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

Азиатские сообщества в Москве Азиатские сообщества в Москве

Азиатские коммьюнити: быт, страх и надежды их представителей

Правила жизни
«Это меня вымотало, съело, сожрало, выплюнуло, пережевало и заморозило» «Это меня вымотало, съело, сожрало, выплюнуло, пережевало и заморозило»

Иван Янковский о роли Анатолия Карпова в фильме «Чемпион мира»

Weekend
«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
Примесь кислорода помогла электросинтезу аммиака Примесь кислорода помогла электросинтезу аммиака

Химики исследовали влияние кислорода на реакцию получения аммиака

N+1
«Курьеру» Карена Шахназарова — 35 лет. Рассказываем историю одного из главных фильмов перестройки «Курьеру» Карена Шахназарова — 35 лет. Рассказываем историю одного из главных фильмов перестройки

Почему и сегодня «Курьер» смотрится свежо и злободневно?

Esquire
Как носить челку-занавеску родом из 90-х: примеры для вдохновления и советы по укдадке Как носить челку-занавеску родом из 90-х: примеры для вдохновления и советы по укдадке

Субкультуры 90-х в тренде, а вместе с тем и стрижка eBoy с челкой-занавеской

Playboy
До встречи в клубе 2,02 MAX До встречи в клубе 2,02 MAX

История рождения и крушения легенды под названием «Конкорд»

GQ
Non/fiction 23: гид по международной ярмарке интеллектуальной литературы Non/fiction 23: гид по международной ярмарке интеллектуальной литературы

16 книг, которые нельзя пропустить

СНОБ
Анастасия Стоцкая: «Стараюсь из своей жизни исключать любую критику» Анастасия Стоцкая: «Стараюсь из своей жизни исключать любую критику»

Анастасия Стоцкая — о мюзиклах, рок-операх и хейтерах

Караван историй
Три гастросета Владимира Мухина, которые точно стоит попробовать Три гастросета Владимира Мухина, которые точно стоит попробовать

В данный момент чередуются три дегустационных сета

GQ
«Муж заразил меня ВИЧ»: я научилась жить с диагнозом и совершенно счастлива «Муж заразил меня ВИЧ»: я научилась жить с диагнозом и совершенно счастлива

История Анны Тарасовой: как справиться с осознанием, что у тебя ВИЧ

Cosmopolitan
«За антисоветскую агитацию и пропаганду» «За антисоветскую агитацию и пропаганду»

В 1987 году численность политических заключённых в СССР выглядела минимальной

Дилетант
Какова красота: звездные мужчины, которым невероятно идет макияж Какова красота: звездные мужчины, которым невероятно идет макияж

Мужчины в звездной среде более восприимчивы к бьюти-экспериментам

Cosmopolitan
80 м² 80 м²

Смелый дизайн в проекте Дарьи Васильковой и ее бюро Art Group.

AD
Дом с колоннами. Прошлое и будущее челябинского «Молодежного театра» Дом с колоннами. Прошлое и будущее челябинского «Молодежного театра»

Как бывший народный дом превратился в площадку для театральных экспериментов

СНОБ
Искусство оздоровления — как найти путь к себе, отдыхая в Марокко Искусство оздоровления — как найти путь к себе, отдыхая в Марокко

С чего стоит начать путь к себе и как сделать это красиво?

Esquire
«Важно каждые пять лет менять ракурс»: художник Нина Котел о современном искусстве «Важно каждые пять лет менять ракурс»: художник Нина Котел о современном искусстве

Художница Нина Котел — о роли искусства, о свободе и любви

Forbes
Острый момент: 7 ошибок, которые ты допускаешь при бритье зоны бикини Острый момент: 7 ошибок, которые ты допускаешь при бритье зоны бикини

Самые распространенные ошибки, которые ты допускаешь при бритье зоны бикини

Cosmopolitan
5 реальных способов ускорить ваш компьютер 5 реальных способов ускорить ваш компьютер

Сегодня мы рассмотрим несколько реальных способов ускорения работы компьютера

CHIP
Как обеспечить равные возможности всем людям и заработать на этом Как обеспечить равные возможности всем людям и заработать на этом

Вовлечение в экономику людей с ограниченными возможностями

СНОБ
Когда вы на грани: что такое нервный срыв и как с ним справиться Когда вы на грани: что такое нервный срыв и как с ним справиться

Что такое нервный срыв, почему он возникает и как себя проявляет

Forbes
Великое увольнение и тотальное выгорание: главные карьерные тренды 2021 года Великое увольнение и тотальное выгорание: главные карьерные тренды 2021 года

Главные события и тренды 2021 года на рынке труда

Forbes
Из-за чего нас раздражают феминитивы: психологический аспект Из-за чего нас раздражают феминитивы: психологический аспект

Что о феминитивах говорит психология

Psychologies
Вызов принят Вызов принят

Ирина Горбачёва была номинирована дважды: как «Главный герой» и в «Паре года»

OK!
«Имени такого-то». Военный роман «Имени такого-то». Военный роман

Глава из книги «Имени такого-то» Линор Горалик

СНОБ
Как избавиться от черных точек дома: лайфхаки от косметолога Как избавиться от черных точек дома: лайфхаки от косметолога

Одна из самых распространенных проблем с кожей – так называемые черные точки

VOICE
Мир вокруг нас. Зимние птицы Мир вокруг нас. Зимние птицы

Птицы, которые даже зимой не покидают наших лесов, но их почти никто не замечает

4x4 Club
Старомодная женственность — способ (не) похоронить отношения: мнение женщин Старомодная женственность — способ (не) похоронить отношения: мнение женщин

Женственность в мире, где многие больше не хотят следовать стереотипам

Psychologies
5 лучших книг для девочек, женщин и тех, кто о них заботится 5 лучших книг для девочек, женщин и тех, кто о них заботится

Книги: с какими трудностями сталкиваются современные девушки, как их поддержать?

Популярная механика
Температура не сбивалась, сыпь не проходила: я живу с редким заболеванием крови Температура не сбивалась, сыпь не проходила: я живу с редким заболеванием крови

История нашей героини, которой долго не могли поставить диагноз

Cosmopolitan
Открыть в приложении