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

Запомните меня таким. Пятое поколение Honda CR-V станет последним Запомните меня таким. Пятое поколение Honda CR-V станет последним

Тест-драйв пятого поколения Honda CR-V начался с печальной новости

4x4 Club
«Мне нужно позвонить маме в Остин» — знакомим вас с актером, сыгравшим Тома Форда в «Доме Гуччи» «Мне нужно позвонить маме в Остин» — знакомим вас с актером, сыгравшим Тома Форда в «Доме Гуччи»

Актер Рив Карни — как получил роль в «Доме Гуччи» и об актерском составе фильма

Esquire
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
Неожиданные образы и эксперименты с укладкой — почему парики снова в тренде Неожиданные образы и эксперименты с укладкой — почему парики снова в тренде

Парик становится неотъемлемым бьюти-аксессуаром

Cosmopolitan
Еда будущего: что может появиться на наших столах уже к 2030 году Еда будущего: что может появиться на наших столах уже к 2030 году

Как изменится пища на нашем столе?

Популярная механика
О чем надо помнить инвесторам при выборе ESG-стратегии О чем надо помнить инвесторам при выборе ESG-стратегии

Рынок устойчивых инвестиций до сих пор не сбалансирован и имеет ряд проблем

Forbes
Адмирал без танцев Адмирал без танцев

Как «отец народов» переписал биографию Нахимова

Дилетант
Россию сместили с пьедестала страха. Чем грозит Москве потеря статуса «врага США №1» Россию сместили с пьедестала страха. Чем грозит Москве потеря статуса «врага США №1»

Россия — уже не главный враг США, чем это грозит?

СНОБ
«Секс в большом городе» уже не тот? Образы звезд на премьере продолжения сериала «Секс в большом городе» уже не тот? Образы звезд на премьере продолжения сериала

Как менялся стиль звезд сериала «Секс в большом городе» от премьеры к премьере

Cosmopolitan
6 лекарств, из-за которых ты можешь набрать вес (и что с этим можно сделать) 6 лекарств, из-за которых ты можешь набрать вес (и что с этим можно сделать)

Какие лекарства могут спровоцировать потолстение

Cosmopolitan
Число Гуччи Число Гуччи

История семьи и бренда Гуччи в метрах, сыновьях, тюремных сроках и киллерах

Weekend
Блуд, искусство и смерть в Венеции Блуд, искусство и смерть в Венеции

Из чего состоит венецианский миф

Weekend
Механические колебания иона увидели в оптический микроскоп Механические колебания иона увидели в оптический микроскоп

Физики смогли увидеть распределение иона иттербия в пространстве

N+1
Топ-5 Топ-5

Что придумывали шарлатаны до развития доказательной медицины

Популярная механика
Наталья Рудова: «Мужчина должен проявлять инициативу» Наталья Рудова: «Мужчина должен проявлять инициативу»

Актриса рассказала о фильме «Свингеры», секретах красоты и хейтерах

Cosmopolitan
Как снизить риски энергоперехода для России Как снизить риски энергоперехода для России

Нужна программа по привлечению частных инвестиций в производство зеленой энергии

Forbes
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
Культура фаллосов и вульв Культура фаллосов и вульв

Как археологи искали предков таримских мумий между Алтаем и Скандинавией

N+1
Старик и девочка: история фрейлины Алымовой, которую прославили скандалы Старик и девочка: история фрейлины Алымовой, которую прославили скандалы

Глафиры Алымовой — олицетворение аристократок XVIII века

Cosmopolitan
Физики предложили искать темную материю с помощью детекторов гравитационных волн Физики предложили искать темную материю с помощью детекторов гравитационных волн

Физики предложили новый метод обнаружения частиц легкой темной материи

N+1
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
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
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
Смеемся до последнего: разговор с режиссером Смеемся до последнего: разговор с режиссером

Адам Маккей с удовольствием превращает леденящие кровь темы в комедийные сюжеты

Esquire
Острый момент: 7 ошибок, которые ты допускаешь при бритье зоны бикини Острый момент: 7 ошибок, которые ты допускаешь при бритье зоны бикини

Самые распространенные ошибки, которые ты допускаешь при бритье зоны бикини

Cosmopolitan
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
Отец российской бальнеологии Отец российской бальнеологии

Как врач Смирнов наладил на Кавказских Минеральных Водах систематическую науку

Наука
Несказочная жизнь: как сложилась судьба прототипа Белоснежки Несказочная жизнь: как сложилась судьба прототипа Белоснежки

Жила ли на свете когда-нибудь девушка, похожая на Белоснежку?

Cosmopolitan
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
65 м² 65 м²

Дизайн квартиры от BHD Studio начался с большой яркой картины

AD
Открыть в приложении