I. ИСТОРИЯ

Академик Г.А.Шайн (1892-1956) – первый директор Крымской астрофизической обсерватории. Он был одним из крупнейших астрофизиков первой половины ХХ века. Его исследования вращения звёзд, измерения лучевых скоростей сотен звёзд, анализ двойных систем и звёзд поздних спектральных типов с эмиссионными линиями, одна из первых догадок о высокой температуре солнечной короны, обнаружение аномального отношения изотопов углерода в атмосферах углеродных звёзд, открытие сотен новых диффузных туманностей в нашей Галактике и в других внегалактических системах, первые оценки структуры и напряжённости галактического магнитного поля, обоснование концепции о возникновении звёзд и туманностей в едином эволюционном процессе были выдающимися достижениями его времени и в основном сохранили значение до наших дней. Г.А. Шайн был инициатором создания в стране телескопа мирового класса, и после сооружения такого телескопа в КрАО ему было присвоено имя инициатора.

2.6 метровый зеркальный телескоп имени академика Г.А. Шайна (ЗТШ) вступил в строй в 1960 году. Это был первый крупный телескоп, созданный Ленинградским Оптико-Механическим Объединением. В то время этот телескоп был крупнейшим в СССР и в Европе и третьим в мире.

ЗТШ строился как универсальный астрофизический инструмент. Его универсальность состоит в том, что после главного зеркала телескоп имеет 4 независимые оптические схемы: прямой фокус со светосилой F/4, фокусы Кассегрена и Нэсмита со светосилами F/16 и фокусы куде - прямой и ломаный - со светосилой F/40. Различные светосилы и фокусные расстояния перечисленных оптических систем позволяют работать с большим набором навесной и регистрирующей аппаратуры, рассчитанной для решения широкого круга астрономических задач - изучения физики звёзд, галактик, планет и малых тел Солнечной системы и задач астрометрии искусственных спутников Земли. Основное направление исследований, проводимых на ЗТШ – это нестационарные процессы, химический состав и магнетизм звёзд и физика активных ядер галактик, связанных с мощными выделениями энергии.

В первые годы работы телескопа в его прямом фокусе устанавливалась камера с электронно-оптическим преобразователем и блоком фильтров для получения прямых снимков слабых объектов в различных участках спектра, кассета Ричи для получения фотографий небесных тел, передающая телевизионная камера для скоростной дифференциальной астрометрии быстро движущихся объектов. В 2003 году в прямом фокусе был установлен ПЗС фотометр, который используется для наблюдений объектов околоземной астрономии, оптического послесвечения космических гамма всплесков, активных галактик и катаклизмических звёзд. В фокусе Нэсмита сперва работал спектрограф СП-72 с двумя Шмидтовскими камерами F/1 и F/2, на котором был получен большой объём наблюдений нестационарных звезд; затем его сменил изготовленный в КрАО спектрограф СПЭМ с электронно-оптическим преобразователем, впоследствии снабжённый современной ПЗС матрицей, и на нём развернулись интенсивные исследования активных галактик; этот спектрограф успешно работает уже более 45 лет.

В фокусе Кассегрена проводятся фотополяриметрические наблюдения с помощью оригинального поляриметра, дающего возможность измерять как линейную, так и круговую поляризацию с высоким временным разрешением.

II. УСПЕХИ

Ряд основных научных результатов, полученных на ЗТШ почти за полвека его безотказной работы и внесших заметный вклад в современную астрофизику, приведен ниже.

Ещё в 60-е годы на телескопе были получены пионерские результаты по переменным и пекулярным звёздам, физике галактик, структуре и химическому составу звёздных атмосфер.

А.Б. Северный, В.Б. Никонов, К.К. Чуваев, И.М. Копылов и И.И. Проник с помощью фильтровой приставки в прямом фокусе получили обширную фототеку в несколько сот снимков галактик в 7-9 областях спектра. Сопоставление таких «разноцветных» снимков позволило определить структуру этих звёздных систем, локализацию в них горячих звёзд, пыли и областей современного звёздообразования.

