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

Бозон Хиггса — 10 лет спустя Бозон Хиггса — 10 лет спустя

Бозон Хиггса может стать ключом к решению некоторых основных проблем в физике

Наука и жизнь
Редкие фото юной Дэрил Ханны — прекрасной и опасной «медсестры» из «Убить Билла» Редкие фото юной Дэрил Ханны — прекрасной и опасной «медсестры» из «Убить Билла»

Дэрил Ханна вечно юна, длиннонога и прекрасна!

Maxim
По следам Арсеньева По следам Арсеньева

Приморские трэвел-журналисты повторили части двух экспедиций Владимира Арсеньева

Отдых в России
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
Мама, я инвестор! Инструкция по работе со стартапами Мама, я инвестор! Инструкция по работе со стартапами

Как стать частью венчурной индустрии с нуля

Inc.
Чек-лист удачного развода Чек-лист удачного развода

Снижаем градус нервного напряжения во время развода

GQ
Все важное и архиважное о фильме «Ассе» Все важное и архиважное о фильме «Ассе»

С нами остались лучшие фильмы Соловьева, они теперь выглядят еще более особенно

Maxim
Как сменить профессию и не пожалеть об этом. 3 совета от хедхантера Алены Владимирской Как сменить профессию и не пожалеть об этом. 3 совета от хедхантера Алены Владимирской

Как найти новую специальность?

СНОБ
Аглая Тарасова Аглая Тарасова

Аглая Тарасова — о любимых городах, людях и эмоциях

Собака.ru
«У сильных желаний нет обстоятельств». Как люди с ограниченными возможностями исполняют свои мечты «У сильных желаний нет обстоятельств». Как люди с ограниченными возможностями исполняют свои мечты

Что помогает людям с ограниченными возможностями добиваться желаемого

СНОБ
5 самых дорогих разводов миллиардеров в истории 5 самых дорогих разводов миллиардеров в истории

Какие миллиардеры при разводе расстались со значительными активами

Forbes
Страсть, родословная и бизнес: каким получился «Дом Gucci» Ридли Скотта Страсть, родословная и бизнес: каким получился «Дом Gucci» Ридли Скотта

Как фильм «Дом Gucci» раскрывает проблемы классовых привилегий, бизнеса, гендера

РБК
Инвазивных мартышек уличили в разорении гнезд вымирающих дроздов Инвазивных мартышек уличили в разорении гнезд вымирающих дроздов

Мартышки мона разоряли фальшивые гнезда дроздов и интересовались настоящим

N+1
Страсти по обжарке: как кофейня из Петербурга пережила пандемию и помогла пенсионерам Страсти по обжарке: как кофейня из Петербурга пережила пандемию и помогла пенсионерам

Основательница Pitcher вошла в шорт-лист премии Forbes Woman Mercury Awards

Forbes
Трагические судьбы известных моделей: жуткие убийства и загадочные исчезновения Трагические судьбы известных моделей: жуткие убийства и загадочные исчезновения

Вспоминаем самые жуткие истории из жизни моделей

VOICE
7 привычек, которые делают месячные еще мучительнее, чем они есть 7 привычек, которые делают месячные еще мучительнее, чем они есть

Некоторые привычки могут повлиять на тяжесть и интенсивность месячных

Cosmopolitan
3 мифа о теории привязанности 3 мифа о теории привязанности

Стиль привязанности очень сильно влияет на нашу личность и на отношения

Psychologies
Всё о ВИЧ и СПИД: 8 вопросов эксперту Всё о ВИЧ и СПИД: 8 вопросов эксперту

Как защититься от ВИЧ, что делать, если произошел контакт и можно ли вылечиться?

РБК
Подмосковье как прослойка между жизнью и смертью — фрагмент книги «Тень» Ивана Филиппова Подмосковье как прослойка между жизнью и смертью — фрагмент книги «Тень» Ивана Филиппова

«Тень» — произведение на грани детектива, триллера и фэнтезийного романа

Esquire
Берлин, 22 июня… Берлин, 22 июня…

В тот день футбол интересовал немцев больше, чем сообщения о военных действиях

Дилетант
7 советов по подготовке собаки к зиме 7 советов по подготовке собаки к зиме

Собак тоже нужно защитить от холода и реагентов на тротуаре!

Maxim
Впечатлила «Игра в кальмара»? Лучшие южнокорейские фильмы с высоким рейтингом Впечатлила «Игра в кальмара»? Лучшие южнокорейские фильмы с высоким рейтингом

Южная Корея и правда подарила нам довольно много отличных фильмов и сериалов

Cosmopolitan
«Золотые аферистки»: традиции брака в Иране и как девушки на них зарабатывают «Золотые аферистки»: традиции брака в Иране и как девушки на них зарабатывают

Блогерка Кристина Бошчех — о тонкостях иранского менталитета

Cosmopolitan
Исчезновение языков связали с высоким уровнем образования и строительством дорог Исчезновение языков связали с высоким уровнем образования и строительством дорог

Хорошее образование и плотность дорожных сетей связали с исчезновением языков

N+1
65 м² 65 м²

Дизайн квартиры от BHD Studio начался с большой яркой картины

AD
Можем ли мы деградировать обратно в обезьян? Можем ли мы деградировать обратно в обезьян?

Может ли очень старый человек однажды превратиться в обезьяну?

Популярная механика
Что такое выученная беспомощность и как от нее избавиться Что такое выученная беспомощность и как от нее избавиться

Когда возникает выученная беспомощность и как себе помочь?

РБК
Жасмин: «Я никогда не беру работу в Новый год» Жасмин: «Я никогда не беру работу в Новый год»

Певица подвела итоги года и рассказала о своем участии в новогоднем мюзикле

Cosmopolitan
Неприличные удовольствия приличных людей Неприличные удовольствия приличных людей

Любимые произведения Джейн Остен, Льва Толстого, Стэнли Кубрика и других

Weekend
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
Открыть в приложении