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

Мастер-класс Мастер-класс

Штрихи к портрету «Джо»

Автопилот
«Черному зеркалу» — 10 лет. Рассказываем, какие эпизоды сериала воплотились в реальность «Черному зеркалу» — 10 лет. Рассказываем, какие эпизоды сериала воплотились в реальность

Истории из «Черного зеркала», которые казались фантастикой, но стали реальностью

Esquire
Визажист и бизнесмен Елена Крыгина —  Forbes: «Мне важно круто продать компанию» Визажист и бизнесмен Елена Крыгина —  Forbes: «Мне важно круто продать компанию»

Елена Крыгина — о том, почему она производит косметику в России

Forbes
Яркая классика Яркая классика

Здесь органично сочетаются современный комфорт и красивая стилизация под старину

SALON-Interior
Как вернуть некачественный товар: о законах простыми словами Как вернуть некачественный товар: о законах простыми словами

Как вернуть покупку?

CHIP
Авторские приседания и гадание по ногтям: чем стал биохакинг в современном мире Авторские приседания и гадание по ногтям: чем стал биохакинг в современном мире

Какое отношение биохакинг имеет к тренингам духовного развития?

Forbes
«Корабль дураков» Дмитрия Крымова «Корабль дураков» Дмитрия Крымова

О творческом методе Дмитрия Крымова размышляет Алла Боссарт

СНОБ
Игра в имена. Ольга Медведкова: «Ф.И.О.» Игра в имена. Ольга Медведкова: «Ф.И.О.»

Отрывок из книги Ольги Медведковой, которую она посвятила истории своего имени

СНОБ
Выше на голову: почему взрослые недооценивают детей и почему дети гораздо умнее взрослых Выше на голову: почему взрослые недооценивают детей и почему дети гораздо умнее взрослых

Как устроен детский мозг и почему дети — это моральные ревизионисты

Esquire
Не для инвесторов, а для рабочего класса: почему в Китае растёт рынок дешёвых мини-электрокаров Не для инвесторов, а для рабочего класса: почему в Китае растёт рынок дешёвых мини-электрокаров

Пенсионеры, мигранты и малообеспеченные выбирают миниатюрный электротранспорт

VC.RU
C-25: как создавалась первая советская система ПРО C-25: как создавалась первая советская система ПРО

С-25 – одна из первых в мире систем объектовой противовоздушной обороны

Популярная механика
Собиратели древних тайн Собиратели древних тайн

Где еще искать древние легенды и обычаи народа, как не на рязанской земле?

Отдых в России
Какие классы автомобилей существуют: азбука ревущих моторов Какие классы автомобилей существуют: азбука ревущих моторов

Классы автомобилей простым языком - от А до F.

Playboy
16-летнее наблюдение за парой пульсаров с рекордной точностью подтвердило Общую теорию относительности 16-летнее наблюдение за парой пульсаров с рекордной точностью подтвердило Общую теорию относительности

Астрофизики проверили предсказания Общей теории относительности

N+1
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
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
Юля Беретта: «Я притягиваю только умных и интересных людей» Юля Беретта: «Я притягиваю только умных и интересных людей»

Юлия Беретта накануне выхода ее нового альбома о личном и профессиональном

Maxim
Вика Одинцова: 50 горячих фото и личная жизнь модели Вика Одинцова: 50 горячих фото и личная жизнь модели

Если у тебя еще нет в подписках этой горячей красотки, ты многое упускаешь

Playboy
«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
Шарик бриллиантовый, ваш! Шарик бриллиантовый, ваш!

Свяжите ёлочные шары, и других таких не будет ни у кого!

Наука и жизнь
Герасим и топор, или Преступление без наказания Герасим и топор, или Преступление без наказания

Вероятно, это самое знаменитое описание преступления в мировой литературе

Дилетант
Как менялась Анастасия Макеева: от королевы красоты до четырежды жены Как менялась Анастасия Макеева: от королевы красоты до четырежды жены

Как выглядела актриса Анастасия Макеева в разные моменты своей жизни

Cosmopolitan
«Мы разрушители стереотипов!» «Мы разрушители стереотипов!»

Антон Лаврентьев и Алина Астровская — о своем творчестве, семье и терапии

OK!
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
Ошибка Google Play: как исправить проблему Ошибка Google Play: как исправить проблему

Как избавиться от ошибки Google Play без особых усилий

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

К чему могут привести кетодиета и вегетарианство?

Psychologies
Можно ли с помощью лазеров уничтожать микроорганизмы? Можно ли с помощью лазеров уничтожать микроорганизмы?

Лазер как альтернатива антибиотикам

Популярная механика
Грязь как полотно Грязь как полотно

Добро пожаловать в Dirty Car Art

Playboy
Прекрати симулировать: как сказать ему, что у тебя ни разу не было оргазма Прекрати симулировать: как сказать ему, что у тебя ни разу не было оргазма

Как обсуждать с партнером качество сексуальной жизни?

Cosmopolitan
Когда жена — настоящий крокодил: 5 самых странных браков Когда жена — настоящий крокодил: 5 самых странных браков

Любовь зла, полюбишь и...

Playboy
Открыть в приложении