А.А. Боярчук решил загадку симбиотических звёзд: на основе обширных спектральных наблюдений, выполненных в фокусе Нэсмита на СП-72 и в прямом фокусе на бесщелевых спектрографах СП-79 и СП-80, и с учётом параллельных фотометрических исследований Т.С. Белякиной он предложил и разработал современную концепцию этих объектов. Эти необычные звёзды, в спектрах которых совмещаются молекулярные полосы холодных звёзд и эмиссионные линии горячего газа, для возбуждения которого необходимы самые горячие звёзды, оказались естественной стадией эволюции двойных систем с компонентами различных масс. Эта концепция А.А. Боярчука легла в основу ныне общепринятых представлений о двойных звёздных системах на поздних стадиях их эволюции.

Р.Е. Гершберг впервые получил спектры вспыхивающих красных карликовых звёзд с временным разрешением до долей минуты, что позволило детально проследить развитие звёздных вспышек и сделать заключение об общности физической природы этих процессов на звёздах и солнечных вспышек. Как правило, спектральный мониторинг вспышек на ЗТШ сопровождался фотометрическим патрулированием блеска, проводившимся П.Ф. Чугайновым. Такие наблюдения вспышек и спектральные исследования Н.И. Шаховской вспыхивающих звёзд в спокойном состоянии позволили выяснить многие свойства этих активных звёзд: последовательность возгорания и затухания во вспышках спектральных линий различных элементов, характер движения газа во вспышках, энергетику наблюдаемых спорадических процессов, получить первые оценки плотности их хромосфер, статистические характеристики активности этих звёзд.

В 1986-1994 годы спектральные наблюдения на ЗТШ составляли основу организуемых КрАО ежегодных международных программ по всестороннему изучению активности вспыхивающх звёзд – их фотометрии, спектроскопии, инфракрасных, ультрафиолетовых и поляриметрических наблюдений.

С 70-х годов К.К. Чуваев, В.И. и И.И. Проники, С.Г. Сергеев, Ю.Ф. Мальков и их коллеги накопили богатый спектральный и фотометрический наблюдательный материал по активным ядрам галактик. В.И. Проник и И.И. Проник открыли оптическую переменность выброса из радиогалактики Дева А, вместе с Э.А. Дибаем В.И. Проник предложил ныне общепринятую структурную модель газовых оболочек активных ядер галактик как совокупности областей с разными характерными плотностями газа и различной кинематикой. И.И. Проник открыла и исследовала переменность широких эмиссионных линий водорода в спектрах таких ядер на временной шкале в месяцы и сутки. К.К. Чуваев исследовал изменения спектров активных ядер галактик на временах до двух десятилетий и обнаружил обратимость перехода таких систем из состояния низкой активности с узкими спектральными линиями в состояние высокой активности с широкими линиями. В ходе десятилетнего спектрального мониторинга активных ядер галактик В.И. Проник и С.Г. Сергеев открыли у всех изученных систем важное универсальное свойство: расщепление общей корреляции линейчатого и непрерывного излучения ядер на отдельные короткоживущие – порядка нескольких лет – зависимости. Были получены оценки масс центральных чёрных дыр и размеров областей свечения широких линий в ряде активных ядер галактик.

А.Б. Северный, В.М. Кувшинов и Н.С. Никулин впервые фотоэлектрически измерили слабые звёздные магнитные поля. А.Б. Северный, С.И. Плачинда и Е.С. Дмитриенко открыли колебания магнитного поля звёзд, синхронные со звёздными пульсациями. С.И. Плачинда и Т.Н. Тарасова впервые измерили магнитное поле и установили характер его переменности у звёзд солнечного типа. С.И. Плачинда по измерениям магнитного поля на звезде солнечного типа 61 Cyg впервые зарегистрировал всплывание активных областей и оценил величину магнитного потока в этих областях. Благодаря прямым измерениям магнитных полей, С.И. Плачинда с коллегами впервые установил, что глобальные магнитные поля присутствуют у звезд всех классов светимостей с развитыми конвективными оболочками.

