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

Семейные ценности Семейные ценности

Что случилось с наследием Виктора Вазарели?

Robb Report
Активная позиция Активная позиция

Секс по правилам – твоим, конечно

Cosmopolitan
Открытие сезона Открытие сезона

Зарина Догузова, руководитель Ростуризма, посетила с рабочим визитом Кузбасс

Отдых в России
«Новые технологии стерли былые социальные перегородки» «Новые технологии стерли былые социальные перегородки»

Пятерка главных «гуманитарных» трендов, изменивших мир за 15 лет

РБК
Разгадка обратной стороны Луны Разгадка обратной стороны Луны

Факты об обратной стороне Луны, вид которой долгое время был загадкой для ученых

Популярная механика
Женские потребности и хрупкое мужское эго. Приведет ли равноправие к исчезновению секса Женские потребности и хрупкое мужское эго. Приведет ли равноправие к исчезновению секса

Приведет ли равенство полов к исчезновению секса

СНОБ
Читать подано: лучшие книги 2021 года Читать подано: лучшие книги 2021 года

Подборка самых крутых литературных премьер 2021 года

Популярная механика
Шесть «что будет, если...?», на которые должен ответить стартап Шесть «что будет, если...?», на которые должен ответить стартап

Что будет, если проект не зайдет или кончатся деньги?

Inc.
Российские археологи представили три античных клада пантикапейкских монет из Крыма Российские археологи представили три античных клада пантикапейкских монет из Крыма

В распоряжении ученых оказались 96 монет и серебряные женские серьги

N+1
От чтения мыслей до вторжения во сны: зачем исследуют сознание и чем это грозит От чтения мыслей до вторжения во сны: зачем исследуют сознание и чем это грозит

Учёные научились считывать структуру фраз и даже визуальные образы из мыслей

VC.RU
Живые и искусственные ёлки: какие вредят экологии больше и что с ними делать после Нового года Живые и искусственные ёлки: какие вредят экологии больше и что с ними делать после Нового года

Как сказываются на окружающей среде искусственные и живые ёлки?

VC.RU
Полюбите нас тепленькими Полюбите нас тепленькими

Максим Семеляк о том, как новая чувствительность отменила стыдное

Weekend
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
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
Перестают спать и умирают: ужасная болезнь, которую не умеют лечить Перестают спать и умирают: ужасная болезнь, которую не умеют лечить

Симптомы заболевания кошмарны, лечения от нее нет, а прогноз неутешителен

Cosmopolitan
Анна Виленская Анна Виленская

Анна Виленская — автор нескучных лекций о музыке

Собака.ru
Черви выбрали пищевое поведение с помощью простой нейронной цепи Черви выбрали пищевое поведение с помощью простой нейронной цепи

Нематоды выбрали между подвижностью и оседлостью по запаху еды

N+1
Мумию Аменхотепа I впервые изучили с помощью компьютерной томографии Мумию Аменхотепа I впервые изучили с помощью компьютерной томографии

Египтологи обнаружили, что древние грабители гробниц оторвали ему голову

N+1
Семен Файбисович. Не такой, как надо Семен Файбисович. Не такой, как надо

Семен Файбисович принадлежит к современному искусству, но всегда сам по себе

Караван историй
Праздник вкуса Праздник вкуса

Как выбирать продукты для новогоднего стола

Лиза
Жилой мэтр Жилой мэтр

Мельников и Ле Корбюзье: что было общего и разного у именитых архитекторов?

Seasons of life
Маски сброшены: как музеи восстанавливают шедевры с помощью новых технологий Маски сброшены: как музеи восстанавливают шедевры с помощью новых технологий

Последние технологии для атрибуции, диагностики и реставрации шедевров

Forbes
Расплата для разлучниц: судьба советских актрис, которые увели чужих мужей Расплата для разлучниц: судьба советских актрис, которые увели чужих мужей

Опыт знаменитых советских актрис, которые увели чужих мужей

Cosmopolitan
Читай по губам: что форма губ говорит о твоем характере Читай по губам: что форма губ говорит о твоем характере

Как же вычислить характер человека по форме губ

VOICE
3:0 в вашу пользу 3:0 в вашу пользу

Славный путь от смутных 90-х до наших по-спортивному подтянутых дней

Men’s Health
На месте ядерных катастроф принято высаживать подсолнухи. Но зачем? На месте ядерных катастроф принято высаживать подсолнухи. Но зачем?

Как подсолнухи помогают собирать радиацию?

Популярная механика
Богатство выбора: что не так с новым исследованием неравенства в мире и в России Богатство выбора: что не так с новым исследованием неравенства в мире и в России

Обновленная база данных о ситуации с неравенством в современном мире

Forbes
Вызываем грузчиков: 8 признаков, что вам пора съехаться Вызываем грузчиков: 8 признаков, что вам пора съехаться

Когда же наступает время съезжаться?

Cosmopolitan
Заграница нас научит Заграница нас научит

Обучение поварской науке за рубежом стало в последние годы настоящим трендом

Bones
7 самых эффектных спутниковых фотографий Земли 7 самых эффектных спутниковых фотографий Земли

Наша планета выглядит эффектнее с высоты спутников

Популярная механика
Открыть в приложении