กล้องโทรทรรศน์ซูบารุ

กล้องโทรทรรศน์ซูบารุสร้างเสร็จในปี 1998 และเริ่มสังเกตการทดสอบแสงแรกในเดือนมกราคมปี 1999^[3] มูลค่าการก่อสร้างทั้งหมด 4 หมื่นล้านเยน มิตซูบิชิ อิเล็กทริค รับหน้าที่ออกแบบและสร้างระบบเป็นส่วนใหญ่ ชื่อเดิมของโครงการที่หอดูดาวแห่งชาติญี่ปุ่นได้เตรียมไว้ในช่วงแรกของการก่อสร้างคือ "กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่แห่งชาติญี่ปุ่น" (日本国設大型望遠鏡, Japan National Large Telescope, JNLT) การก่อสร้างเริ่มต้นขึ้นในปี 1991 จากนั้นจึงได้มีการเปิดให้คนทั่วไปได้มาร่วมตั้งชื่อเล่นให้กับกล้องโทรทรรศน์ใหม่นี้ แล้วสุดท้ายชื่อที่ได้รับเลือกก็คือ "ซูบารุ"

ตัวกล้องเป็นกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางกระจกเงาปฐมภูมิ 8.2 ม. และเส้นผ่านศูนย์กลางยังผล (เส้นผ่านศูนย์กลางของส่วนที่ใช้จริง) ก็เท่ากับ 8.2 ม. ซึ่งถือเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่สร้างด้วยกระจกเงาแผ่นเดียว จนถึงปี 2005 ที่กล้อง LBT ซึ่งมีขนาด 8.4 ม. เริ่มเปิดใช้งาน^[4] ตัวกระจกเงาปฐมภูมิผลิตขึ้นในสหรัฐอเมริกาโดยใช้เวลานานกว่า 7 ปี

กล้องโทรทรรศน์ซูบารุใช้เทคโนโลยีขั้นสูงมากมาย คุณสมบัติหลักประการหนึ่งคือกระจกเงาปฐมภูมิได้รับการรองรับจากด้านหลังโดยตัวกระตุ้นให้ทำงานที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ 261 ตัว ซึ่งจะแก้ไขการบิดเบี้ยวของกระจกเงาปฐมภูมิที่เกิดขึ้นเมื่อเอียงกล้องโทรทรรศน์ได้อย่างแม่นยำโดยคงรูปร่างในอุดมคติไว้เสมอ (แอกทิฟออปติก) นอกจากนี้ ด้วยการสร้างรูปทรงของอาคารหอดูดาวให้เป็นโดมทรงกระบอก จึงมีความเหมาะสมกว่าโดมครึ่งทรงกลมทั่วไปในแง่ของการป้องกันความปั่นป่วนที่เกิดจากการแผ่รังสีความร้อนจากภายใน

นอกเหนือจากการตั้งค่าทางกายภาพของเครื่องมือแล้ว การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์จะดำเนินการในรูปแบบของผู้สังเกตการณ์ที่ศูนย์ที่ตั้งอยู่ในฮิโล เมืองที่ใหญ่ที่สุดบนเกาะฮาวาย ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 30 กิโลเมตร^[5]

• รูปแบบ: กล้องโทรทรรศน์แบบริตชี–เครเตียง / กล้องโทรทรรศน์แบบแนสมิธ

• สถานที่ติดตั้งกล้องโทรทรรศน์
  • ละติจูด 19 องศา 49 ลิปดา 43 พิลิปดา เหนือ
  • ลองจิจูด 155 องศา 28 ลิปดา 50 พิลิปดา ตะวันตก
  • สูงจากระดับน้ำทะเล 4,139 ม.

• ฐานตั้งกล้อง
  • ระบบขอบฟ้า

• ตัวกล้องโทรทรรศน์
  • ความสูง: 22.2 ม.
  • ความกว้างสูงสุด: 27.2 ม.
  • น้ำหนัก: 555 ตัน

• กระจกเงาสะท้อนแสงปฐมภูมิ
  • เส้นผ่านศูนย์กลางที่ใช้งาน: 8.2 ม.
  • ความหนา: 20 ซม.
  • น้ำหนัก: 22.8 ตัน
  • วัสดุ: ULE (แก้วขยายต่ำพิเศษ)
  • ความคลาดเคลื่อนในการขัดผิวโดยเฉลี่ย: 14 นาโนเมตร
  • ความยาวโฟกัส : 15 ม.

