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

Билет в один конец Билет в один конец

Илон Маск мечтает умереть на Марсе, и он по-своему прав

Популярная механика
Олег Нестеров — о шведском столе контента, влюбленности и Альфреде Шнитке Олег Нестеров — о шведском столе контента, влюбленности и Альфреде Шнитке

Олег Нестеров о советской киномузыке и свободе, рождающейся из ограничений

РБК
Психолог, клининг и кино: эксперты назвали самые популярные траты россиян в интернете Психолог, клининг и кино: эксперты назвали самые популярные траты россиян в интернете

Россиян резко увеличили количество онлайн-покупок услуг

Forbes
Писатель Алексей Иванов — о литературе, внутреннем туризме и новых структурах общества Писатель Алексей Иванов — о литературе, внутреннем туризме и новых структурах общества

Писатель Алексей Иванов о влиянии литературы на туристический бизнес

СНОБ
Выйти из операционки: миссия невыполнима? Выйти из операционки: миссия невыполнима?

Кажется, что без тебя все вмиг рухнет? Как выйти из замкнутого круга

Inc.
Расплата для разлучниц: судьба советских актрис, которые увели чужих мужей Расплата для разлучниц: судьба советских актрис, которые увели чужих мужей

Опыт знаменитых советских актрис, которые увели чужих мужей

Cosmopolitan
Как Роман Горюнов привел в Россию Apple и Tesla и вывел «СПБ Биржу» на IPO Как Роман Горюнов привел в Россию Apple и Tesla и вывел «СПБ Биржу» на IPO

Как Роман Горюнов построил и продал две российские биржи?

Forbes
Все о холестерине: что это такое и нужно ли его снижать Все о холестерине: что это такое и нужно ли его снижать

Контроль за уровнем холестерина — надежный способ защитить сердце от заболеваний

РБК
«В молодости надо зарабатывать, а когда построишь бизнес — отдавать. Бизнес провалится без доброго взгляда на мир» «В молодости надо зарабатывать, а когда построишь бизнес — отдавать. Бизнес провалится без доброго взгляда на мир»

Что Дмитрий Зимин думал о создании компании, просветительстве и предпринимателях

VC.RU
Виктория Пархоменко: «В людях я ценю простоту» Виктория Пархоменко: «В людях я ценю простоту»

Шеф-кондитер Виктория Пархоменко — о профессии и источниках вдохновения

Bones
Прототип мобильного приложения: что это и для чего нужен Прототип мобильного приложения: что это и для чего нужен

Прототип — самый простой, быстрый и наглядный способ объяснить идею

Популярная механика
Проблемы на работе, о которых мы чаще всего говорим в терапии Проблемы на работе, о которых мы чаще всего говорим в терапии

Терапия помогает справиться с вопросами, касающимися работы

Psychologies
Боязнь дырок. Учёные выяснили причины возникновения трипофобии Боязнь дырок. Учёные выяснили причины возникновения трипофобии

Что такое трипофобия и почему она возникает?

Популярная механика
Археологи нашли в Армении погребение двух женщин-воинов Археологи нашли в Армении погребение двух женщин-воинов

Археологи нашли погребение всадниц-лучниц

N+1
Любимые автобусы страны Советов Любимые автобусы страны Советов

Самые родные автобусы времен СССР

Maxim
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
«Мы созданы друг для друга»: как нас используют интернет-мошенники «Мы созданы друг для друга»: как нас используют интернет-мошенники

Читательница рассказала о том, как она и ее подруга попали в виртуальную ловушку

Psychologies
Мотоцикл в качестве бонуса и зарплата $92 тысячи в год: как ИТ-компании в Индии привлекают таланты Мотоцикл в качестве бонуса и зарплата $92 тысячи в год: как ИТ-компании в Индии привлекают таланты

Почему Индия переживает крупнейший за восемь лет бум найма сотрудников

VC.RU
Алена Водонаева: «Я живу для себя и я счастлива» Алена Водонаева: «Я живу для себя и я счастлива»

Звезда рассказала о личной жизни, новой квартире и своем проекте на Youtube

Cosmopolitan
Берлин, 22 июня… Берлин, 22 июня…

В тот день футбол интересовал немцев больше, чем сообщения о военных действиях

Дилетант
Бизнес вкрутую: как открыть кафе для завтраков и зарабатывать по 3 млн рублей в месяц Бизнес вкрутую: как открыть кафе для завтраков и зарабатывать по 3 млн рублей в месяц

Основательницы Eggsellent: как проект стал приносить более 3 млн рублей в месяц

Forbes
Ноутбук из Антарктиды и полярный интернет: техника исследовательских станций Ноутбук из Антарктиды и полярный интернет: техника исследовательских станций

Как устроена связь Антарктиды с другими материками и зачем туда летают сисадмины

Популярная механика
VIP деятельности VIP деятельности

Дмитрий Брейтенбихер о том, как банки перестраиваются в цифровом мире

Esquire
Крупнейшее исследование древней ДНК указало на еще одну миграцию людей в Британию Крупнейшее исследование древней ДНК указало на еще одну миграцию людей в Британию

Ученые нашли свидетельства миграции в Британию ранее неизвестной популяции

N+1
Отряд самоубийц: пять животных без инстинкта самосохранения Отряд самоубийц: пять животных без инстинкта самосохранения

Эти животные каким-то чудом дотянули до наших дней!

Maxim
Сезон открыт: как правильно выбрать экипировку для катания на горных лыжах или сноуборде Сезон открыт: как правильно выбрать экипировку для катания на горных лыжах или сноуборде

Как выбрать горнолыжную экипировку правильно? Как за ней ухаживать?

Популярная механика
5 лучших приложений для знакомств с девушками: личный опыт блогера, которого забанили в Tinder 5 лучших приложений для знакомств с девушками: личный опыт блогера, которого забанили в Tinder

Лучшие приложения для знакомств и их специфика

Playboy
Энергия ожиданий: что стоит за бумом инвестиций в термоядерную энергетику Энергия ожиданий: что стоит за бумом инвестиций в термоядерную энергетику

Действительно ли эпоха безопасной и дешевой энергии уже на пороге?

Forbes
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
Кремниевая механика: как достигается атомная точность хода часов Кремниевая механика: как достигается атомная точность хода часов

В учебниках каменный, бронзовый и железный века сменятся веком кремния

Популярная механика
Открыть в приложении