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

К баллистическому будущему К баллистическому будущему

Траектория движения космических аппаратов строится с учетом разных соображений

Популярная механика
«Вы больше не нужны»: судьба автора советских открыток Владимира Зарубина «Вы больше не нужны»: судьба автора советских открыток Владимира Зарубина

Художник, который нарисовал наш Новый год. Его открытки видел каждый

Cosmopolitan
«У владельцев есть искушение превратить компании в кеш-машину» «У владельцев есть искушение превратить компании в кеш-машину»

Почему Forbes выбрал первого вице-премьера Андрея Белоусова регулятором года?

Forbes
Векторный свет превратил атомный газ в компас Векторный свет превратил атомный газ в компас

Физики провели магнитометрию с помощью закрученного света

N+1
Почему японки не полнеют: 10 секретов стройности, которые стоит запомнить Почему японки не полнеют: 10 секретов стройности, которые стоит запомнить

Почему японки не полнеют, что для этого едят и какой образ жизни они ведут

VOICE
Два совета, которые предприниматели дали бы себе на старте Два совета, которые предприниматели дали бы себе на старте

Советы от сооснователей XYZ School для начинающих предпринимателей

Inc.
Первый роман Тарантино и новый Памук: 10 книг зимы Первый роман Тарантино и новый Памук: 10 книг зимы

Книги, которые действительно заслуживают нашего внимания

РБК
Овцы заселили Фарерские острова раньше викингов Овцы заселили Фарерские острова раньше викингов

Какой была фауна Фарерский островов до появления на них викингов?

N+1
Скифы-земледельцы похоронили умерших в бескурганных могилах Скифы-земледельцы похоронили умерших в бескурганных могилах

Археолог исследовал Ксизовский могильник, расположенный в Липецкой области

N+1
«Как ломаются спагетти и другие задачи по физике» «Как ломаются спагетти и другие задачи по физике»

Отрывок из книги «Как ломаются спагетти и другие задачи по физике»

N+1
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
Мама в форме: как сообщество матерей футболистов меняет отношение к женщинам в спорте Мама в форме: как сообщество матерей футболистов меняет отношение к женщинам в спорте

«Футбольные мамы» — всероссийский конкурс, который превратился в сообщество

Forbes
Забытое искусство обрядов посвящения Забытое искусство обрядов посвящения

Вылазка с детьми порой посложнее Ironman и Death Race

Men’s Health
Что такое анорексия: симптомы, причины, лечение Что такое анорексия: симптомы, причины, лечение

Что вызывает анорексию, каковые её последствия и как её вылечить?

РБК
Un italiano vero Un italiano vero

Согласно данным исследования YouGov, итальянская кухня самая популярная в мире

Bones
Чему создатели метавселенных могут поучиться у 3D-игры Second Life Чему создатели метавселенных могут поучиться у 3D-игры Second Life

Какой создатель Second Life видит метавселенную, исходя из своего опыта

VC.RU
Звезда Немезида: тайный близнец Солнца мог привести к массовому вымиранию и гибели динозавров Звезда Немезида: тайный близнец Солнца мог привести к массовому вымиранию и гибели динозавров

Где-то на задворках нашей звездной системы прячется "отторгнутый" близнец Солцна

Популярная механика
В плену антиутопий В плену антиутопий

Настоящая битва экосистем развернулась между «Яндексом» и «Сбером»

Forbes
Польза и вред мандаринов для здоровья: советы врача Польза и вред мандаринов для здоровья: советы врача

Разбираемся, чем могут быть полезны мандарины

РБК
Пять привычек, которые прибавят тебе целых 10 лет жизни Пять привычек, которые прибавят тебе целых 10 лет жизни

Как здоровый (и нездоровый) образ жизни влияет на продолжительность жизни

Cosmopolitan
Кто в доме хозяин, или что должен делать хороший муж Кто в доме хозяин, или что должен делать хороший муж

Что должен делать муж в семье: вопрос не риторический

Playboy
Чем изумляли немецких солдат пленные женщины-красноармейцы Чем изумляли немецких солдат пленные женщины-красноармейцы

По официальным оценкам, на фронте сражались 800 тысяч советских женщин

Cosmopolitan
Евгений Чебатков: «Узнают и пока не бьют — вот мой уровень известности» Евгений Чебатков: «Узнают и пока не бьют — вот мой уровень известности»

Стендап-комик Евгений Чебатков — о природе смешного, хороших и плохих шутках

РБК
Какой макияж сделать на Новый год: вдохновляемся звёздными примерами Какой макияж сделать на Новый год: вдохновляемся звёздными примерами

Самые эффектные виды макияжа для зимних праздников

Cosmopolitan
Анатолий Зверев: вечная любовь Анатолий Зверев: вечная любовь

Анатолия Зверева любят многие и по-разному

СНОБ
Что такое дефицит калорий и как его рассчитать, чтобы похудеть? Что такое дефицит калорий и как его рассчитать, чтобы похудеть?

Одного решения сбросить вес для похудения недостаточно

Cosmopolitan
Как Ульяна Суздалкина ушла из рекламы и стала шеф-поваром с рекомендацией Michelin Как Ульяна Суздалкина ушла из рекламы и стала шеф-поваром с рекомендацией Michelin

Ульяна Суздалкина решила все бросить, чтобы стать шеф-поваром

Forbes
Курсы дизайнеров Курсы дизайнеров

Как Александр Аврамов и Андрей Анищенко строят «единорога» в Латинской Америке

Forbes
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
Путин поддержал идею обсудить закон об иноагентах с журналистами Путин поддержал идею обсудить закон об иноагентах с журналистами

Путин согласился, что закон об иноагентах нужно обсудить с профессионалами

Forbes
Открыть в приложении