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

IBM разработала квантовый чип на 1000 кубитов IBM разработала квантовый чип на 1000 кубитов

IBM представила чип Condor, который содержит 1121 сверхпроводящий кубит

ТехИнсайдер
Кто есть я: 6 увлекательных книг о том, как устроены люди Кто есть я: 6 увлекательных книг о том, как устроены люди

Нескучные научно-популярные книги о человеческой анатомии и физиологии

Популярная механика
«Подкаст — это интимная история». Алекс Дубас о феномене «анны аТмаховой» и подкастинге вообще «Подкаст — это интимная история». Алекс Дубас о феномене «анны аТмаховой» и подкастинге вообще

Радиоведущий Алексей Дубасов — о новой этике, жизни радио в эру подкастов

СНОБ
Неизвестные гоночные мотоциклы 1990-х Неизвестные гоночные мотоциклы 1990-х

Кастомные частные мотоциклы в мотогонках Гран-При 1990-х

Популярная механика
18 любимых фильмов Киану Ривза — от «Большого Лебовски» до «Заводного апельсина» 18 любимых фильмов Киану Ривза — от «Большого Лебовски» до «Заводного апельсина»

Киану Ривз поделился своим списком любимых фильмов в интервью

Esquire
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
От мрачных окраин Петропавловска ко всемирному триумфу: исповедь би-боя Амира Закирова От мрачных окраин Петропавловска ко всемирному триумфу: исповедь би-боя Амира Закирова

Встречайте драматическую историю успеха Амира Закирова, достойную экранизации

GQ
Почему не стоит покупать детям слишком много игрушек Почему не стоит покупать детям слишком много игрушек

Как правильно выбирать детям игрушки?

Популярная механика
Лучший танк в мире: Т-14 «Армата» запущен в производство Лучший танк в мире: Т-14 «Армата» запущен в производство

Т-14 «Армата» — танк, о котором все отзываются с восхищением

Maxim
Молодые экзопланеты-гиганты не вписались в теоретические модели по скорости сжатия Молодые экзопланеты-гиганты не вписались в теоретические модели по скорости сжатия

Астрономы исследовали планеты в системе V1298 Тельца

N+1
Евгений Чебатков: «Узнают и пока не бьют — вот мой уровень известности» Евгений Чебатков: «Узнают и пока не бьют — вот мой уровень известности»

Стендап-комик Евгений Чебатков — о природе смешного, хороших и плохих шутках

РБК
Только давайте без геморроя! Правила питания за рулём Только давайте без геморроя! Правила питания за рулём

Справиться с автомобильными болезнями нам помогает зарядка и правильные продукты

4x4 Club
«Тайный Санта»: как устроить легкий обмен подарками с друзьями и коллегами «Тайный Санта»: как устроить легкий обмен подарками с друзьями и коллегами

Самый простой способ поздравить друг друга с Новым годом

Esquire
Как менялась Анастасия Макеева: от королевы красоты до четырежды жены Как менялась Анастасия Макеева: от королевы красоты до четырежды жены

Как выглядела актриса Анастасия Макеева в разные моменты своей жизни

Cosmopolitan
Как африканцы друг другом торговали: история рабства от древности до наших дней Как африканцы друг другом торговали: история рабства от древности до наших дней

Рабство фактически отменено, но его отголоски все еще приводят к битым витринам

Maxim
Поездом, автобусом и инстаграмом Поездом, автобусом и инстаграмом

Сергей Невский о своих любимых аккаунтах

Weekend
Почему кровь красная Почему кровь красная

Какого цвета бывает кровь?

Наука и жизнь
Искусственный интеллект научился распознавать азиатские языки лучше человека: корейский, японский и китайский Искусственный интеллект научился распознавать азиатские языки лучше человека: корейский, японский и китайский

Что для ИИ представляют собой азиатские языки.

Популярная механика
Гнев и стыд: как героиня сериала «Я ненавижу Сьюзи» переживает крах семьи и карьеры Гнев и стыд: как героиня сериала «Я ненавижу Сьюзи» переживает крах семьи и карьеры

Чему стоит поучиться у актрисы, чьи интимные фото были слиты в сеть

Forbes
Психологи из Беркли назвали 13 книг, которые помогут избавиться от тревоги и стать продуктивнее Психологи из Беркли назвали 13 книг, которые помогут избавиться от тревоги и стать продуктивнее

13 книг, которые помогут стать более продуктивным и научат быть счастливее

Inc.
«Кто за главного? Свобода воли с точки зрения нейробиологии» «Кто за главного? Свобода воли с точки зрения нейробиологии»

Что нейронауке известно о взаимосвязи разума и мозга

N+1
Почему зверобой нельзя принимать без консультации с врачом Почему зверобой нельзя принимать без консультации с врачом

Зверобой успокаивает и обезболивает, но принимать его можно не всем

РБК
Поверила в себя Поверила в себя

Юлия Снигирь рассказала, как персонаж заставил ее пересмотреть отношение к себе

Grazia
8 идей, что подарить лучшей подруге на 8 марта 8 идей, что подарить лучшей подруге на 8 марта

Что можно подарить на 8 марта подруге

Cosmopolitan
«Самый важный французский бестселлер»: как производитель шин начал издавать гид «Мишлен» «Самый важный французский бестселлер»: как производитель шин начал издавать гид «Мишлен»

Гид «Мишлен» изначально был нужен, чтобы популяризировать автомобили

VC.RU
Как жить рядом с больным шизофренией: 3 первых шага к спокойствию Как жить рядом с больным шизофренией: 3 первых шага к спокойствию

Как выстроить отношения с больным шизофренией близким человеком?

Psychologies
Можно ли управлять эмоциональным «похмельем»? Объясняет психолог Можно ли управлять эмоциональным «похмельем»? Объясняет психолог

Что такое эмоциональное «похмелье» и как им управлять?

Inc.
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
Очень плохие девочки: как женские банды сукэбан держали в страхе Японию Очень плохие девочки: как женские банды сукэбан держали в страхе Японию

Кто такие сукэбан, откуда они взялись и почему держали в страхе всю Японию?

Cosmopolitan
Что смотреть на «Экспо-2020» в Дубае: репортаж Forbes Что смотреть на «Экспо-2020» в Дубае: репортаж Forbes

Главные экспонаты на выставке «Экспо-2020»: павильоны стран

Forbes
Открыть в приложении