зачем в телескопе зеркало
Главное зеркало телескопа: сферическое или параболическое?
В этой статье мы поговорим с вами о рефлекторе Ньютона – телескопе, объективом которого является зеркало. Как вы знаете, в классическом рефракторе, изобретенном еще в далеком 1609 году Галилео Галилеем, для формирования изображения используется система линз. Это не самая совершенная схема: каждая линза дает определенное количество хроматических и сферических аберраций, что в конечном итоге сильно искажает финальное изображение. И даже сейчас, по прошествии более 400 лет, эта «болезнь» рефракторов все еще не побеждена окончательно. Однако в 1668 году Исаак Ньютон предпринял попытку справиться с проблемой оптических искажений на большом увеличении и придумал телескоп с объективом в виде зеркала. Попытка оказалась успешной, и теперь мы можем изучать космос в телескопы, названные его именем: рефлекторы Ньютона.
Разницу между рефракторами и рефлекторами обычно знают даже начинающие исследователи космоса. Однако далеко не все любители астрономии в курсе того, что главное зеркало телескопа может быть разным – сферическим или параболическим. В технических характеристиках рефлекторов редко указывают этот параметр, хотя он невероятно важен и напрямую влияет и на стоимость оптического прибора, и на качество получаемого изображения. Поэтому если вы увидите в магазине два практически идентичных рефлектора Ньютона с одинаковыми техническими характеристиками, но сильно различающиеся по цене, спросите консультанта про форму зеркала. Уверены, что в более дешевом телескопе будет установлено сферическое зеркало, телескоп с параболическим зеркалом обычно более дорог в производстве.
Почему стоит выбрать телескоп с параболическим зеркалом?
Разница между сферическим и параболическим зеркалами не только в их форме. Они отличаются тем, как именно фокусируют свет. Конструкция сферического зеркала такова, что оно не может отразить все лучи в одну точку. Из-за этого для рефлекторов со сферической оптикой недостижим идеально резкий фокус. Это явление носит название «сферической аберрации» и проявляется сильнее всего на высоких увеличениях. Поэтому сферическое зеркало для телескопа – не лучший выбор. На мощной оптике вы не сможете наблюдать четкую и резкую картинку просто в силу конструктивных особенностей телескопа.
Параболическое зеркало не подвержено сферическим аберрациям и способно собирать световые лучи в одну точку. На большой кратности у вас не возникнет никаких проблем с фокусировкой, и удаленный объект будет виден четко и во всех деталях. Поэтому если стоимость параболического рефлектора Ньютона вас не пугает, рекомендуем приобретать именно его. Вы будете довольны результатом!
Но не все так плохо и со сферическими зеркалами. При определенном соотношении между диаметром зеркала и фокусным расстоянием такое зеркало работает практически как параболическое. Телескоп с зеркалом диаметром 114 мм и фокусным расстоянием в 900 мм практически лишен сферических аберраций и хорошо фокусирует изображение вплоть до значения максимально полезного увеличения.
Если вам нужна развернутая консультация по рефлекторам Ньютона, обращайтесь к менеджерам нашего интернет-магазина. Они с радостью помогут выбрать телескоп, подходящий вам и по оптическим возможностям, и по цене. Связаться с менеджерами можно по телефону или через форму обратной связи.
4glaza.ru
Декабрь 2017
Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:
Обзоры оптической техники и аксессуаров:
Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:
Все об основах астрономии и «космических» объектах:
Зеркало для телескопа: виды и ключевые типы систем
Зеркало для телескопа может использоваться в качестве главного объектива. Устройства такого типа называют рефлекторами, ниже мы опишем их главные разновидности.
Телескопы Ньютона
Популярный и недорогой тип рефлекторов. Отличается высокой светосилой и полным отсутствием хроматических аберраций. Главное зеркало телескопа Ньютоновского типа может обладать разной формой (параболической, сферической и др.)я. Вторичное зеркало телескопа-рефлектора, вывоводящее свет в окуляр, находится в трубе телесеопа под окуляром.
Эти телескопы хорошо подходят для:
Главный минус вышеописанных систем: большие размеры и часто ограниченное поле зрения.
Телескопы Ричи-Кретьена и Шмидта
Устройства, где в конструкции есть не только зеркало, но и линзы. Они обладают всеми достоинствами систем Ньютона, но имеют значительно меньшие размеры и отличаются более широким полем зрения. К этим устройствам относится космический телескоп «Хаббл».
