Есть ли у «жидких ртутных телескопов» будущее?

Популярная механикаHi-Tech

Телескопы с жидким зеркалом: как это работает

Один из самых сложных этапов создания больших ртутных телескопов – это получение зеркала точной формы. Но есть гораздо более простой и дешевый способ сделать параболическую поверхность – раскрутить в круглом сосуде жидкость. Есть ли у «жидких телескопов» будущее?

Дмитрий Вибе

Сейчас в мире идет создание нескольких больших телескопов, диаметры объективов которых измеряются десятками метров. Что примечательно: несмотря на общее бурное технологическое развитие человечества, шаги в увеличении максимального диаметра объектива телескопа по-прежнему происходят с интервалом, измеряемым столетиями. Причина проста — с увеличением диаметра объектива растет не только научная отдача телескопа, но и его цена. Если стоимость действующих инструментов с многометровыми объективами измеряется сотнями миллионов долларов, то на мегателескопах будущего висят уже миллиардные ценники.

57552a7e1c69760358ae898ee0ad99a1.jpg
Идея ртутного телескопа с жидким зеркалом впервые была выдвинута Исааком Ньютоном. Ученый понял, что жидкость, вращающаяся внутри контейнера, примет форму параболоида (наподобие овальной чашки), которая необходима для осуществления функций основного зеркала телескопа

Проблемы гигантов

Неудивительно, что конструкторская мысль непрерывно ищет способы удешевить столь дорогостоящие астрономические игрушки. Поскольку наше все — диаметр объектива, естественно попытаться увеличить размер «глаза» большого телескопа за счет принесения в жертву других конструктивных особенностей. Примерами могут служить телескопы Хобби-Эберли (США), Большой южноафриканский телескоп (ЮАР) и телескоп LAMOST (Китай). Эти инструменты не являются полноповоротными, то есть, в отличие от классического телескопа, зафиксированы относительно одной из двух осей вращения и потому лишены возможности в любой момент времени наводиться в любую точку видимого полушария неба. Конечно, подобная фиксация накладывает существенные ограничения, но при помощи продуманной программы наблюдений их можно сделать не столь критичными. При этом стоимость снижается в разы по сравнению с полноповоротным телескопом. Однако есть и более радикальный способ удешевления астрономического инструмента.

В современных телескопах, как правило, в качестве объектива используется вогнутое зеркало. Чтобы зеркало фокусировало отражаемые им лучи, то есть сводило их в точку, оно должно иметь форму параболоида вращения. Изначально зеркала для телескопов отливали из специальных сортов бронзы, а потом долго и нудно шлифовали до нужной формы. В середине XIX века после изобретения процедуры серебрения зеркала начали изготавливать из стекла, шлифовать которое гораздо проще, однако и по сей день один из самых сложных этапов создания телескопа состоит в придании зеркалу точной формы. При этом ошибки в форме поверхности должны быть существенно меньше длины волны отражаемого света, а она в видимом диапазоне составляет всего 0,5 мкм. Представляете задачу — отшлифовать поверхность площадью в десятки квадратных метров с субмикронной точностью!

Старая идея

Куда более простой и дешевый способ получения параболической отражающей поверхности был придуман еще Ньютоном. Часто спокойную гладь воды сравнивают с зеркалом, подразумевая, что ее поверхность идеально гладкая и плоская. Если же воду или другую жидкость раскрутить в круглом сосуде, ее поверхность примет параболическую форму, за исключением края, где ее исказит поверхностное натяжение. Правда, у воды невысокий коэффициент отражения, по крайней мере для лучей, падающих почти перпендикулярно поверхности, но воду можно заменить более отражающей жидкостью.