• โฟกัส สามารถใช้งานได้ 4 แบบ
  • โฟกัสปฐมภูมิ: f/2.0 (รวมเลนส์แก้ไขความคลาด) ความยาวโฟกัส 16,400 มม.
  • โฟกัสกัสแกร็ง: f/12.2 ความยาวโฟกัส 100,000 มม.
  • โฟกัสแนสมิธ (มี 2 ข้าง ด้านซ้ายและขวาของตัวกล้องโทรทรรศน์): f/12.6 ความยาวโฟกัส 103,320 มม.

• โดม
  • อาคารห่อหุ้มทรงกระบอกเชื่อมต่อกล้องโทรทรรศน์
  • ความสูง: 43 ม.
  • เส้นผ่านศูนย์กลางพื้นฐาน: 40 ม.
  • น้ำหนัก: 2,000 ตัน
  • หุ้มด้วยแผงอะลูมิเนียมทั้งหมด

• IRCS (Infrared Camera and Spectrograph): อุปกรณ์ถ่ายภาพอินฟราเรดใกล้และสเปกโทรกราฟ (พัฒนาร่วมกับมหาวิทยาลัยฮาวาย)
• CIAO (Coronographic Imager for Adaptive Optics): อุปกรณ์ถ่ายภาพด้วยโคโรนากราฟที่ใช้อะแดปทิฟออปติก
• COMICS (Cooled Mid Infrared Camera and Spectrometer): อุปกรณ์ถ่ายภาพสเปกโทรสโกปีช่วงคลื่นอินฟราเรดกลางที่มีระบบหล่อเย็น
• FOCAS (Faint Object Camera And Spectrograph): อุปกรณ์ถ่ายภาพสเปกโทรสโกปีสำหรับวัตถุเลือนราง
• Suprime-Cam (Subaru Prime Focus Camera): กล้องโฟกัสปฐมภูมิมุมกว้าง
• HSC (Hyper Suprime-Cam): กล้องโฟกัสปฐมภูมิมุมกว้างพิเศษ^[6][7]
• HDS (High Dispersion Spectrograph): สเปกโทรมิเตอร์แบบกระจายสูง
• MOIRCS (Multi-Object Infrared Camera and Spectrograph): เครื่องถ่ายภาพสเปกโทรสโกปีย่านอินฟราเรดใกล้แบบหลายวัตถุ พัฒนาร่วมกับภาควิชาดาราศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยโทโฮกุ
• HiCIAO (High-Contrast Coronographic Imager for Adaptive Optics)
• SCExAO (The Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics)

อุปกรณ์สังเกตการณ์เหล่านี้สามารถสังเกตการณ์ได้ครอบคลุมย่านแสงที่มองเห็นได้ไปจนถึงย่านอินฟราเรด สามารถครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลายได้โดยการติดอุปกรณ์สำหรับ การถ่ายภาพ และอุปกรณ์สำหรับสเปกโทรสโกปี เข้ากับจุดโฟกัสของกล้องโทรทรรศน์หนึ่งในสี่จุดตามเป้าหมายการสังเกต อุปกรณ์สังเกตการณ์ใหม่กำลังได้รับการพัฒนาและวิจัยในมหาวิทยาลัยและสถาบันดาราศาสตร์แห่งชาติญี่ปุ่น

HDS, IRCS และ Suprime-Cam เป็นเครื่องมือสังเกตการณ์ที่ติดตั้งในช่วงแรกที่สร้างหอดูดาว NAOJ ฮาวาย หลังจากนั้นอุปกรณ์ที่พัฒนาขึ้นใหม่ เช่น COMICS และ FOCAS ได้ถูกติดตั้งและใช้สำหรับการสังเกตที่ดำเนินการโดยหอดูดาวโอกายามะ นอกจากนี้ยังได้มีการพัฒนา CIAO ขึ้นโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบถูกใช้เพื่อสังเกตการณ์ระบบดาวคู่ และ ระบบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ นอกจากนี้ เพื่อให้ใช้ระบบเชิงแสงขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงได้ติดตั้ง MOIRCS ซึ่งพัฒนาโดยทีมงานจากมหาวิทยาลัยโทโฮกุเป็นหลัก

