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

5 способов найти применения старым гаджетам: они вам пригодятся 5 способов найти применения старым гаджетам: они вам пригодятся

Мы знаем лучшее применение устаревших гаджетов

Популярная механика
Что такое «эффект прожектора» и как перестать все преувеличивать Что такое «эффект прожектора» и как перестать все преувеличивать

«Эффект прожектора». Разбираемся, что это такое и как с этим жить

РБК
90 м² 90 м²

Квартира в старом фонде, в которую добавили цвета и естественного света

AD
Приманка для топа: как стартапу привлечь опытного менеджера Приманка для топа: как стартапу привлечь опытного менеджера

Как подобрать подходящего управленца и чем его можно заманить в стартап

Inc.
Вася и Валя, или Когда психолог может помочь влюбленным не проворонить свое счастье Вася и Валя, или Когда психолог может помочь влюбленным не проворонить свое счастье

Как специалист может помочь развеять связанных с прошлым химер?

СНОБ
Дарсонваль для лица: как им правильно пользоваться Дарсонваль для лица: как им правильно пользоваться

Что такое Дарсонваль и как его использовать?

Cosmopolitan
Фантастическая наноскульптура: слон высотой в сотые доли миллиметра Фантастическая наноскульптура: слон высотой в сотые доли миллиметра

Наноскульптуры Джонти Гурвица, которые нельзя увидеть невооруженным глазом

Популярная механика
Экология Экология

Самой актуальной антиутопией по-прежнему остается климатическая

Esquire
Две диеты, мешающие вашему долголетию: что говорит наука Две диеты, мешающие вашему долголетию: что говорит наука

К чему могут привести кетодиета и вегетарианство?

Psychologies
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
Сирийско-российская подводная археология Сирийско-российская подводная археология

Пять тысячелетий ближневосточной жизни — под водой

Наука
Один из родителей изменяет. Что делать? Один из родителей изменяет. Что делать?

Как быть: раскрыть тайну или молчать во имя семейного счастья?

Psychologies
Тренд сезона Тренд сезона

В Саратовской области активный туризм пользуется огромной популярностью

Отдых в России
Хорошие оценки и уборка по дому: за что из этого можно платить ребенку? Хорошие оценки и уборка по дому: за что из этого можно платить ребенку?

Некоторые родители платят своим детям за хорошие заслуги. Правильно ли это?

Cosmopolitan
«Тараканы и те интересны» «Тараканы и те интересны»

С Юрием Васнецовым каждый из нас знаком с детства

Дилетант
Сервис выжимок увеличил конверсию в подписки на 23%: перестал хвалить себя и пообещал напомнить, когда спишет деньги Сервис выжимок увеличил конверсию в подписки на 23%: перестал хвалить себя и пообещал напомнить, когда спишет деньги

Как Blinkist изменил интерфейс приложения и увеличил число покупок на 1200%

VC.RU
Почему не падают небоскребы Почему не падают небоскребы

Как небоскребы выдерживают колоссальные ветровые нагрузки?

Популярная механика
История бетонного забора с ромбиками История бетонного забора с ромбиками

Esquire разыскал создателя бетонного забора с ромбиками

Esquire
«Гормон объятий» окситоцин: как он влияет на наш организм «Гормон объятий» окситоцин: как он влияет на наш организм

Какие функции окситоцин выполняет в нашем организме?

Популярная механика
От ремонта трофейных телевизоров до Уолл-стрит и спасения Навального. Жизнь благотворителя Дмитрия Зимина От ремонта трофейных телевизоров до Уолл-стрит и спасения Навального. Жизнь благотворителя Дмитрия Зимина

Дмитрий Зимин, бизнесмен и меценат, основатель сотового оператора «ВымпелКом»

СНОБ
Регион как преимущество Регион как преимущество

Вы приехали в гости? Извольте пробовать локальные блюда и оценить нашу кухню

Bones
«What the fuck is going on? Вот в чем вопрос!» «What the fuck is going on? Вот в чем вопрос!»

Художник Дэмиен Хёрст о реальности и иллюзии, об искусстве и не-искусстве

Weekend
В. И. Ленин у карты ГОЭЛРО В. И. Ленин у карты ГОЭЛРО

Картина принадлежит кисти украинского живописца Леонида Шматько

Дилетант
Партитура без нот и электрогитара без электроники Партитура без нот и электрогитара без электроники

История советской музыки в пяти экспериментах

Weekend
Почему появляются прыщи зимой и как иметь чистую и сиящую кожу даже в мороз Почему появляются прыщи зимой и как иметь чистую и сиящую кожу даже в мороз

Зимнее акне существует, и с ним сталкиваются люди всех возрастов

Cosmopolitan
Любовница красивее жены: 6 мифов об измене, в которые пора перестать верить Любовница красивее жены: 6 мифов об измене, в которые пора перестать верить

Не всё, что ты знаешь об измене, правда

Cosmopolitan
Чаты, боты, персональные данные: как Райффайзенбанк общается с клиентами Чаты, боты, персональные данные: как Райффайзенбанк общается с клиентами

Райффайзенбанк: какую информацию собирают боты, как они общаются с клиентами?

Forbes
Для любителей загадок: лучшие детективные сериалы 2021 года Для любителей загадок: лучшие детективные сериалы 2021 года

Безумно увлекательные детективные сериалы

Cosmopolitan
Как найти смысл жизни, если вы ненавидите свою работу Как найти смысл жизни, если вы ненавидите свою работу

Как не потерять себя, ненавидя свою работу?

GQ
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
Открыть в приложении