В системе Шмидта используется передняя линза из 2 частей:
Главное зеркало телескопа Шмидта имеет сферическую форму. Центр сферы главного зеркала и центр пластинки совпадают, между ними расположен фокус. Такая конструкция позволяет достичь 3 целей:
Такие устройства стоят очень дорого, так изготовление зеркала телескопа Шмидта требует редких ресурсов и сверхсовременной техники.
Самое большое зеркало телескопа
Самое большое зеркало телескопа имеет размер 10,4 метра и находится на Канарских островах (The Gran Telescopio CANARIAS). Но вскоре рекорд будет побит. На вершине горы Серро Армазонес (Чили) возводят телескоп с сегментным зеркалом диаметром в 39,3 метра (European Extremely Large Telescope).
Главное и вторичное зеркала телескопа-рефлектора
4glaza.ru
Ноябрь 2020
Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:
Обзоры оптической техники и аксессуаров:
Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:
Все об основах астрономии и «космических» объектах:
Зеркальный телескоп: виды, устройство и советы по выбору
Многие из нас просто обожают смотреть на звездное небо, любуясь его потрясающей и манящей красотой. Конечно, большинство из людей, неравнодушных к звездам – это просто романтики или любители лежать в поле, вдыхать запах свежей травы и считать вместе с любимым человеком белые точки на густой черной поверхности.
Но есть и другая категория любителей неба. Эти личности, как правило, являются учеными, которые любуются небесным сводом не с помощью собственных глаз или через очки, а используют специальные зеркальные телескопы, чтобы не только наслаждаться красотой небесных светил, но и заниматься научной деятельностью, вычисляя необходимые расстояния и добывая столь важную для человечества информацию.
Вам будет интересно: Ликование — это ощущение радости
Оптические приборы не только вот уже несколько тысячелетий являются лучшими помощниками человека в деле изучения далеких планет, но и попросту незаменимы в быту, так как многие люди используют телескопы, бинокли и лупы для различных целей, не отдавая себя отчета в изначальном научном предназначении этих предметов. Кто из нас не разводил костер при помощи лупы? А кто смотрел в перевернутый бинокль? Все так делали, что еще раз доказывает жизненную необходимость людей в линзах и увеличительных стеклах.
Что такое?
Вам будет интересно: В каких сосудах происходит газообмен? Где происходит газообмен?
Телескоп – или, по-научному, рефлектор – это специальное оптическое устройство, в основе которого лежит принцип сбора световых частиц зеркальной пластиной. Самый первый зеркальный телескоп был изобретен знаменитым английским математиком Исааком Ньютоном.
Да, после него еще много различных умных людей предлагали свои версии «дальнозоркой трубы». Но именно прямая линза Ньютона стала стандартом практически для всех мощных оптических приборов. Особенно для применяемых в науке и военной отрасли. Разработка английского гения позволила раз и навсегда избавиться от хроматической аберрации – основного и доставляющего большие неудобства недостатка всех телескопов того времени.
Как оптический прибор, зеркальный телескоп считается родственником подзорной трубы и имеет похожую конструкцию, отличаясь, однако, размером и качеством линз.
История оптики
Тяга человечества к наблюдению далеких от глаза предметов или явлений возникла задолго до появления больших зеркальных телескопов. Научное путешествие линзы возникло в тот самый момент, когда человек впервые посмотрел на мир через кусочек слюды, наклонив его под верным углом так, что минерал смог немного приблизить горизонт.
С тех пор человечество неустанно искало способы достижения подобного эффекта. Люди активно изобретали рамки, держатели, шлифовали слюду, пробовали работать с кварцем.
С появлением стекла опыты по изобретению «приближающего изображение устройства» продолжились, так как в дело пошли различные бракованные куски материала, так или иначе искажающие через себя пространство.
Прошло много лет, прежде чем человечество смогло сконструировать первый зеркальный телескоп. Однако важно помнить, что вся отрасль оптических приборов началась с крошечного кусочка слюды.
С момента открытия человеком состава стекла он перестал нуждаться в слюде и кварце как в заменителях или аналогах этого чудесного вещества. Первыми оптическими приборами, созданными человеком, были довольно простые конструкции вроде лупы или монокля, т. е., кусок стекла, искусно вставленный в железную оправу.