b722c77a04b843a10b641b2ece5b5efb.jpg
Налить зеркало. Подготовка зеркала начинается с того, что в чашу LZT наливают около 100 л ртути. Забавно, что мощности двигателя не хватает, чтобы привести чашу в движение, и потому изначально ее раскручивают вручную. Примерно через час вращения зеркало стабилизируется, и начинается двухдневная процедура откачивания ртути, чтобы довести толщину зеркала до минимального значения (начальная толщина — примерно 3,5 мм). После стабилизации поверхности зеркала на нем образуется пленка оксида ртути, которая практически останавливает испарение металла, так что через пару дней после раскручивания зеркала возле него можно находиться, не предпринимая особых защитных мер. Коэффициент отражения ртути (порядка 70%) меньше, чем у свеженанесенного алюминиевого покрытия. Но со временем алюминий мутнеет, и его коэффициент отражения падает. При этом процедура алюминирования сложна и дорогостояща. Ртуть тоже мутнеет, но ртутное зеркало можно без особых проблем и затрат обновлять хоть ежемесячно. Телескоп LZT в настоящее время применяется для исследований атмосферы в рамках создания систем адаптивной оптики для гигантских телескопов TMT и E-ELT. Качество изображений на LZT оказалось средним, однако нужно учитывать, что он создавался в значительной степени как испытательный инструмент и потому установлен в месте, не очень удачном с точки зрения состояния атмосферы, в 70 км от Ванкувера на высоте всего 400 м.

Считается, что первым идею создания вращающегося ртутного зеркала для телескопа высказал в 1850 году итальянский астроном Эрнесто Капоцци. Успешное воплощение зеркала было представлено в 1872 году в Новой Зеландии Генри Скеем, а астрономические наблюдения на ртутном телескопе впервые провел Роберт Вуд в самом начале XX века. В описании своих опытов в 1909 году Вуд отметил, что астрономы всегда воспринимали идею о жидком зеркале как шутку: о каком качестве наблюдений может идти речь, если на поверхности от малейшего внешнего возмущения появляется рябь?

Сам Вуд занялся этой проблемой, как он сам писал, «исключительно чтобы развлечься в летние месяцы». Он выявил основные источники возникновения ряби на поверхности зеркала: вибрации от двигателя и подвески зеркала, негоризонтальное расположение вращающейся чаши с ртутью и неравномерная скорость вращения двигателя — и доказал, что все они могут быть в значительной степени устранены продуманной конструкцией телескопа и тщательностью его изготовления. К ряби, создаваемой механизмами телескопа, нужно добавить и внешние возмущения: самый большой телескоп Вуда с 20-дюймовым ртутным зеркалом был установлен в оживленном месте на острове Лонг-Айленд (США) и потому содрогался и от прибоя, и от проезжавших мимо повозок, и даже от шагов прохожих. Вуд предложил два метода избавления от остаточных колебаний зеркала. Первый состоит в том, чтобы делать слой ртути в чаше максимально тонким: чем тоньше ртутное зеркало, тем меньше в нем ряби. Второй способ предполагает покрытие ртути еще какой-либо жидкостью, которая гасила бы колебания, — например, водой или глицерином.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Миссия: металл Миссия: металл

Зонд Psyche должен будет осмотреть целиком металлический мир

ТехИнсайдер
Удивительная лазерная скульптура: Мартин Томски Удивительная лазерная скульптура: Мартин Томски

Лондонский художник Мартин Томски создает сказочные картины своими лазерами

Популярная механика
15 важнейших витаминов для женщин и продукты, в которых они содержатся 15 важнейших витаминов для женщин и продукты, в которых они содержатся

Чтобы организм оставался здоровым и сильным, ему не обойтись без витаминов

Cosmopolitan
Kuzzz-basss. Yeah, baby Kuzzz-basss. Yeah, baby

Путешествие может быть лучше, чем секс, только если оно и есть секс

Playboy
Как не мерзнуть в мороз? Как не мерзнуть в мороз?

Одежда с электроподогревом. Что это такое?

Maxim
Изменение сознания: история отношений россиян с алкоголем длиной в 30 лет Изменение сознания: история отношений россиян с алкоголем длиной в 30 лет

Решили изучить историю России — от сухого закона Михаила Горбачева до наших дней

Men’s Health
Игра «Лила» Игра «Лила»

Светские интроверты, рестораторы Галактион и Элина Табидзе

Tatler
Вычитание фононов с помощью света сделало звук неклассическим Вычитание фононов с помощью света сделало звук неклассическим

Физики продемонстрировали возможность вычитания фононов из резонатора

N+1
«Окно» в культуру: зачем Аркадий Ротенберг тратит миллионы на оперное образование «Окно» в культуру: зачем Аркадий Ротенберг тратит миллионы на оперное образование

В театре «Новая опера» в саду «Эрмитаж» второй сезон открыто «Окно»

Forbes
Новая вакцина против старения увеличила продолжительность жизни мышей. А с людьми так сработает? Новая вакцина против старения увеличила продолжительность жизни мышей. А с людьми так сработает?

