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

Nissan Murano. Кроссовер-терапевт Nissan Murano. Кроссовер-терапевт

Nissan Murano – редкий автомобиль, способный удивить даже избалованного водителя

4x4 Club
Сати Спивакова: «Я не знаю, уснул ли в муже Отелло» Сати Спивакова: «Я не знаю, уснул ли в муже Отелло»

Сати Спивакова — о муже маэстро Спивакове и семейных традициях

Караван историй
Что будет с телом, если каждый день в течение месяца делать планку Что будет с телом, если каждый день в течение месяца делать планку

Каких изменений можно ждать, если делать планку в течение 30 дней

Cosmopolitan
87 м² 87 м²

Интерьер с жизнерадостными оттенками Бали по проекту бюро Salmon Lair

AD
Как убрать синяки под глазами и почему они появляются Как убрать синяки под глазами и почему они появляются

Как появляются темные круги под глазами

РБК
В. И. Ленин у карты ГОЭЛРО В. И. Ленин у карты ГОЭЛРО

Картина принадлежит кисти украинского живописца Леонида Шматько

Дилетант
Легенды Алтая Легенды Алтая

Республика Алтай: древние курганы, бурные реки и горы с заснеженными вершинами

Отдых в России
5 самых грозных боевых топоров прошлого: оружие настоящего воина 5 самых грозных боевых топоров прошлого: оружие настоящего воина

Какими топорами сражались в прошлом суровые воители во всем мире

Популярная механика
Цепная реакция, или ветви одного открытия Цепная реакция, или ветви одного открытия

Судьба научной школы Николая Николаевича Семёнова

Наука и жизнь
«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
Фотоионизация молекулы через резонанс формы потребовала более точной теории Фотоионизация молекулы через резонанс формы потребовала более точной теории

Физики применили технику реконструкции аттосекундных биений

N+1
Звезды, которые нуждаются в блефаропластике: мнение пластического хирурга Звезды, которые нуждаются в блефаропластике: мнение пластического хирурга

Кому из голливудских звезд не помешало хирургическое вмешательство

Cosmopolitan
Роботы в лабиринте Роботы в лабиринте

SubT — конкурс между роботами, способными самостоятельно исследовать подземелья

Популярная механика
Вернувшаяся в Аргентину гигантская выдра оказалась одиноким самцом Вернувшаяся в Аргентину гигантская выдра оказалась одиноким самцом

Гигантские выдры возвращаются в Аргентину

N+1
Вячеслав Чепурченко. Правила игры Вячеслав Чепурченко. Правила игры

Легкие солнечные ветродуи у меня очень хорошо получаются

Коллекция. Караван историй
Как набить себе цену Как набить себе цену

Всё, что нужно знать о чернильных узорах под кожей

Men’s Health
Плач Ярослава Плач Ярослава

Иногда плакать разрешается даже мужчинам

Men’s Health
Заархивировать интернет, чтобы помочь студентам, журналистам и исследователям: зачем создавался сервис Wayback Machine Заархивировать интернет, чтобы помочь студентам, журналистам и исследователям: зачем создавался сервис Wayback Machine

Зачем Брюстер Кейл придумал сервис, чтобы сохранять веб-страницы

VC.RU
Хватит мерзнуть Хватит мерзнуть

9 привычек, из-за которых тебе холоднее, чем должно быть

Лиза
Почему мы все так любим Почему мы все так любим

"Возвращение в Хогвартс" — специальный эпизод к 20-летию первого фильма

Esquire
5 ошибок основателей Planner 5D Сергея Носырева и Алексея Шереметьева 5 ошибок основателей Planner 5D Сергея Носырева и Алексея Шереметьева

Самые болезненные ошибки основателей сервиса Planner 5D

Inc.
Kuzzz-basss. Yeah, baby Kuzzz-basss. Yeah, baby

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

Playboy
Праздник вкуса Праздник вкуса

Как выбирать продукты для новогоднего стола

Лиза
Прогулки по Переделкино Прогулки по Переделкино

Сегодня мы отправимся на прогулку в городок писателей Переделкино

Отдых в России
Молодые экзопланеты-гиганты не вписались в теоретические модели по скорости сжатия Молодые экзопланеты-гиганты не вписались в теоретические модели по скорости сжатия

Астрономы исследовали планеты в системе V1298 Тельца

N+1
Если девушка прислала тебе нюдсы. Как реагировать, чтобы все не испортить Если девушка прислала тебе нюдсы. Как реагировать, чтобы все не испортить

Просто поразительно, какие проблемы стоят перед современными мужчинами

Maxim
Партитура без нот и электрогитара без электроники Партитура без нот и электрогитара без электроники

История советской музыки в пяти экспериментах

Weekend
Будущее наступило: 5 направлений, где квантовая криптография будет незаменима Будущее наступило: 5 направлений, где квантовая криптография будет незаменима

Квантовая криптография и области её применения

Популярная механика
Искусство оздоровления — как найти путь к себе, отдыхая в Марокко Искусство оздоровления — как найти путь к себе, отдыхая в Марокко

С чего стоит начать путь к себе и как сделать это красиво?

Esquire
Свободный человек: как Дмитрий Зимин изменял мир для себя и других Свободный человек: как Дмитрий Зимин изменял мир для себя и других

Главным сюжетом жизни Дмитрия Зимина было постоянное преодоление

Forbes
Открыть в приложении