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

Прав ли Галилей? Прав ли Галилей?

Можно ли вращаться по инерции?

Наука и жизнь
Шестое чувство Шестое чувство

Психолог Ирина Млодик — об умении дружить и о том, как изменилась дружба

Seasons of life
Чем заняться дома зимой? Чем заняться дома зимой?

Как разнообразить свой досуг, не покидая дома?

Psychologies
Самая сложная головоломка в мире. Попробуешь разгадать? Самая сложная головоломка в мире. Попробуешь разгадать?

Мы приготовили для тебя задачку, которую называют самой сложной в мире

Cosmopolitan
Археологи нашли аланского ребенка с искусственно деформированным черепом Археологи нашли аланского ребенка с искусственно деформированным черепом

Ученые обнаружили на периферии кургана аланского могильника детское погребение

N+1
Счастья баловень безродный... Счастья баловень безродный...

Оценка Петром Меншикова была прозаической и трезвой: вороватый, да верный

Дилетант
Прогресс или угроза: стоит ли нам бояться искусственного интеллекта Прогресс или угроза: стоит ли нам бояться искусственного интеллекта

Какие опасности несут в себе искусственный интеллект, цифровизация и роботизация

Популярная механика
Farus Beta: спорткар, который не знал конкурентов Farus Beta: спорткар, который не знал конкурентов

Farus Beta — необычный спорткар из Бразилии

Популярная механика
Тебе это не кажется: как понять, что он тебя разлюбил Тебе это не кажется: как понять, что он тебя разлюбил

Разбираемся, как понять, что мужчина разлюбил женщину

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

Наша подборка с рождественскими фильмами

GQ
Необычные приветственные комплименты: как встречают гостей в отелях мира Необычные приветственные комплименты: как встречают гостей в отелях мира

Получить от проживания в отеле больше, чем ты ожидаешь, всегда приятно

Cosmopolitan
Сердца каннибалов: чем удивила ближайшая к Земле пара гигантских черных дыр Сердца каннибалов: чем удивила ближайшая к Земле пара гигантских черных дыр

Ученые нашли следы крупнейшей катастрофы, произошедшей миллиарды лет назад

Forbes
59 м² 59 м²

Квартира с яркими акцентами по проекту Ильи Гульянца

AD
TikTok и Instagram: почему цифровая зависимость опасна для детей и как этому противостоять TikTok и Instagram: почему цифровая зависимость опасна для детей и как этому противостоять

Видео, игры и скроллинг соцсетей действуют на мозг детей как наркотик

Популярная механика
Может ли человек создать злонамеренный искусственный интеллект? Может ли человек создать злонамеренный искусственный интеллект?

Что если кто-то решит создать искусственный интеллект для разрушения?

Популярная механика
Искусственный интеллект и нейроморфные вычисления: второе дыхание Искусственный интеллект и нейроморфные вычисления: второе дыхание

Микрочипы постепенно приближаются к человеческому мозгу

Наука
Археологи нашли в Якутии берестяной гроб с останками «опасного умершего» Археологи нашли в Якутии берестяной гроб с останками «опасного умершего»

Археологи нашли в Якутии захоронение самоубийцы, шамана или отверженного

N+1
Почему после еды хочется чего-нибудь вкусненького Почему после еды хочется чего-нибудь вкусненького

Почему после плотного обеда все равно хочется съесть закуску или десерт?

Популярная механика
50-летние и роскошные! 5 звезд, которые научат быть стильной в любом возрасте 50-летние и роскошные! 5 звезд, которые научат быть стильной в любом возрасте

Для героинь нашей подборки возраст — всего лишь цифра в паспорте

Cosmopolitan
А теперь про здоровье зубов и десен! А теперь про здоровье зубов и десен!

Эти правила застрахуют от запущенного пульпита и других проблем с зубами

Собака.ru
«Поколение сэндвича»: почему женщины старше 45 лет живут ради других «Поколение сэндвича»: почему женщины старше 45 лет живут ради других

Тем, кто заботится одновременно и о детях, и о родителях, приходится тяжело

Cosmopolitan
Как перестать стесняться: гайд по прокачке уверенности в себе Как перестать стесняться: гайд по прокачке уверенности в себе

Стеснительность - не приговор

Playboy
Военные машины прошлого: наследие пращи и лука Военные машины прошлого: наследие пращи и лука

Как лук и праща повлияли на развитие военных машин?

Популярная механика
Робот лепит роботят. Угрожают ли человечеству созданные им организмы Робот лепит роботят. Угрожают ли человечеству созданные им организмы

«Живые роботы», способные размножаться — технология будущего или конец света?

СНОБ
В каких продуктах много витамина К В каких продуктах много витамина К

Чем опасен дефицит витамина К и как его восполнить

РБК
Мэтт Смит – об Ане Тейлор-Джой, злодеях и судьбе Мэтт Смит – об Ане Тейлор-Джой, злодеях и судьбе

Интервью с британским актером Мэттом Ситом

GQ
От чтения мыслей до вторжения во сны: зачем исследуют сознание и чем это грозит От чтения мыслей до вторжения во сны: зачем исследуют сознание и чем это грозит

Учёные научились считывать структуру фраз и даже визуальные образы из мыслей

VC.RU
Турецкие ихтиологи переоткрыли «вымершую» рыбу спустя почти 50 лет Турецкие ихтиологи переоткрыли «вымершую» рыбу спустя почти 50 лет

Ихтиологи переоткрыли редкую рыбу — батманского гольца

N+1
FX-фактор. Тест-драйв нового Infiniti QX55 FX-фактор. Тест-драйв нового Infiniti QX55

Что может противопоставить немецким конкурентам новый Infiniti QX55

РБК
Гликемический индекс продуктов: что это и на что он влияет Гликемический индекс продуктов: что это и на что он влияет

Почему ориентироваться на гликемический индекс нужно с большой осторожностью

РБК
Открыть в приложении