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 вы яхту назовёте... Как вы яхту назовёте...

Тест-драйв внедорожника Tank 300 в Хакасии

Robb Report
В плену антиутопий В плену антиутопий

Настоящая битва экосистем развернулась между «Яндексом» и «Сбером»

Forbes
Влияние глобального потепления на окраску зайцев-беляков Влияние глобального потепления на окраску зайцев-беляков

Давайте разбираться, как заяц-беляк переносит зиму в условиях изменения климата

Популярная механика
В. И. Ленин у карты ГОЭЛРО В. И. Ленин у карты ГОЭЛРО

Картина принадлежит кисти украинского живописца Леонида Шматько

Дилетант
Природный этюд Природный этюд

Студия INRE превратила типовой дом в коттеджном посёлке в современную резиденцию

SALON-Interior
Хобби-терапия Хобби-терапия

Как хобби помогают восполнить внутреннюю энергию?

Добрые советы
«Распад Советского Союза был для американцев полным шоком» «Распад Советского Союза был для американцев полным шоком»

СССР развалил Запад или структурные проблемы самой советской системы?

Эксперт
3 главных ошибки на первом свидании 3 главных ошибки на первом свидании

Что ты делаешь не так на первом свидании, с точки зрения девушек и психологов?

Maxim
Дорога в историю Дорога в историю

Туристический маршрут по подлинной истории: Талицы – Мураново – Радонеж

Отдых в России
Адриен и Клэр Адриен и Клэр

Художники Адриен Мондо и Клэр Барден — о творчестве в паре и будущем

Seasons of life
Ошибка Google Play: как исправить проблему Ошибка Google Play: как исправить проблему

Как избавиться от ошибки Google Play без особых усилий

CHIP
Почему дергается глаз и что с этим делать? Почему дергается глаз и что с этим делать?

Как избавиться от нервного тика глаз и когда пора бить тревогу?

РБК
Полюбите нас тепленькими Полюбите нас тепленькими

Максим Семеляк о том, как новая чувствительность отменила стыдное

Weekend
По ту сторону: городские легенды, которую помогут понять Россию По ту сторону: городские легенды, которую помогут понять Россию

Городской фольклор таит в себе многое, о чем умалчивают официальные гиды

Esquire
Каменная дубрава Каменная дубрава

Откуда у тревел-фотографов и блогеров такой интерес к бухте Дубовая?

Отдых в России
Сэндвич-увлажнение: что это за бьюти-техника и почему к ней стоит присмотреться Сэндвич-увлажнение: что это за бьюти-техника и почему к ней стоит присмотреться

Разбираем еще один модный бьюти-термин — сэндвич-увлажнение

Cosmopolitan
Сергей Рулев: «Я не диктую публике вкусы, это слишком высокомерно» Сергей Рулев: «Я не диктую публике вкусы, это слишком высокомерно»

Сергей Рулев — бренд-шеф-кондитер по разработке концептуальных десертов

Bones
Эвакуатор для своих: бармен из Санкт-Петербурга придумал как заработать, когда закрыли общепит Эвакуатор для своих: бармен из Санкт-Петербурга придумал как заработать, когда закрыли общепит

Как бармен переоборудовал грузовик и стал частным эвакуатором

VC.RU
Zoom, Discord или Microsoft Teams? Плюсы и минусы популярных программ для видеоконференций Zoom, Discord или Microsoft Teams? Плюсы и минусы популярных программ для видеоконференций

5 программ, которые помогут тебе поддерживать связь с коллегами

Maxim
Что такое акклиматизация, в чем она проявляется и как ее облегчить Что такое акклиматизация, в чем она проявляется и как ее облегчить

Как справиться с акклиматизацией в различных условиях и можно ли избежать ее

РБК
Как получать удовольствие от неприятных дел? Читаем книгу «Без усилий» Как получать удовольствие от неприятных дел? Читаем книгу «Без усилий»

Зачем мучиться, занимаясь важными делами, если можно ими наслаждаться

РБК
Разгадали знак «бесконечность» Разгадали знак «бесконечность»

Что поможет нам оставаться молодыми и каковы наши шансы на бессмертие?

Vogue
Невиновный отсидел 16 лет за изнасилование, и «жертва» извинилась — вся история Невиновный отсидел 16 лет за изнасилование, и «жертва» извинилась — вся история

История Энтони Бродуотера — яркий пример ошибок судебного процесса

Cosmopolitan
Что такое либидо и как его повысить Что такое либидо и как его повысить

Вокруг понятия либидо почти всегда возникают споры

РБК
Археологи нашли на Дону тройное погребение в заброшенном колодце Археологи нашли на Дону тройное погребение в заброшенном колодце

Погребение сделали носители скифоидной культуры в IV–III веках до нашей эры

N+1
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
Суперсемейка Суперсемейка

Men's Health выяснил рецепт счастья у Алексея Столярова и Ксении Шойгу

Men’s Health
Уберут прыщи, починят цикл: 10 классных «побочек» противозачаточных таблеток Уберут прыщи, починят цикл: 10 классных «побочек» противозачаточных таблеток

Какие проблемы могут решить противозачаточные таблетки?

Cosmopolitan
Торговое оборудование Торговое оборудование

Как друзья из Ростова-на-Дону создали соцсеть для трейдеров стоимостью $3 млрд

Forbes
Для чего нужен витамин А: комментарии врача Для чего нужен витамин А: комментарии врача

Зачем и кому нужен витамин А?

РБК
Открыть в приложении