Англия
В области математики и физики эта северная страна практически всегда на пути своего научного развития опережала всю планету на столетия, если не на тысячи лет прогресса. Весь мир пользуется оптическими приборами благодаря появлению в 1668 году зеркального телескопа Ньютона. Гений из Туманного Альбиона предложил свое видение «дальнозоркой трубы», применяя всего две прямых линзы. Главное зеркало является светоприемником, подставляя себя под прямые лучи от какого-либо освещения, а затем передавая собранный в один поток пучок света на небольшое плоское диагональное зеркало, которое расположено вблизи основного фокуса. В задачи этого фрагмента одностороннего стекла входит отклонение света за пределы корпуса зеркального телескопа-рефлектора. В этом месте происходит взаимодействие окуляра и изображения, которое попадает в него, будучи отраженным от второстепенного диагонального стекла, и фотографируется. Тип встраиваемого зеркала напрямую зависит от диаметра трубы – в кожух с большой вместимостью можно легко вставить параболическое стекло, а в более малую трубку поместится и сферическое.
Система Грегори
Однако не только первооткрыватель силы притяжения может считаться изобретателем телескопа, так как сам факт того, что на предметы можно смотреть сквозь стекло, был изучен задолго до рождения Ньютона, то на вопрос, кто изобрел зеркальный телескоп, существует немало ответов.
Например, земляк Ньютона, Джеймс Грегори в 1663 году предложил свое видение «дальнозоркой трубы», снабдив ее сразу тремя стеклами. Схема предложенной версии была описана ученым в книге Optica Promota, содержащей также и другие замечательные идеи по применению стекол в быту.
Устройство первого зеркального телескопа Грегори довольно простое на первый взгляд. В его основе лежит вогнутое параболическое зеркало, которое собирает разрозненные пучки света, объединяет их и направляет на вогнутое эллиптическое зеркало меньшего размера.
Небольшое зеркало, в свою очередь, отправляет свет назад – в центральное отверстие большого стекла, которое защищает окуляр. Фокусное расстояние зеркального телескопа Грегори существенно больше, чем у Ньютоновской модели, за счет чего глаз смотрящего видит прямое ровное изображение, а не перевернутое на 180 градусов, как в предыдущей модели.
Идея Кассегрена
Похожую систему предложил в 1672 году Лоран Кассегрен. В основу его разработки также легли два зеркала разного диаметра. Однако Лоран предпочел работать с прямым отображением света, сведя всю конструкцию к передаче световых пучков между двумя стеклами.
Отличительной особенностью его телескопа стал тот факт, что вторичное зеркало было существенно больше главного. Спустя двести лет, именно эту идею возьмет за основу знаменитый советский оптик Д. Д. Маскутов, который заложит фундаментальные основы российской науки об оптических приборах, а также изобретет основную модель телескопа, которая станет базовой для всех приборов, имеющих отношение к приближению изображения в Советском Союзе.
Следующие системы, подобные разработке Ричи – Кретьена являются всего лишь дополненными и исправленными версиями идей Кассегрена.
Новаторство Ломоносова
Исключение составляет лишь оптическая теория Гершеля, которую в свое время существенно усовершенствовал гениальный русский энциклопедист – Михаил Ломоносов. Сущность идеи заключается в том, что основное стекло было заменено на вогнутое зеркало.
Для чего нужен телескоп?
Всем известно, что приборы для изучения небесной глади, в основном, используют астрономы и другие ученые, которые, на основании полученных данных, делают выводы, глобально влияющие на различные отрасли науки. От астрономии зависят такие дисциплины, как: география, геодезия, биология, биофизика и многие другие. Даже обычный прогноз погоды составить практически невозможно. Не получив своевременно данные о расположении небесных светил относительно солнца.
Телескоп нужен для того, чтобы непосредственно вблизи наблюдать различные предметы и явления, которые могут оказаться судьбоносно важными для науки и для человечества в целом. Приборы разных размеров, обладающие существенно различающимися характеристиками, используются как для обычного обозревания ночного неба, так и для проникновения в тайны далеких туманностей и галактик.
Самые большие приборы
В настоящее время существует огромное количество различных технологических устройств, которые позволяют исследовать звездное небо. Большинство из них просто невероятных размеров и занимают огромную площадь. Например, самый крупный телескоп Советского Союза – «БТА» – долгое время считался крупнейшим в мире, так как имел диаметр главного зеркала целых шесть метров!
В 2005 году был построен еще больший по размерам исследователь небесных светил – прибор под названием «Большой бинокулярный телескоп». Он отличается тем, что его зеркало цельное, т. е. состоит из одного куска стекла.
В этом же году в Южно-Африканской республике был воздвигнут «Большой южноафриканский телескоп», главное зеркало которого состояло из девяноста одного огромного одинакового шестиугольника.