ในเดือนสิงหาคม 2012 ได้มีการติดตั้ง HSC ที่พัฒนาขึ้นใหม่แทนที่ Suprime-Cam กล้อง Suprime-Cam สามารถจับภาพส่วนหนึ่งของดาราจักรอันโดรเมดาได้ (ขอบเขตการมองเห็นกว้างกว่าดวงจันทร์เต็มดวงเล็กน้อย) ในขณะที่ HSC เป็นกล้องมุมกว้างที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในโลก โดยสามารถจับภาพพื้นที่ท้องฟ้าได้กว้างถึง 9 เท่าของดวงจันทร์เต็มดวง กล้องโทรทรรศน์ซูบารุสามารถจับภาพดาราจักรอันโดรเมดาได้เกือบทั้งหมดในมุมมองเดียวโดยใช้กล้องดิจิทัลขนาดใหญ่ที่มีทั้งหมด 870 ล้านพิกเซล และองค์ประกอบ CCD ที่พัฒนาขึ้นอย่างอิสระ 116 ชิ้น^[8]

HiCIAO ได้ถูกพัฒนาขึ้นโดยได้ปรับปรุงจาก CIAO โดยได้มีการแก้ไขตัวกรองโคโรนากราฟและระบบเชิงแสง เพื่อสังเกตดาวเคราะห์นอกระบบด้วยความแม่นยำที่แม่นยำ เริ่มใช้งานตั้งแต่ปี 2009^[9]

SCExAO เป็นระบบอุปกรณ์ถ่ายภาพความเปรียบต่างสูงที่ใช้เพื่อการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบด้วยวิธีการถ่ายภาพโดยตรง^[10] ประกอบไปด้วยโคโรนากราฟ 4 แบบ^[11] เริ่มใช้งานตั้งแต่ปี 2015 มีความสามารถสูงในการแยกดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดาวฤกษ์ เช่น ถ้าระบบดาวนั้นอยู่ห่างไป 100 pc สามารถถ่ายภาพดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างจากดาวหลักไป 4 AU ได้ในขณะที่ GPI ของหอดูดาวเจมินีและ SPHERE ของกล้อง VLT สามารถแยกได้ที่ระยะ 12 AU^[12]

อุปกรณ์ช่วยสังเกตการณ์ประกอบด้วยระบบอะแดปทิฟออปติกโดยใช้เซนเซอร์หน้าคลื่นที่พัฒนาโดยฮามามัตสึโฟโตนิกส์ และระบบเลเซอร์นำทางดาวที่พัฒนาโดย RIKEN ทำให้สามารถสงเกตการณ์ได้ด้วยความละเอียดเชิงแสงและความเที่ยงตรงสูง อย่างไรก็ตาม ยังมีการวางแผนว่าความละเอียดของเซนเซอร์หน้าคลื่นจะได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมในอนาคตตามความก้าวหน้าของการวิจัยและพัฒนา

สเปกโทรสโคปแบบกระจายสูงเป็นอุปกรณ์ที่สร้างภาพสเปกตรัมที่แม่นยำโดยการขยายภาพสเปกตรัมโดยใช้เลนส์รวมแสง ความยากคือภาพสเปกตรัมจะมืดลงเนื่องจากถูกขยายโดยเลนส์รวมแสง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้เซนเซอร์ที่มีรูรับแสงหรือความไวแสงสูง กรณีหลังมักไม่ใช้เนื่องจากปัญหาเช่นกระแสไฟมืด สเปกโตรมิเตอร์ที่มีการกระจายต่ำเป็นอุปกรณ์ที่สามารถจับภาพสเปกตรัมได้ตามที่เป็นอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เป็นอุปกรณ์ที่สามารถแสดงหรือถ่ายภาพสเปกตรัมที่ได้รับโดยตรงโดยใช้ปริซึม เกรตติงแยกแสง เป็นต้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ใช้สำหรับการสังเกตดวงอาทิตย์และการสังเกตทางวิทยาศาสตร์ของดาวเคราะห์

เพื่อรักษาความเที่ยงตรงของตัวสะท้อนซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8.2 ม. แต่หนาเพียง 20 ซม. จึงติดตั้งตัวรองรับแบบแอกทิฟ อุปกรณ์สนับสนุนนี้ช่วยให้แน่ใจว่าความแม่นยำของกระจกเงาจะถูกรักษาให้คงอยู่ในหลัก 100 นาโนเมตร (${\displaystyle 10^{-7}m}$ ) เสมอ ด้วยการรองรับกระจกเงาปฐมภูมิจากด้านหลังด้วยตัวกระตุ้นให้ทำงาน ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ 261 ตัว การเสียรูปของกระจกเงาปฐมภูมิเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงการจัดวางกล้องโทรทรรศน์จะถูกปรับแก้อย่างละเอียดโดยอัตโนมัติทุก ๆ 0.1 วินาที

