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

На ошибках учатся: что случилось с первым в мире реактивным самолетом «Комета» с квадратными окнами На ошибках учатся: что случилось с первым в мире реактивным самолетом «Комета» с квадратными окнами

Почему иллюминаторы самолетов имеют округлую форму

ТехИнсайдер
«Женщин воспринимают как товар! Отвратительно!»: Анна Хилькевич об эйджизме «Женщин воспринимают как товар! Отвратительно!»: Анна Хилькевич об эйджизме

Анна Хилькевич высказалась о дискриминации женщин по возрасту

Cosmopolitan
Sehnsucht по родине Sehnsucht по родине

Анна Толстова о Константине Васильеве

Weekend
Модное просвещение: 8 фильмов о дизайнерах, которые можно посмотреть  на каникулах Модное просвещение: 8 фильмов о дизайнерах, которые можно посмотреть  на каникулах

Красивые и вдохновляющие истории, которые понравятся не только любителям моды

Esquire
Чисто английский юмор. Как шутят настоящие джентльмены? Чисто английский юмор. Как шутят настоящие джентльмены?

Можно ли научиться шутить как истинный эсквайр «пришельцам» из других стран?

Популярная механика
Химики завернули молекулу в ленту Мебиуса Химики завернули молекулу в ленту Мебиуса

Макроцикл с закрученными цепочками атомов проявил необычные свойства в растворе

N+1
«Красота и Уродство» – альбом, в котором вы точно найдете что-то свое «Красота и Уродство» – альбом, в котором вы точно найдете что-то свое

Разбираем новый релиз Oxxxymiron, который, кажется, пытается угодить всем

GQ
Елена Панова: «Я хоть и не очень состоятельная, но вполне состоявшаяся артистка» Елена Панова: «Я хоть и не очень состоятельная, но вполне состоявшаяся артистка»

Елена Панова — о своих образах, фильмах и семье

Караван историй
8 лучших сериалов о предпринимателях 2021 года 8 лучших сериалов о предпринимателях 2021 года

Эти истории, которые способны удивить или замотивировать вас заняться бизнесом

Inc.
Разрушительный треугольник: как я потеряла и дружбу, и любовь Разрушительный треугольник: как я потеряла и дружбу, и любовь

Выбирать из двух близких людей того, кто тебе больше дорог, — невозможно

Psychologies
Плащ пьяницы и ещё четыре диких судебных наказания прошлого Плащ пьяницы и ещё четыре диких судебных наказания прошлого

Подборка жутких орудий наказаний родом из Средних веков

Maxim
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
5 ошибок CEO SETTERS EDUCATION Александры Жарковой 5 ошибок CEO SETTERS EDUCATION Александры Жарковой

Метод проб и ошибок CEO SETTERS EDUCATION Александры Жарковой

Inc.
3 эффективных способа отказаться от вредных привычек 3 эффективных способа отказаться от вредных привычек

Какие факторы влияют на формирование полезных привычек?

Inc.
Можно ли с помощью лазеров уничтожать микроорганизмы? Можно ли с помощью лазеров уничтожать микроорганизмы?

Лазер как альтернатива антибиотикам

Популярная механика
Полина Барскова: Рождественский романс в Беркли Полина Барскова: Рождественский романс в Беркли

Полина Барскова преподает русскую литературу в Университете Беркли

СНОБ
Певица Юлия Паршута: «Я взяла полный контроль над своей жизнью» Певица Юлия Паршута: «Я взяла полный контроль над своей жизнью»

Юлия Паршута рассказа о походах к психологу, любви к каверам и творческим планах

Cosmopolitan
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
Почему нельзя учить мальчиков и девочек отдельно: чем это закончилось в СССР Почему нельзя учить мальчиков и девочек отдельно: чем это закончилось в СССР

Раздельное обучение в СССР

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

С Юрием Васнецовым каждый из нас знаком с детства

Дилетант
Аглая Тарасова Аглая Тарасова

Аглая Тарасова — о любимых городах, людях и эмоциях

Собака.ru
Маленький стартап против гигантов: Kytch может починить ломающиеся машины для мороженого McDonald's — сети это не нужно Маленький стартап против гигантов: Kytch может починить ломающиеся машины для мороженого McDonald's — сети это не нужно

Почему McDonald’s запретили и почти уничтожили Kytch

VC.RU
Что такое техпроцесс: меньше – лучше? Что такое техпроцесс: меньше – лучше?

Что такое техпроцесс, и почему меньше нанометров – это не всегда лучше

CHIP
Что такое ураган? Сильнейшие бури за последние 5 лет Что такое ураган? Сильнейшие бури за последние 5 лет

Рассказываем про ураганы и самые мощные циклоны за последние 5 лет

Популярная механика
Мне бы мяса: 4 лайфхака, как выбрать идеальный стейк в магазине Мне бы мяса: 4 лайфхака, как выбрать идеальный стейк в магазине

Как выбрать лучший кусок мяса для стейка и не прогадать

Playboy
Северное сияние Северное сияние

Современная арктическая кухня базируется продуктах Кольского полуострова

Bones
Путь белого волка Путь белого волка

Булат Рафиков больше двадцати лет кочует по малонаселенным районам Сибири

Отдых в России
«Telegram нужен как независимый проект»: как Дуров пытался найти деньги на мессенджер и запустил рекламу «Telegram нужен как независимый проект»: как Дуров пытался найти деньги на мессенджер и запустил рекламу

О расходах, монетизации и причинах появления «раздражающей» рекламы в Telegram

VC.RU
Как выбрать аромат для дома Как выбрать аромат для дома

Как правильно подобранный аромат помогает справиться со стрессом и хандрой?

Psychologies
Наследница и новая глава империи Zara: кто такая Марта Ортега Перес Наследница и новая глава империи Zara: кто такая Марта Ортега Перес

Марта Ортега Перес, дочь одного из самых богатых людей планеты

РБК
Открыть в приложении