Л.С. Любимков обнаружил систематическое обогащение атмосфер массивных звёзд гелием и азотом, происходящее на стадии их пребывания на главной последовательности, когда в центре звёзд идёт термоядерное горение водорода. Это послужило одной из причин пересмотра стандартной модели эволюции таких звёзд и включения в расчёты перемешивания вещества уже на этой ранней стадии эволюции. А.А. Боярчук и Л.С. Любимков с коллегами по спектрам, полученным на ЗТШ, исследовали физические параметры и химический состав сотен звёзд разных типов. Эти исследования привели к обнаружению систематического избытка натрия у жёлтых сверхгигантов, избытка лития и урана у некоторых звёзд с магнитным полем. Л.С. Любимков, Т.М. Рачковская, А.Е. Тарасов и С.И. Ростопчин, использовав разработанную в КрАО оригинальную методику, впервые определили индивидуальный химический состав компонентов ряда двойных звезд разных типов. Л.С. Любимков и Т.М. Рачковская исследовали химические аномалии атмосфер пульсирующих звёзд типа δ Щита. И.С. Саванов и С.В. Бердюгина получили независимые свидетельства перемешивания вещества в звёздах до достижения ими ветви гигантов; ими были найдены различия в аномалиях химсостава пекулярных звёзд одного возраста, принадлежащих одному и тому же скоплению.

В.П. Гринин и П.П.Петров обнаружили асимметрию ветра у звёзд типа Т Тельца, обусловленную звёздным магнетизмом. П.П.Петров с сотрудниками обнаружил структуры, подобные солнечным протуберанцам у молодых звёзд типа Т Тельца и исследовал характеристики холодных пятен на поверхности этих звёзд. Н.С. Чуваева и В.П. Маланушенко провели многолетние наблюдения одной из звёзд с рекордно сильным магнитным полем и обнаружили вариации линий водорода в ее спектре. Составлен спектральный атлас этой звезды для ряда фаз вращения. Они обнаружили переменность линии лития в спектрах некоторых химически пекулярных звезд, свидетельствующую о неравномерном распределении этого элемента по поверхности звезды и о связи этой литиевой пятнистости с магнитным полем звезды.

А.Г. Щербаков развил метод изучения хромосферной активности звёзд по наблюдениям инфракрасной линии гелия, который позволяет с единой точки зрения рассматривать активность Солнца и звезд различной светимости.

Н.М. Шаховской и Ю.С. Ефимов провели пионерские исследования поляризации излучения многих небесных тел - от карликовых звезд до квазаров и ядер активных галактик и исследовали физическую природу этих эффектов. Ю.С. Ефимов открыл существенные вариации цвета и поляризации излучения некоторых звёзд при ослаблении их блеска, связанные с формированием пылевых оболочек в околозвёздном пространстве, что дало возможность прямого определения размера пылевых частиц.

Первые наблюдения линейной поляризации излучения поляров были начаты на ЗТШ Н.М. Шаховским и Ю.С. Ефимовым в 1977 году, затем к ним присоединились сотрудники Одесской астрономической обсерватории С.В. Колесников и И.Л. Андронов, и в результате совместных наблюдений на ЗТШ и АЗТ-11 были обнаружены значительные изменения параметров линейной и круговой поляризации с фазой блеска и подтверждена модель качающегося диполя. При наблюдениях поляризации излучения комет, выполненных по предложению Н.Н.Киселёва (ГАО НАНУ) и при его и В.К.Розенбуш участии, Н.М.Шахов-ской и К.А.Антонюк обнаружили отрицательную поляризацию, пространственное распределение круговой поляризации, фазовую зависимость круговой поляризации, прямые и косвенные свидетельства существования несферических ориентированных пылевых частиц в кометных атмосферах.