มีการติดตั้งอะแดปทิฟออปติกที่จุดโฟกัสกัสแกร็งตั้งแต่เดือนธันวาคม 2000 เพื่อแก้ไขการกระเพื่อมของภาพดาวตามเวลาจริงซึ่งเกิดจากความผันผวนที่เร็วขึ้น เนื่องมาจากสาเหตุ เช่น ความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศโลก เป็นผลให้ได้ภาพดาวในย่านใกล้อินฟราเรดที่เข้าใกล้ขีดจำกัดการเลี้ยวเบน นอกจากนี้ ยังพัฒนาระบบอะแดปทิฟออปติกได้แม่นยำยิ่งขึ้นโดยใช้ดาวเทียม (ดาวนำแสงเลเซอร์) ที่โฟกัสแนสมิธอินฟราเรด และประสบความสำเร็จในการสังเกตครั้งแรกในเดือนตุลาคม 2006

ด้วยเทคโนโลยีเหล่านี้ ทำให้สามารถรับภาพความละเอียดสูงของเทห์ฟากฟ้าและปรับปรุงประสิทธิภาพการสังเกตดาราจักรและเนบิวลาที่อยู่ห่างไกลซึ่งริบหรี่ได้ดีขึ้นอย่างมาก

กล้องโทรทรรศน์ซูบารุถูกสร้างขึ้นและใช้งานโดยหอดูดาวแห่งชาติของญี่ปุ่นเป็นหลัก แต่เนื่องจากเป็นหอดูดาวแบบเปิดระหว่างประเทศ นักดาราศาสตร์จากทั่วโลกจึงสามารถส่งข้อเสนอขอทำการสังเกตการณ์ได้ และเฉพาะข้อเสนอการสังเกตการณ์ที่ผ่านการคัดกรองเท่านั้นที่จะถูกนำไปปฏิบัติงานจริง มีการเปิดรับข้อเสนอการสังเกตการณ์ปีละสองครั้ง

ผลงานโดยกล้องโทรทรรศน์ซูบารุตัวเดียว

• การค้นพบเนบิวลารูปเส้นใย แหล่งกำเนิดโครงสร้างขนาดใหญ่ในเอกภพ นอกจากนี้ยังค้นพบเนบิวลาที่เป็นแหล่งกำเนิดกระจุกดาราจักร และมีมวลมากกว่า 10 เท่าของ ทางช้างเผือก
• จับภาพมหานวดาราที่อยู่ไกลที่สุดในเอกภพในช่วงคลื่นอินฟราเรด
• จับภาพวงแหวนดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ
• ในเดือนกุมภาพันธ์ 2005 จับภาพกระจุกดาราจักรที่ไกลที่สุดเท่าที่เคยสังเกตมาในทิศทางของกลุ่มดาววาฬที่อยู่ห่างออกไป 12.8 พันล้านปีแสง
• การวิเคราะห์แสงวาบรังสีแกมมา ในเดือนพฤษภาคม 2006 ยืนยันว่า การรีไอออไนซ์ของเอกภพมีอายุย้อนไปถึง 900 ล้านปีหลังจากบิกแบง
• ในเดือนสิงหาคม 2006 มีการค้นพบเควซาร์ที่อยู่ห่างออกไป 12,700 ล้านปีแสงในทิศทางของกลุ่มดาวปู ซึ่งเป็นเควซาร์ที่อยู่ไกลที่สุดที่ชาวญี่ปุ่นค้นพบ
• ในเดือนกันยายน 2006 ค้นพบ ดาราจักรที่อยู่ห่างออกไป 12.88 พันล้านปีแสงในทิศทางของกลุ่มดาวผมเบเรนิซ ซึ่งเป็นดาราจักรที่อยู่ไกลที่สุดในประวัติศาสตร์การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์
• พฤศจิกายน 2014 สำรวจเอกภพที่ไกลที่สุดด้วยความไวที่ไม่เคยมีมาก่อน และค้นพบดาราจักร 7 แห่งในเอกภพห่างไกลหลังบิกแบงเพียง 700 ล้านปี (13.1 พันล้านปีแสง)^[13]

