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

5 способов найти применения старым гаджетам: они вам пригодятся 5 способов найти применения старым гаджетам: они вам пригодятся

Мы знаем лучшее применение устаревших гаджетов

Популярная механика
Археологи впервые нашли в Британии останки распятого римлянами человека Археологи впервые нашли в Британии останки распятого римлянами человека

Археологи раскопали недалеко от Кембриджа римское поселение и пять некрополей

N+1
Энергетика Энергетика

Атомный век научил людей бояться атома

Esquire
Стадию 14 дней назвали необязательной для развития зародышей человека in vitro Стадию 14 дней назвали необязательной для развития зародышей человека in vitro

«Стадия 14 дней» на самом деле необязательна для развития эмбриона человека

N+1
Как убрать морщины у глаз при помощи массажа: честный эксперимент Cosmo Как убрать морщины у глаз при помощи массажа: честный эксперимент Cosmo

Действительно ли массаж может творить чудеса?

Cosmopolitan
Мне под кожу запустить: что такое биоревитализация и для чего она нужна Мне под кожу запустить: что такое биоревитализация и для чего она нужна

Все о процедуре, которая помогает сделать кожу увлажненной и вернуть упругость

РБК
«Перестаньте жалеть тех, кто об этом не просил»: как я живу с одной рукой «Перестаньте жалеть тех, кто об этом не просил»: как я живу с одной рукой

Меня зовут Александра Вяткина и у меня с рождения отсутствует одна рука

Cosmopolitan
Меган Маркл целовалась в губы с красавчиком Кристофером перед встречей с Гарри Меган Маркл целовалась в губы с красавчиком Кристофером перед встречей с Гарри

Меган Маркл до встречи с принцем Гарри снялась в легкомысленной комедии

Cosmopolitan
Почему нельзя учить мальчиков и девочек отдельно: чем это закончилось в СССР Почему нельзя учить мальчиков и девочек отдельно: чем это закончилось в СССР

Раздельное обучение в СССР

Cosmopolitan
5 способов удержать ценного сотрудника, который решил уволиться 5 способов удержать ценного сотрудника, который решил уволиться

Что делать руководителю, у которого ценный сотрудник задумался об уходе?

Inc.
Время Близнецов. Зимнее небо Время Близнецов. Зимнее небо

Созвездие Близнецов — самое северное зодиакальное созвездие

Наука и жизнь
Картошка — плод разврата, или пошлые и странные легенды старообрядцев Картошка — плод разврата, или пошлые и странные легенды старообрядцев

Кто такие старообрядцы, почему некоторые из них не едят конину?

Playboy
Объятия, унижения, игнор: как вели себя звезды, увидевшись впервые после развода Объятия, унижения, игнор: как вели себя звезды, увидевшись впервые после развода

Какая она — звездная встреча после развода?

Cosmopolitan
Топ самых лучших новогодних и рождественских фильмов на все времена Топ самых лучших новогодних и рождественских фильмов на все времена

Небольшой список самых популярных новогодних фильмов и мультфильмов

Популярная механика
Культурные коды экономики: как изменить национальные особенности, не теряя лицо Культурные коды экономики: как изменить национальные особенности, не теряя лицо

Можно ли так изменить культуру, чтобы не повредить национальную идентичность?

Forbes
«Звук поставим на всю»: что делать, если рядом слушают музыку без наушников «Звук поставим на всю»: что делать, если рядом слушают музыку без наушников

Стоит ли что-то делать, если рядом слишком громко слушают музыку?

Psychologies
7 веселых активити-игр для компании друзей на Новый Год 7 веселых активити-игр для компании друзей на Новый Год

Помнишь самые дурацкие конкурсы на свадьбах и юбилеях маминых подруг?

Playboy
Регион как преимущество Регион как преимущество

Вы приехали в гости? Извольте пробовать локальные блюда и оценить нашу кухню

Bones
Директор фонда «Дети Наши» — Forbes: «НКО и бизнес друг друга опыляют» Директор фонда «Дети Наши» — Forbes: «НКО и бизнес друг друга опыляют»

Варвара Пензова рассказывает, как подружить бизнес с благотворительностью

Forbes
Скифы-земледельцы похоронили умерших в бескурганных могилах Скифы-земледельцы похоронили умерших в бескурганных могилах

Археолог исследовал Ксизовский могильник, расположенный в Липецкой области

N+1
Мотор кухни Мотор кухни

Кто стоит за успешным шефом?

Bones
Число Гуччи Число Гуччи

История семьи и бренда Гуччи в метрах, сыновьях, тюремных сроках и киллерах

Weekend
Полюбить эпик фейлы: как сделать ошибку лучшим другом на пути к успеху Полюбить эпик фейлы: как сделать ошибку лучшим другом на пути к успеху

Страх — это всего лишь эмоция, но она может стать серьезным препятствием

Cosmopolitan
«Я шагаю по Сансет-бульвару». Каким получился дебютный роман Тарантино «Я шагаю по Сансет-бульвару». Каким получился дебютный роман Тарантино

Размышляем о кинематографическом наследии и литературном дебюте Тарантино

РБК
Глазами робота: что такое Глазами робота: что такое

Раздел робототехники, который позволяет роботам эффективнее работать

Популярная механика
35 м² 35 м²

Бетонная квартира основателя студии Geometrium Алексея Иванова

AD
Кормилец Енисей Кормилец Енисей

Тур по Красноярскому краю, Республикам Хакасия и Тыва

Отдых в России
17 фильмов про суровую зиму и смерть во льдах 17 фильмов про суровую зиму и смерть во льдах

Если ты вдруг не знаешь, что посмотреть про холодную зиму

Maxim
Любимые автобусы страны Советов Любимые автобусы страны Советов

Самые родные автобусы времен СССР

Maxim
«Представляю секс с рабочим»: о чем говорят женские сексуальные фантазии «Представляю секс с рабочим»: о чем говорят женские сексуальные фантазии

Сексолог расшифровывает фантазии читательниц и объясняет, как их можно воплотить

Psychologies
Открыть в приложении