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

Как безумный Майк Хьюз отправился за славой и погиб Как безумный Майк Хьюз отправился за славой и погиб

Пустыня Мохаве что-то шептала в темноте, пока Безумный Майк готовился к полету

Популярная механика
Как мы живем на 146 тысяч в месяц: история семьи из Санкт-Петербурга Как мы живем на 146 тысяч в месяц: история семьи из Санкт-Петербурга

Как живет семья Лилит из шести человек, в которой работают только двое

Cosmopolitan
Берлин, 22 июня… Берлин, 22 июня…

В тот день футбол интересовал немцев больше, чем сообщения о военных действиях

Дилетант
Самые популярные янгтаймеры в России Самые популярные янгтаймеры в России

Подборка самых популярны янгтаймеров — автомобилей 70–90-х годов прошлого века

Популярная механика
Даже если во всей технике будут одинаковые зарядки, бардак останется: почему «единый стандарт» USB-С не совсем единый Даже если во всей технике будут одинаковые зарядки, бардак останется: почему «единый стандарт» USB-С не совсем единый

Но даже у одинаковых внешне проводов могут быть разные характеристики

VC.RU
Труды и дни принцессы Уэльской: почему Диана до сих пор остается кумиром в Британии Труды и дни принцессы Уэльской: почему Диана до сих пор остается кумиром в Британии

Почему Диана до сих пор остается образцом инфлюенс-маркетинга в социальной сфере

Forbes
Российские физики собрали кукварты из ионов Российские физики собрали кукварты из ионов

Ученые научились более эффективно использовать ионы квантового вычислителя

N+1
Снять порчу с глаз Снять порчу с глаз

Как заботиться о своем зрении во времена, когда мы окружены свечением экранов

Men’s Health
Бритни Спирс Бритни Спирс

Правила жизни Бритни Спирс

Esquire
Цепная реакция, или ветви одного открытия Цепная реакция, или ветви одного открытия

Судьба научной школы Николая Николаевича Семёнова

Наука и жизнь
УАЗ «Патриот». Каково это, жить с автоматом УАЗ «Патриот». Каково это, жить с автоматом

Поставить на «Патриот» автоматическую трансмиссию просили многие

4x4 Club
Мембрана с сосудообразными порами оказалась эффективным добытчиком урана из воды Мембрана с сосудообразными порами оказалась эффективным добытчиком урана из воды

Китайские химики разработали мембрану для экстракции урана из воды

N+1
Аглая Тарасова Аглая Тарасова

Аглая Тарасова — о любимых городах, людях и эмоциях

Собака.ru
Времени хватит Времени хватит

Лучшие бьюти-процедуры «на выход»

Добрые советы
Польза и вред мандаринов для здоровья: советы врача Польза и вред мандаринов для здоровья: советы врача

Разбираемся, чем могут быть полезны мандарины

РБК
Farus Beta: спорткар, который не знал конкурентов Farus Beta: спорткар, который не знал конкурентов

Farus Beta — необычный спорткар из Бразилии

Популярная механика
На Большом адронном коллайдере впервые измерили время жизни бозона Хиггса На Большом адронном коллайдере впервые измерили время жизни бозона Хиггса

Время жизни бозона Хиггса совпало с предсказанием Стандартной модели

N+1
Портрет новой российской науки: Мария Назарова — нейробиолог, управляющая нейронами на расстоянии Портрет новой российской науки: Мария Назарова — нейробиолог, управляющая нейронами на расстоянии

Нейробиолог Мария Назарова: мы еще так мало знаем о мозге

Esquire
«Город — это не здания, город — это люди»: кто живет в подсознании Москвы «Город — это не здания, город — это люди»: кто живет в подсознании Москвы

Отрывок из книги «Тень» — о том, как полицейский попадает в потусторонний мир

Forbes
Как выбрать аромат для дома Как выбрать аромат для дома

Как правильно подобранный аромат помогает справиться со стрессом и хандрой?

Psychologies
Инвазивных мартышек уличили в разорении гнезд вымирающих дроздов Инвазивных мартышек уличили в разорении гнезд вымирающих дроздов

Мартышки мона разоряли фальшивые гнезда дроздов и интересовались настоящим

N+1
Чем короче юбка — тем меньше счет: 5 заведений, которые предлагают необычные скидки Чем короче юбка — тем меньше счет: 5 заведений, которые предлагают необычные скидки

Гении ресторанного креатива

Playboy
«Теория разбитых окон» в здравоохранении: как порядок влияет на эффективность лечения «Теория разбитых окон» в здравоохранении: как порядок влияет на эффективность лечения

Как хаос влияет на здравоохранение и причем здесь теория разбитых окон

Inc.
Экологически чистое зазеркальное молоко Экологически чистое зазеркальное молоко

Макмиллан предложил название новому виду катализа — органокатализ

Наука и жизнь
«Сначала лучше, потом дешевле. Сначала доходы, потом расходы» «Сначала лучше, потом дешевле. Сначала доходы, потом расходы»

Интервью руководителя ВТБ Private Banking Дмитрия Брейтенбихера

Forbes
«Подкаст — это интимная история». Алекс Дубас о феномене «анны аТмаховой» и подкастинге вообще «Подкаст — это интимная история». Алекс Дубас о феномене «анны аТмаховой» и подкастинге вообще

Радиоведущий Алексей Дубасов — о новой этике, жизни радио в эру подкастов

СНОБ
Дальневосточная кухня Дальневосточная кухня

Кухня Дальневосточного края — интересный и неоднозначный феномен

Bones
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
Учёные обнаружили, что за нашими тёмными и негативными мыслями скрывается вполне измеримый фактор Учёные обнаружили, что за нашими тёмными и негативными мыслями скрывается вполне измеримый фактор

Тёмный фактор личности — что это такое и как он влияет на нас?

Популярная механика
3 эффективных способа отказаться от вредных привычек 3 эффективных способа отказаться от вредных привычек

Какие факторы влияют на формирование полезных привычек?

Inc.
Открыть в приложении