Ученые на шаг приблизились к созданию вакцины от старения

Популярная механика
Только давайте без геморроя! Правила питания за рулём Только давайте без геморроя! Правила питания за рулём

Справиться с автомобильными болезнями нам помогает зарядка и правильные продукты

4x4 Club
Клим Шипенко — о космосе, вызовах и «Вызове» Клим Шипенко — о космосе, вызовах и «Вызове»

Каково это — быть первым, работать за пятерых и наблюдать Землю из иллюминатора

РБК
Худрук Александринского театра Валерий Фокин — Forbes: «Сегодня время цинизма» Худрук Александринского театра Валерий Фокин — Forbes: «Сегодня время цинизма»

Валерий Фокин — о пользе онлайна для живого театра

Forbes
Полный вперед Полный вперед

Дизайнеры снова размышляют о будущем, думают, сбылись ли прошлые модные прогнозы

Vogue
Тягучий “Дом Gucci”.  Почему у Ридли Скотта получился вульгарный и, возможно, женоненавистнический фильм? Тягучий “Дом Gucci”.  Почему у Ридли Скотта получился вульгарный и, возможно, женоненавистнический фильм?

Новая драма Ридли Скотта получилась очень костюмной, но не совсем драматичной

Esquire
Время Близнецов. Зимнее небо Время Близнецов. Зимнее небо

Созвездие Близнецов — самое северное зодиакальное созвездие

Наука и жизнь
Пластика vs естественность: как выглядят звездные многодетные мамы Пластика vs естественность: как выглядят звездные многодетные мамы

Рассматриваем, как сейчас выглядят звездные многодетные мамы!

Cosmopolitan
Брачная история: 10 честных фильмов об отношениях Брачная история: 10 честных фильмов об отношениях

Фильмы о кризисе зрелых отношений, которые с годами, станут классикой

Esquire
Удивительная история великого винного афериста Руди Куарнавана Удивительная история великого винного афериста Руди Куарнавана

Руди Куарнаван и лаборатория по подделке вина

Maxim
Как вы считаете? Как вы считаете?

О главных событиях 2022-го для каждого из нас рассказывает нумеролог

Grazia
Кто обитает в Большом мусорном пятне: путешествие на горах пластика Кто обитает в Большом мусорном пятне: путешествие на горах пластика

Морские животные осваивают мусорный биом, созданный деятельностью человека

Популярная механика
Подонок и паршивый лицемер. История знаменитого адвоката и друга Дональда Трампа Роя Кона Подонок и паршивый лицемер. История знаменитого адвоката и друга Дональда Трампа Роя Кона

О жизни американского адвоката, «ублюдка и паршивого лицемера» Роя Кона

4x4 Club
Все слышали про белый шум. Но что такое розовый, коричневый и синий шум? Все слышали про белый шум. Но что такое розовый, коричневый и синий шум?

Сколько цветов шума существует в мире и как они действуют на людей?

Популярная механика
Ихтиозавры достигли размеров современных китов всего за два с половиной миллиона лет Ихтиозавры достигли размеров современных китов всего за два с половиной миллиона лет

Сколько лет потребовалось ихтиозаврам, чтобы превратить в гигантов?

N+1
Экологически чистое зазеркальное молоко Экологически чистое зазеркальное молоко

Макмиллан предложил название новому виду катализа — органокатализ

Наука и жизнь
Как кешью помогает здоровью: 8 научных фактов Как кешью помогает здоровью: 8 научных фактов

Чем полезен и как может навредить кешью, сколько его можно есть?

РБК
Полюбите нас тепленькими Полюбите нас тепленькими

Максим Семеляк о том, как новая чувствительность отменила стыдное

Weekend
Глубоководный карьер: как добыть алмазы со дна океана Глубоководный карьер: как добыть алмазы со дна океана

«Погружение» горнодобывающих компаний на океанское дно

Популярная механика
Зеленая энергетика или «энергетический разворот» к солнцу? Зеленая энергетика или «энергетический разворот» к солнцу?

Солнечный свет как возобновляемый источник энергии

Популярная механика
Климат-контроль: как испытывают поезда на способность ездить в дождь и снег Климат-контроль: как испытывают поезда на способность ездить в дождь и снег

В Вене находится самая большая в мире климатическая аэродинамическая труба

Популярная механика
Открыть в приложении