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 мифов о космосе на большом экране: какие абсурдные киноляпы замечают космонавты 5 мифов о космосе на большом экране: какие абсурдные киноляпы замечают космонавты

Какие несостыковки в фильмах о космосе космонавты замечают чаще всего

Популярная механика
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
ТОП-10 лучших книг за 2021 год в жанре фантастика ТОП-10 лучших книг за 2021 год в жанре фантастика

Лучшие книги и произведениях в жанре фэнтези и фантастики

Популярная механика
Вызываем грузчиков: 8 признаков, что вам пора съехаться Вызываем грузчиков: 8 признаков, что вам пора съехаться

Когда же наступает время съезжаться?

Cosmopolitan
69 м² 69 м²

В интерьере заказчика Мария Амелина поселила Спайдермена

AD
Худрук Александринского театра Валерий Фокин — Forbes: «Сегодня время цинизма» Худрук Александринского театра Валерий Фокин — Forbes: «Сегодня время цинизма»

Валерий Фокин — о пользе онлайна для живого театра

Forbes
Какое место человек занимает в пищевой цепи Какое место человек занимает в пищевой цепи

Правильно ли считать, что человек находится на вершине пищевой цепи?

Популярная механика
«Вы больше не нужны»: судьба автора советских открыток Владимира Зарубина «Вы больше не нужны»: судьба автора советских открыток Владимира Зарубина

Художник, который нарисовал наш Новый год. Его открытки видел каждый

Cosmopolitan
Дмитрий Чеботарев: Актерство для меня — бегство от скуки Дмитрий Чеботарев: Актерство для меня — бегство от скуки

Дмитрий Чеботарев — о том, почему нужно идти за мечтой и не бояться нового

СНОБ
Все новогодние традиции народов мира Все новогодние традиции народов мира

Что мы знаем о традициях празднования Нового года в разных странах мира?

Популярная механика
Дуэль Лермонтова: как друг поэта убил его из-за раскрытой тайны сестры Дуэль Лермонтова: как друг поэта убил его из-за раскрытой тайны сестры

Почему в 26 лет Михаил Лермонтов стрелялся со своим лучшим другом.

Cosmopolitan
«Чувствую себя лучше, чем в 20»: как исполнить все свои мечты на пенсии «Чувствую себя лучше, чем в 20»: как исполнить все свои мечты на пенсии

История нашей читательницы, которая в 60 лет не побоялась сменить профессию

Psychologies
Будущее наступило: 5 направлений, где квантовая криптография будет незаменима Будущее наступило: 5 направлений, где квантовая криптография будет незаменима

Квантовая криптография и области её применения

Популярная механика
Новгородцам XI века приглянулось катание на костяных коньках Новгородцам XI века приглянулось катание на костяных коньках

Катание на коньках было популярно во второй половине XI — начале XIII века

N+1
Какова красота: звездные мужчины, которым невероятно идет макияж Какова красота: звездные мужчины, которым невероятно идет макияж

Мужчины в звездной среде более восприимчивы к бьюти-экспериментам

Cosmopolitan
Культура фаллосов и вульв Культура фаллосов и вульв

Как археологи искали предков таримских мумий между Алтаем и Скандинавией

N+1
Легенды Алтая Легенды Алтая

Республика Алтай: древние курганы, бурные реки и горы с заснеженными вершинами

Отдых в России
Как внушить человеку ложные воспоминания и еще четыре любопытных эксперимента Как внушить человеку ложные воспоминания и еще четыре любопытных эксперимента

Быть ученым — значит иметь фантазию, чтобы придумывать необычные эксперименты

Maxim
8 лучших сериалов о предпринимателях 2021 года 8 лучших сериалов о предпринимателях 2021 года

Эти истории, которые способны удивить или замотивировать вас заняться бизнесом

Inc.
«Если водителям хватает глаз для управления машиной, автопилоту Tesla будет достаточно одних лишь камер» «Если водителям хватает глаз для управления машиной, автопилоту Tesla будет достаточно одних лишь камер»

В погоне за прогрессом Tesla отказалась от радаров в некоторых электрокарах

VC.RU
Берлин, 22 июня… Берлин, 22 июня…

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

Дилетант
Елена Панова: «Я хоть и не очень состоятельная, но вполне состоявшаяся артистка» Елена Панова: «Я хоть и не очень состоятельная, но вполне состоявшаяся артистка»

Елена Панова — о своих образах, фильмах и семье

Караван историй
«Превосходным руководителем можно стать вне зависимости от пола» «Превосходным руководителем можно стать вне зависимости от пола»

Женщины-CEO — о том, как решать вопрос с гендерным равенством в бизнесе

РБК
Археологи переоткрыли в Польше скальное убежище охотников-собирателей эпохи мезолита Археологи переоткрыли в Польше скальное убежище охотников-собирателей эпохи мезолита

Археологи повторно исследовали скальное убежище неподалеку от Кракова

N+1
Великий и ужасный Великий и ужасный

Как Иосиф Сталин полюбил Ивана Грозного

Дилетант
Гонка за орбитальный кинематограф Гонка за орбитальный кинематограф

Зачем снимать кино в космосе, если есть компьютерная графика?

Популярная механика
Игра в классику: 10 культовых фильмов, чтобы скоротать вечер в приятной компании Игра в классику: 10 культовых фильмов, чтобы скоротать вечер в приятной компании

Надежная классика, доступная на Netflix

Esquire
Европейские «неприкасаемые». Кто такие каготы и почему их презирали Европейские «неприкасаемые». Кто такие каготы и почему их презирали

Даже в просвещенной Европе когда-то существовала бесправная и угнетенная каста

Maxim
Влияние глобального потепления на окраску зайцев-беляков Влияние глобального потепления на окраску зайцев-беляков

Давайте разбираться, как заяц-беляк переносит зиму в условиях изменения климата

Популярная механика
Экологичный Новый Год: как красиво упаковать подарки и не навредить природе Экологичный Новый Год: как красиво упаковать подарки и не навредить природе

Как красиво упаковать подарки без одноразовой оберточной бумаги и ленточек

Популярная механика
Открыть в приложении