановлена в одному зі складених фокусів Кассегрена.
ISIS Intermediate dispersion Spectrograph and Imaging System — двоканальний оптичний спектрограф середньої роздільної здатності (R = 1 800–20 000) для довгощілинної спектроскопії. Встановлений у фокусі егрена. ISIS був одним із перших інструментів Телескопа Вільяма Гершеля.
LIRIS Long-slit Intermediate Resolution Infrared Spectrograph — камера-спектрограф для ближнього інфрачервоного діапазону, що забезпечує зйомку в полі зору 4', спектральну роздільну здатність R = 700—2500, спектрополяриметрію, а також довгощілинну та багатооб'єктну спектроскопію зі щілинними масками. Встановлений у фокусі Кассегрена.