ผลงานโดยความร่วมมือระหว่างประเทศ

• ร่วมมือกับยานสำรวจดีปอิมแพกต์ของนาซาเพื่อจับภาพแสงในช่วงเวลาที่ดาวหางตกกระทบ
  • การสังเกตการณ์นี้ยังทำกับกระจุกกล้องโทรทรรศน์ทั้งหมดบนยอดภูเขาไฟเมานาเคอา
  • การสังเกตการณ์ยังทำที่หอดูดาวท้องฟ้าซีกใต้แห่งยุโรปด้วย
• สังเกตกระแสไอพ่นของดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์ได้ด้วยความร่วมมือกับยานกัสซีนีของนาซาและองค์การอวกาศยุโรป (ESA)
• ร่วมมือกับนาซาค้นหาเป้าหมายการสำรวจแถบไคเปอร์ของดาวพลูโต ยานนิวฮอไรซันส์
• ร่วมมือกับ ESA ทำการสำรวจภาพถ่ายในห้วงอวกาศที่เรียกว่า Subaru/XMM-Newton Deep Survey (SXDS)
• เข้าร่วมโครงการ COSMOS ร่วมกับ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล, กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์, VLA, VLT, XMM-Newton, GALEX, กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา, UKIRT, NOAO, CFHT ฯลฯ เพื่อสังเกตโครงสร้างขนาดใหญ่ในเอกภพ ในทุกช่วงความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีอินฟราเรด และคลื่นวิทยุ

การเผยแพร่ภาพที่ถ่ายและสารบัญแฟ้มทางดาราศาสตร์

ในปี 2004 คณะวิจัยจากหอดูดาวแห่งชาติญี่ปุ่น, มหาวิทยาลัยโตเกียว, องค์การสำรวจอวกาศญี่ปุ่น, มหาวิทยาลัยเดอรัมและมหาวิทยาลัยเลสเตอร์ของสหราชอาณาจักร ได้ทำการเผยแพร่สารบัญแฟ้มทางดาราศาสตร์ Subaru/XMM-Newton Deep Survey (SXDS)^[14]

• เกิดไฟไหม้ระหว่างการก่อสร้างอาคารโดมซึ่งเป็นที่ตั้งของกล้องโทรทรรศน์ อุบัติเหตุดังกล่าวคร่าชีวิตคนงานไป 4 คน

• ในเดือนกรกฎาคม 2011 มีการรั่วไหลของสารหล่อเย็นจากจุดโฟกัสปฐมภูมิของกล้องโทรทรรศน์ซูบารุ ของเหลวกระเซ็นไปทั่วบริเวณกว้าง รวมทั้งกระจกเงาปฐมภูมิ และอุปกรณ์ก็โดนน้ำด้วย ทำให้ไม่สามารถใช้งานการสังเกตได้^[15] หลังจากนั้น การตรวจสอบสาเหตุและงานบูรณะก็ดำเนินต่อไป และภายในเดือนกันยายน 2011 การสังเกตที่โฟกัสแนสมิธ โฟกัสกัสแกร็ง และโฟกัสปฐมภูมิอินฟราเรดก็กลับมาทำงานต่อ ต้องใช้เวลาพอสมควรในการกู้คืนโฟกัสแสงที่มองเห็นได้ซึ่งเสียหายไป แต่ก็สามารถกลับมาทำการสังเกตการณ์แบบเปิดได้ใหม่ในวันที่ 15 กรกฎาคม 2012^[16]

• ฮิโรยาสึ อันโด "กล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ซูบารุ" (เซย์บุนโด ชิงโกชะ, 1998) ISBN 4-582-50303-9
• เคย์อิจิ โคไดระ "เรื่องราวของการกำเนิดของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ซูบารุ ความฝันบนท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาว " (คินโนเซย์ชะ, 2000) ISBN 4-323-06076-9
• ฮิโรชิ คาราอุชิ "กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ของญี่ปุ่น ซูบารุ เข้าใกล้ความลึกลับของจักรวาล" (เซย์บุนโด ชิงโกชะ, 2000) ISBN 4-416-20001-3
• เคย์อิจิ โคไดระ "20 ปีของโครงการกล้องโทรทรรศน์ Subaru สู่จุดจบของจักรวาล" (ฮายากาวะ โชโบ ฮายากาวะ บุงโกะ NF, 2006) ISBN 4-15-050308-7