В 1975 году в созвездии Лебедя вспыхнула одна из ярчайших новых звёзд минувшего века. На ЗТШ в первую же ночь были получены спектры этой звезды. Звезда так быстро развивалась, что уже на следующую ночь в Японии были получены качественно иные спектры. Уникальные крымские снимки впервые позволили оценить содержание кислорода и углерода в оболочке новой звезды по её абсорбционному спектру.

Около 20 лет на ЗТШ проводилось исследование объекта Кувано-Хонда. Когда этот объект вспыхнул на небе, сперва было не ясно даже, что это за звезда. Исследованиями в Крыму была установлена двойственность этого объекта, определена его физическая природа и эволюционный статус как предельно медленной новой звезды, проведен химический анализ атмосферы и прослежены основные этапы сброса оболочки, включающие формирование и распад плотной пылевой оболочки. (Р.Е. Гершберг, К.К. Чуваев, П.П. Петров, И.С. Саванов, Е.П. Павленко, А.Г. и В.А. Щербаковы, В.И. Краснобабцев, Н.И. Бондарь, В.В. Бутковская)А.Е. Тарасов и С.Л. Мальченко установили, что Ве феномен является эволюционной стадией горячих массивных звёзд.

III. КООПЕРАЦИЯ

В настоящее время большинство проводимых на ЗТШ исследований ведётся в рамках международной кооперации с астрофизиками многих стран. Так, исследования содержания гелия, CNO элементов, натрия в массивных звёздах проводятся Л.С. Любимковым, Т.М. Рачковской и Д.Б. Покладом в сотрудничестве c проф. Д.Л. Ламбертом и С.И. Ростопчиным (США); химический состав пекулярных звёзд изучается Н.С. Чуваевой в рамках организованного ею широкого сотрудничества с коллегами из Украины, Италии, Швейцарии, России, Финляндии, Австрии; патрульные наблюдения спектров ряда активных ядер галактик, начатые К.К. Чуваевым, В.И. Проником, С.Г. Сергеевым и Ю.Ф. Мальковым, активно продолжаются С.Г. Сергеевым, В.Т. Дорошенко, С.А. Климановым, Ю.С. Ефимовым, С.В. Назаровым в рамках широкой кооперации, включавшей наблюдения на космическом телескопе имени Хаббла;

систематические поляризационные и фотометрические наблюдения магнитных катаклизмических переменных проводятся Н.М. Шаховским совместно с учёными из Украины, России, Франции, США и других стран; в упомянутых выше ежегодных кооперативных наблюдениях вспыхивающих красных карликовых звёзд, которые с 1986 по 1994 год организовывались Р.Е. Гершбергом и включали спектральный патруль на ЗТШ, принимали участие многие коллеги из Италии, Греции, России, Испании, Великобритании, США, Израиля, Норвегии, Армении;

упомянутые выше работы на ЗТШ по оптической локации Луны и по скоростной астрометрии космических аппаратов, запущенных к Луне, Венере и Марсу, для оперативной коррекции их орбит проводились в кооперации с другими советскими организациями (П.П. Добронравин, В.К. Прокофьев, В.М. Можжерин, Н.С. Черных)

IV. ОБОРУДОВАНИЕ

Современное оснащение ЗТШ приёмной аппаратурой таково. На телескопе работают два дифракционных спектрографа: спектрограф в фокусе куде АСП-14 и спектрограф в фокусе Нэсмита СПЭМ.

Дифракционный спектрограф АСП-14: коллиматор F/40, решётка 280х280мм, 600 штр/мм; первая камера F/12, 2.4 Å/мм у 6000 Å во втором порядке; вторая камера F/4.75, 6 Å/мм и третья камера F/2.45, 12 Å/мм. Вторая и третья камеры для работы с ПЗС детекторами ещё не переоборудованы, а в первой камере установлена ПЗС камера фирмы Andor с чипом E2V 2Кx2К, размер пикселов 13.5х13.5 мкм. У камеры термоэлектрическое охлаждение и при температуре -70о С темновой шум составляет менее 2 электронов на пиксел в час. Шум считывания 10 электронов при частоте считывания 1 МГГц. Спектральный диапазон 0.3-1.0 мкм. При входной щели 0.8" спектральное разрешение составляет около 28000. При среднем качестве изображения около 2", для звезды G0 V=10m при экспозиции 30 мин достигается отношение сигнал/шум = 140 в красной области спектра.

