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

Компьютерный мозг Компьютерный мозг

Как работают настоящие нейроморфные микросхемы

Популярная механика
Гидрогель укрепил бумагу для печати гибких биоразлагаемых аккумуляторов Гидрогель укрепил бумагу для печати гибких биоразлагаемых аккумуляторов

Укрепленная гидрогелем бумага помогла напечатать гибкие бумажные аккумуляторы

N+1
Первую многоножку с более чем тысячью ног назвали в честь Персефоны Первую многоножку с более чем тысячью ног назвали в честь Персефоны

Многоножка с более, чем тысячью ног, обитает под землей в Западной Австралии

N+1
Как разработчикам обойтись без Apple App Store и Google Play Как разработчикам обойтись без Apple App Store и Google Play

Как работают OEM-каналы и почему они становятся все популярнее у маркетологов?

Inc.
Самые любопытные игры, в которые мы играли в 2021 году Самые любопытные игры, в которые мы играли в 2021 году

Пять игр 2021 года, на которые стоит обратить внимание

Esquire
Когда жалованье стало зарплатой и кем были стилисты в середине XX века Когда жалованье стало зарплатой и кем были стилисты в середине XX века

Жалованье и зарплата. Перемены в жизни слов

РБК
Установка Windows с флешки: пошаговая инструкция Установка Windows с флешки: пошаговая инструкция

В установке Windows 7, 8 или 10 с флешки нет ничего сложного

CHIP
Какие заболевания в старости ждут супергероев: ученые все рассчитали Какие заболевания в старости ждут супергероев: ученые все рассчитали

Какие заболевания могут ожидать персонажей киновселенной Marvel в будущем

Популярная механика
C переменным успехом C переменным успехом

Как стилист и блогер Рената Харькова решила стать адептом виртуальной моды

Vogue
Главные нон-фикшен книги 2021 года Главные нон-фикшен книги 2021 года

Лучшие нон-фикшен книги 2021 года — в подборке «Сноба».

СНОБ
Состояние непокоя Состояние непокоя

Юлия Пересильд знает: люди летают, а наша планета — маленькая и хрупкая

GQ
Водолей – холодный, Рыбы – тихие. Самый темпераментный знак зодиака – кто это? Водолей – холодный, Рыбы – тихие. Самый темпераментный знак зодиака – кто это?

Какие знаки зодиака отличаются страстным, ярким темпераментом

Cosmopolitan
В. И. Ленин у карты ГОЭЛРО В. И. Ленин у карты ГОЭЛРО

Картина принадлежит кисти украинского живописца Леонида Шматько

Дилетант
Suzuki Vitara. Выбор поколений Suzuki Vitara. Выбор поколений

Баланс между традициями и инновациями

4x4 Club
«Обрезан ли Супермен?» 5 книг со странным названием и их краткое содержание «Обрезан ли Супермен?» 5 книг со странным названием и их краткое содержание

Книги с интригующими названиями на ежегодной премии Diagram Prize

Playboy
Саманта против: как Ким Кэтролл пошла наперекор проекту, сделавшему ее звездой Саманта против: как Ким Кэтролл пошла наперекор проекту, сделавшему ее звездой

Почему Ким Кэтролл, сыгравшая Саманту, так ненавидит «Секс в большом городе»

VOICE
Как закрыть гештальт, если программа зависла: инструкция по новогодней перезагрузке Как закрыть гештальт, если программа зависла: инструкция по новогодней перезагрузке

Что такое гештальт и на какие кнопки мозга нажимать, чтобы его закрыть

Playboy
Марафон обмана Марафон обмана

Факторы, указывающие на то, что на тренингах по обретению счастья тебя разводят

Лиза
Перемещает курсор и так помогает обхитрить программы мониторинга: как изобрели «двигатель мышки» Перемещает курсор и так помогает обхитрить программы мониторинга: как изобрели «двигатель мышки»

Вырос рынок приспособлений, которые помогают обмануть корпоративные трекеры

VC.RU
«Да кому мы нужны»: почему люди в возрасте 56-65 лет — самые несчастные в России «Да кому мы нужны»: почему люди в возрасте 56-65 лет — самые несчастные в России

Как бороться с тем, что люди 56-65 лет — самые несчастные в России

Forbes
5 рождественских фильмов, которые вы вряд ли смотрели 5 рождественских фильмов, которые вы вряд ли смотрели

Наша подборка с рождественскими фильмами

GQ
IBM создала автоматизированную лабораторию с искусственным интеллектом IBM создала автоматизированную лабораторию с искусственным интеллектом

RoboRXN, автоматизированная удаленная лаборатория с искусственным интеллектом

Популярная механика
Мыли и снова пользовались: история презервативов с древности до наших дней Мыли и снова пользовались: история презервативов с древности до наших дней

Какими были презервативы в древности и какими они стали сегодня

Cosmopolitan
От железного фаллоса до шествия в гробах: 12 самых диких праздников мира От железного фаллоса до шествия в гробах: 12 самых диких праздников мира

Приготовься к культурному шоку, мы подобрали топ самых безумных праздников мира

Playboy
Время Близнецов. Зимнее небо Время Близнецов. Зимнее небо

Созвездие Близнецов — самое северное зодиакальное созвездие

Наука и жизнь
Страшные мысли наших детей: можем ли мы помочь? Страшные мысли наших детей: можем ли мы помочь?

Душевное состояние детей и подростков вызывает серьезнейшие опасения

Psychologies
Яркая жизнь в стиле каваии: 4 шага, которые стоит сделать до конца года Яркая жизнь в стиле каваии: 4 шага, которые стоит сделать до конца года

Как сделать свою жизнь ярче, добавить позитивных эмоций?

Psychologies
Новый поворот: как создать карту желаний, которая работает Новый поворот: как создать карту желаний, которая работает

10 правил, которые надо соблюдать, когда составляешь свою карту желаний

Cosmopolitan
Специальный проект — Гороскоп 2022 Специальный проект — Гороскоп 2022

Астрологический прогноз на весь 2022 год

Vogue
Антидот: человечество в поисках противоядий Антидот: человечество в поисках противоядий

Как люди ищут антидоты к ядам на протяжении всей своей истории

Популярная механика
Открыть в приложении