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 настроить Yandex Pay: понятная инструкция со скриншотами Как настроить Yandex Pay: понятная инструкция со скриншотами

Как добавить карту в Yandex Pay и настроить быстрое оформление заказа?

CHIP
Что такое техпроцесс: меньше – лучше? Что такое техпроцесс: меньше – лучше?

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

CHIP
Как я влюбилась в мошенника Как я влюбилась в мошенника

История читательницы — как она влюбилась и не могла поверить, что её обманывают

Psychologies
Когда жалованье стало зарплатой и кем были стилисты в середине XX века Когда жалованье стало зарплатой и кем были стилисты в середине XX века

Жалованье и зарплата. Перемены в жизни слов

РБК
Вождь итальянского футуризма, эксцентрик и идеолог фашизма: занимательная жизнь Филиппо Томмазо Маринетти Вождь итальянского футуризма, эксцентрик и идеолог фашизма: занимательная жизнь Филиппо Томмазо Маринетти

Филиппо Томмазо Маринетти — поэт-скандалист, вождь итальянского футуризма

Esquire
Почему пора перестать бояться разговоров об онкологии и начать следить за своим здоровьем Почему пора перестать бояться разговоров об онкологии и начать следить за своим здоровьем

Что такое онкология и как она появляется?

GQ
6 неявных признаков друга-нарцисса 6 неявных признаков друга-нарцисса

Многие нарциссы достаточно умны, чтобы хорошо маскироваться

Psychologies
«Чувству меры нас научат Маша и три медведя»: беседа с киберпсихологом «Чувству меры нас научат Маша и три медведя»: беседа с киберпсихологом

Успеваем ли мы адаптироваться к цифровой среде? Меняемся или остаемся собой?

Psychologies
Adobe Flash Player больше нет: чем его заменить Adobe Flash Player больше нет: чем его заменить

Чем же теперь пользоваться после отказа Adobe от Flash Player?

Популярная механика
Автомобили и дома: 7 полноразмерных конструкций из LEGO Автомобили и дома: 7 полноразмерных конструкций из LEGO

Если вы думаете, что LEGO – это игрушка, вы ошибаетесь!

Популярная механика
Наталья Рудова: «Мужчина должен проявлять инициативу» Наталья Рудова: «Мужчина должен проявлять инициативу»

Актриса рассказала о фильме «Свингеры», секретах красоты и хейтерах

Cosmopolitan
Если дома холодно: 5 оптимальных типов обогревателей для разных ситуаций Если дома холодно: 5 оптимальных типов обогревателей для разных ситуаций

Какой из обогревателей лучше выбрать? Изучаем на примере разных условий

CHIP
Дикие повадки: чем человек отличается от шимпанзе Дикие повадки: чем человек отличается от шимпанзе

Чем на самом деле человек отличается от шимпанзе?

Популярная механика
Машинный перевод Google Neural Machine Translation Машинный перевод Google Neural Machine Translation

О новой нейросети Google - Google Neural Machine Translation

Популярная механика
УАЗ «Патриот». Каково это, жить с автоматом УАЗ «Патриот». Каково это, жить с автоматом

Поставить на «Патриот» автоматическую трансмиссию просили многие

4x4 Club
Фотоионизация молекулы через резонанс формы потребовала более точной теории Фотоионизация молекулы через резонанс формы потребовала более точной теории

Физики применили технику реконструкции аттосекундных биений

N+1
Антония Сьюзен Байетт: «Дева в саду» Антония Сьюзен Байетт: «Дева в саду»

Отрывок из романа, ставшего первой частью тетралогии «Квартета Фредерики»

СНОБ
10 лучших книг по психологии по мнению эксперта 10 лучших книг по психологии по мнению эксперта

Эти книги помогут вам разобраться в устройстве психики и понять свои эмоции

РБК
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
Большой взрыв и внеземная жизнь: зачем запущен самый большой орбитальный телескоп Большой взрыв и внеземная жизнь: зачем запущен самый большой орбитальный телескоп

На орбиту отправился космический телескоп «Джеймс Уэбб»

Forbes
Это старит! 5 ошибок в макияже, придающих возраст — предупреждает визажист Это старит! 5 ошибок в макияже, придающих возраст — предупреждает визажист

О приемах макияжа, которые вместо того чтобы украсить, накинут тебе 5-10 лет

VOICE
Взять под контроль: что такое селфхарм и почему люди причиняют себе боль Взять под контроль: что такое селфхарм и почему люди причиняют себе боль

Когда самоповреждающее поведение может маскироваться под норму?

Forbes
Умер Дмитрий Зимин. Вспоминаем его высказывания о патриотизме, власти и молодежи Умер Дмитрий Зимин. Вспоминаем его высказывания о патриотизме, власти и молодежи

Цитаты Дмитрия Зимина, основатель компании «Вымпелком»

СНОБ
Киногид эмигранта Киногид эмигранта

Уезжать и не бояться

GQ
Шапендуа Шапендуа

Шапендуа — собака, которой предписано быть немытой и нестриженой

Weekend
Мы не подходим друг другу: как вежливо отказать потенциальному работодателю Мы не подходим друг другу: как вежливо отказать потенциальному работодателю

Как правильно и корректно отказать работодателю в предложении работы

Forbes
Кто есть я: 6 увлекательных книг о том, как устроены люди Кто есть я: 6 увлекательных книг о том, как устроены люди

Нескучные научно-популярные книги о человеческой анатомии и физиологии

Популярная механика
Клуб веселых и низвергнутых: как КВН стал социальным лифтом и почему перестал им быть Клуб веселых и низвергнутых: как КВН стал социальным лифтом и почему перестал им быть

"КВН уже не тот". Разбираемся, так ли это на самом деле и почему

Esquire
Сокращение населения Китая: как падает рождаемость, какие прогнозы Сокращение населения Китая: как падает рождаемость, какие прогнозы

Рассказываем о причинах сокращения населения Китая и о тенденциях этого процесса

ТехИнсайдер
Изотопы свинца в белилах картин голландских художников указали на смену сырья Изотопы свинца в белилах картин голландских художников указали на смену сырья

Ученые провели изотопный анализ белил в картинах голландских художников

N+1
Открыть в приложении