За два часа наблюдений со стоксметром звезды солечного типа с Vsini<15 км/с и V=5m можно достичь точности измерений ~ 3-5 Гс - см.Таблицу 1.

Изготовленный в КрАО дифракционный спектрограф СПЭМ имеет коллиматор F/16, диаметр пучка 60 мм, решётки 115х85 мм, 651 и 1350 штрихов/мм, Максутовскую камеру F/2.5, дисперсии 90 и 40 Å/мм, детектор ПЗС матрица SPEC-10 26.8х2 мм (1340х100 пикселов); квантовый выход 95% в максимуме, шумы считывания 3 электрона; спектральное разрешение при входной щели 1” и дисперсии 40 Å/мм равно 3000. Типичная экспозиция для Сейфертовской галактики 13 звёздной величины составляет 15-20 минут при отношении сигнал/шум ~ 100.

Спектрограф СПЭМ в Нэсмитовском фокусе. Слева – версия 1965 года, расчёт и изготовление К.К.Чуваева, Г.М.Попова, Г.А.Монина и А.И.Смирнова; светоприёмник – трёхкаскадный электронно-оптический преобразователь и кинокамера. Справа – версия 2010 года, система дистанционного управления, разработанная и изготовленная С.Г.Сергеевым и Н.Н.Охматом; светоприёмник – ПЗС система.

В мастерских КрАО заканчивается изготовление эшелльного спектрографа СПЭШКУ для фокуса куде ЗТШ. В нём будет установлена эшелле с 37.2 штрихами/мм и углом блеска 63 градуса и камера F/3.8 с фокусным расстоянием 1800 мм.

В фокусе Кассегрена устанавливается поляриметр, который позволяет проводить одновременные фотополяриметрические измерения всех 4-х параметров Стокса как в полосах UBVR, так и в спектральных полосах, выделяемых дополнительными светофильтрами. Прибор изготовлен сотрудниками КрАО и АО Одесского национального университета. Предельная звёздная величина ограничивается возможностью визуального наведения и колеблется от 14.5 до 15.5 звёздной величины в зависимости от состояния неба. Вращающийся со скоростью 33 оборота в секунду анализатор позволяет получать статистически обоснованные значения параметров Стокса даже при нефотометрическом небе. Обычно используемое временное разрешение составляет 1 секунду, но может варьироваться от долей до десятка секунд. При суммировании экспозиций прибор позволяет за 200 секунд при наблюдении объекта 10-й звёздной величины получить точность параметра Стокса круговой поляризации порядка 0.02, а линейной - порядка 0.05.

В прямом фокусе ЗТШ устанавливается разработанный и реализованный В.В. Румянцевым полевой фотометр, собранный на камере FLI PL-1001E с ПЗС матрицей KAF-1001E, 1024x1024 пикселов размером 24 мкм, с фокусирующим устройством FLI DF-2 и турелью CFW с BVRI фильтрами. Масштаб системы 0.5 угловые секунды на пиксел и поле 8.4x 8.4 угловых минут. Фотометр позволяет достичь V ~ 24.5 звёздной величины при суммировании нескольких десятков кадров с общей экспозицией около часа. Рис.7. Фрагмент поля с гамма всплеском GRB920925c, снятый на ЗТШ 2007 07 10. Суммарная экспозиция 59 минут, фильтр R, предельная звёздная величина 24m.9 R.

В настоящее время силами сотрудников КрАО ведётся модернизация системы управления телескопом и куполом. (В.Г.Шитов, А.В.Беляев, Н.Ф.Панков).