Устройство прибора
Оптический зеркальный телескоп имеет довольно простое строение. Любой школьник может самостоятельно создать похожее устройство, имея лишь одну или две линзы и полую картонную трубку. Разумеется, настоящие мощные приборы делаются не из стекла и бумаги, однако по похожему принципу.
Прибор представляет собой закрытую систему, в основе которой лежит твердая полая трубка, со вставленными в нее с обоих концов линзами различного типа и структуры. Задняя плоскость первого стекла совмещена с передней плоскостью второго, что дает эффект приближения изображения, на самом деле находящегося далеко от наблюдателя.
Отзывы
В случае когда будущему владельцу телескопа дорога наука и исследования, стоит признать, что необходим профессиональный прибор, который стоит весьма дорого. Нет каких-то определенных советов по выбору телескопа, нужно лишь четко понимать, для чего вы его выбираете!
Телескопы с жидкими линзами: как это работает
Один из самых сложных этапов создания крупных 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?
Сейчас в мире идет создание нескольких 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.
Проблемы гигантов
Неудивительно, что конструкторская мысль непрерывно ищет способы удешевить столь дорогостоящие астрономические игрушки. Поскольку наше всё — диаметр объектива, естественно попытаться увеличить размер «глаза» 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.
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 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.
Вуд довел свой ртутный телескоп до совершенства, доказал, что он дает изображения не худшего качества, чем «обычный». и забросил эту работу. Технические сложности были преодолены, научная же ценность неподвижного телескопа, направленного в зенит, осталась совершенно неочевидной. Идея вращающихся ртутных зеркал была забыта на долгие десятилетия.
Это не означает, что ртуть полностью ушла из астрономического обихода. Ее широко применяли в так называемых ртутных горизонтах фотографических зенитных труб (ФЗТ). Спокойная поверхность ртути по определению параллельна плоскости горизонта, и ее можно использовать для точного наведения объектива в зенит, что требуется при некоторых астрометрических наблюдениях. Но идея об использовании ртути как материала для объектива телескопа возродилась только в начале 1980-х годов благодаря ученому Эрманно Борра из Университета Лаваля (Канада).
Фиксированный прицел
Чем астрономов не устраивает подобный инструмент? В первую очередь — невозможностью наведения на произвольный объект. Хотя и в течение ночи, и в течение года набор светил, проходящих через околозенитную область, меняется, он остается ограниченным. Кроме того, телескоп с жидким зеркалом (ТЖЗ) невозможно навести даже на объекты, попавшие в поле его зрения. Они будут проплывать над телескопом по изогнутым траекториям (если телескоп не на экваторе). Пока использовались фотопластинки, можно было рассчитывать только на фотографирование звездных треков, а от них пользы не особенно много.
Ситуация изменилась, когда на смену фотопластинкам пришли приемники излучения нового типа на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Светочувствительные элементы — пиксели — в ПЗС-приемнике выстроены в набор отдельных линеек, составляющих ПЗС-матрицу. При обычной покадровой съемке изображение считывается одновременно со всех линеек. Поскольку из-за вращения Земли картинка смещается по небосводу, телескоп во время экспозиции нужно поворачивать следом за ней. Такой режим съемки называется режимом слежения. Он позволяет получать снимки с почти неограниченным временем экспозиции, наблюдая очень слабые объекты.
Однако одновременность считывания изображения со всех линеек вовсе необязательна. Если звезда, галактика или любой другой объект «ползет» по матрице поперек линеек, изображение можно считывать с них по очереди, а потом складывать в общую картинку. Этот режим съемки называется сканированием, поскольку телескоп как бы сканирует небо. Если нас интересует конкретный небесный объект, режим сканирования не особенно удобен, но при проведении обзорных наблюдений он в некоторых случаях даже практичнее режима слежения и сейчас широко применяется. Правда, в режиме сканирования длительность экспозиции ограничена временем прохождения звезды от одного края матрицы к другому, но ее можно увеличить, суммируя снимки одной и той же области неба, полученные в разные ночи. Кроме того, ограниченность времени съемки на телескопах с жидкими зеркалами с лихвой компенсируется возможностью делать эти зеркала очень большими.
