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

Лучшие лайфхаки для дома и не только: 7 удивительных применений суперклея Лучшие лайфхаки для дома и не только: 7 удивительных применений суперклея

Некоторые лайфхаки могут показаться вам странными, однако они правда работают!

ТехИнсайдер
«Черному зеркалу» — 10 лет. Рассказываем, какие эпизоды сериала воплотились в реальность «Черному зеркалу» — 10 лет. Рассказываем, какие эпизоды сериала воплотились в реальность

Истории из «Черного зеркала», которые казались фантастикой, но стали реальностью

Esquire
Автор подкаста Автор подкаста

Секс с близнецами — предельная фантазия или рецепт неудачи?

Playboy
Состояние непокоя Состояние непокоя

Юлия Пересильд знает: люди летают, а наша планета — маленькая и хрупкая

GQ
Этика wow-опыта Этика wow-опыта

Приоткрываем дверь в мир закрытых секс-вечеринок

Playboy
Конский хвост XXL: 12 крутых вариантов самой модной прически сезона Конский хвост XXL: 12 крутых вариантов самой модной прически сезона

Одна из самых модных причесок сезона — конский хвост XXL

Cosmopolitan
«Не смотрите наверх»: как Леонардо ДиКаприо и Дженифер Лоуренс спасают мир и фильм «Не смотрите наверх»: как Леонардо ДиКаприо и Дженифер Лоуренс спасают мир и фильм

«Не смотрите наверх» — политическая сатира о конце света

Forbes
«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
«Настоящий Индиана Джонс из Индианы»: американец за полвека собрал у себя дома целый «музей» древних артефактов. ФБР нашло у него останки 500 человек «Настоящий Индиана Джонс из Индианы»: американец за полвека собрал у себя дома целый «музей» древних артефактов. ФБР нашло у него останки 500 человек

Дон Миллер — коллекционер древностей из Индианы, которого искал отдел ФБР

Esquire
Актриса Нелли Уварова: Самое главное в жизни — не тратить энергию на то, чтобы кому-то что-то доказать Актриса Нелли Уварова: Самое главное в жизни — не тратить энергию на то, чтобы кому-то что-то доказать

Нелли Уварова — о роли танцев в её жизни и благотворительности

СНОБ
Расчет идеального веса: 3 научных метода Расчет идеального веса: 3 научных метода

Чем грозит избыточная масса тела, какими методиками пользуются при подсчете веса

РБК
«Для ветеранов виртуальной реальности это более глянцевый клон VRChat»: первые отзывы о метавселенной Horizon Worlds «Для ветеранов виртуальной реальности это более глянцевый клон VRChat»: первые отзывы о метавселенной Horizon Worlds

Журналисты называют платформу смесью из Roblox и VRCha

VC.RU
Аресты, обыски и «дворец Путина»: главные события года для российских миллиардеров Аресты, обыски и «дворец Путина»: главные события года для российских миллиардеров

О ком из российских миллиардеров писала отечественная пресса в 2021 году

Forbes
Самый странный бал: месть императрицы Марии Федоровны австрийскому двору Самый странный бал: месть императрицы Марии Федоровны австрийскому двору

Этот бал был местью за обиду, нанесенную бывшей принцессе

Cosmopolitan
Как закрыть гештальт, если программа зависла: инструкция по новогодней перезагрузке Как закрыть гештальт, если программа зависла: инструкция по новогодней перезагрузке

Что такое гештальт и на какие кнопки мозга нажимать, чтобы его закрыть

Playboy
Подарок из Мессины Подарок из Мессины

В эрмитажной коллекции хранится много документальных экспонатов прошлых веков

Дилетант
Издают ли северные сияния звуки, которые мы можем услышать? Ответ не так прост Издают ли северные сияния звуки, которые мы можем услышать? Ответ не так прост

Почему люди говорят, что северное сияние «свистит»?

Популярная механика
Заархивировать интернет, чтобы помочь студентам, журналистам и исследователям: зачем создавался сервис Wayback Machine Заархивировать интернет, чтобы помочь студентам, журналистам и исследователям: зачем создавался сервис Wayback Machine

Зачем Брюстер Кейл придумал сервис, чтобы сохранять веб-страницы

VC.RU
Как душе угодно Как душе угодно

Спасение утопающих в сезонной хандре больше не дело рук самих утопающих

Harper's Bazaar
Мои любимые «мышки» Мои любимые «мышки»

Летучие мыши — вовсе не мыши с крыльями

Наука и жизнь
Козыри разведчика: как принимать решения по методике британских спецслужб Козыри разведчика: как принимать решения по методике британских спецслужб

Отрывок из книги «Прицельное мышление» о главном навыке разведчика

Forbes
49 м² 49 м²

Квартира с панорамным видом на Серебряный Бор

AD
Аглая Тарасова Аглая Тарасова

Аглая Тарасова — о любимых городах, людях и эмоциях

Собака.ru
Первую многоножку с более чем тысячью ног назвали в честь Персефоны Первую многоножку с более чем тысячью ног назвали в честь Персефоны

Многоножка с более, чем тысячью ног, обитает под землей в Западной Австралии

N+1
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
Почему Фрида Кало рисовала только себя? Почему Фрида Кало рисовала только себя?

Мексиканская художница Фриада Кало была одной из самых ярких женщин ХХ века

Cosmopolitan
15 неочевидных знаков природы, что грядет жуть 15 неочевидных знаков природы, что грядет жуть

Иногда небо, животные, море изо всех сил намекают тебе, что надо спасаться

Maxim
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
69 м² 69 м²

В интерьере заказчика Мария Амелина поселила Спайдермена

AD
90 м² 90 м²

Собственная квартира Марии и Павла Ивановых из FullHouseDesign

AD
Открыть в приложении