К концу XX века подоспели и аэростатические подшипники, позволившие свести к минимуму трение при вращении чаши со ртутью, и синхронные электродвигатели, обеспечивающие высокую стабильность вращения. Основные препятствия на пути к качественному жидкому зеркалу, описанные Вудом, теперь преодолеваются куда проще и лучше, чем в начале XX века. Начиная с 1980-х годов в различных лабораториях создавались все более и более крупные зеркала, которые постепенно стали основой для создания современных ртутных телескопов. Эти работы проводились преимущественно в Канаде, но кое-что делалось и в других странах. В СССР эксперименты с жидкими зеркалами в конце 1970-х — начале 1980-х проводили Виктор Васильев и Александр Согоконь из Харьковского университета: они предложили гасить колебания жидкого зеркала, заставляя чашу с ним плавать в другой вращающейся чаше — например, с водой. Правда, до создания телескопа эта работа не дошла.
Что отражается в ртути
Хотя возможности ТЖЗ ограничены, в нашей Вселенной есть объекты, которые всегда попадают в поле зрения телескопа, куда бы он ни был направлен. Во-первых, это сама Вселенная. Высказывались предложения использовать ТЖЗ для проведения космологических обзоров, которые позволили бы уточнить строение Вселенной по наблюдениям большого количества галактик и квазаров. Поскольку Вселенная считается изотропной (одинаковой во всех направлениях), вполне можно ограничиться наблюдениями узкой полоски, опоясывающей небо.
Второй объект, который виден с Земли во всех направлениях, — это земная атмосфера. Телескопы с жидкими зеркалами используются для исследования свойств атмосферы — в частности, натриевого слоя на высоте 100 км. Атомы натрия заставляют светиться с помощью лазерного импульса, а ТЖЗ регистрирует это свечение и по его параметрам определяет свойства натриевого слоя (такое искусственно вызванное свечение используется при астрономических наблюдениях с адаптивной оптикой, так что свойства натриевого слоя необходимо хорошо знать).
В околоземном пространстве насчитывается порядка 20 000 искусственных объектов, среди которых есть и функционирующие спутники, и фрагменты космических аппаратов самых разных размеров. Дешевый телескоп с жидким зеркалом мог бы проводить регулярные патрульные наблюдения в расчете на то, что большая часть фрагментов рано или поздно пролетит над ним и будет обнаружена
На протяжении восьми лет (с 1995 по 2002 год) в США работал трехметровый телескоп с ртутным зеркалом обсерватории NODO (NASA Orbital Debris Observatory) для наблюдений космического мусора. Однако если фрагменты мелкие (менее 10 см), сложно даже оценить их количество. В этом отношении дешевый и большой инструмент, позволявший видеть фрагменты размером до 2,5 см, оказался весьма полезен.
Большой зенитный телескоп
Зеркало телескопа LZT представляет собой пластиковую чашу из семи шестиугольных и шести треугольных сегментов. Сегментам с помощью термоформовки придается форма параболоида вращения, чтобы минимизировать толщину слоя ртути готового зеркала
Поверхность чаши покрыта эпоксидной смолой и сама имеет параболическую форму, на доли миллиметра отличающуюся от желаемой формы зеркала. Это сделано для того, чтобы свести к минимуму необходимую толщину слоя ртути. И цель не только в том, чтобы сократить расход ртути. Как уже говорилось, рябь на жидком зеркале гасится тем эффективнее, чем меньше его толщина. На шестиметровом LZT толщина слоя ртути составляет менее 1,5 мм. Меньше сделать не получается, так как при попытке создать чрезмерно тонкий слой ртуть распадается на отдельные капельки, как терминатор Т-1000 (вот из него, кстати, зеркало получилось бы идеальным).
Чуть выше зеркала над всей его площадью протянута горизонтальная прозрачная пленка. Для получения необходимого фокусного расстояния (9 м) зеркало должно совершать один оборот примерно за 8,5 с. Это означает, что край зеркала движется со скоростью больше 2 м/с, поднимая ветер, способный нарушить гладкость поверхности ртути. Защитная пленка создает «ловушку» для воздуха, внутри которой он вращается вместе с зеркалом. Пленка, конечно, сама несколько портит изображение, но с этим приходится мириться.
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.
Будущее «жидких» телескопов
Следующий крупный проект ТЖЗ планируется реализовать на куда более качественной площадке. Международный телескоп с жидким зеркалом (International Liquid Mirror Telescope, ILMT) строится сейчас в Индии, в обсерватории Девасталь на высоте 2540 м. Это будет четырехметровый телескоп, посвященный решению уже не тестовых, а научных задач. Предполагается, что ILMT на протяжении пяти лет будет сканировать полосу неба шириной полградуса, детектируя различные переменные источники — вспышки на звездах, события микролинзирования и проч., — а также обнаруживая новые галактические и внегалактические объекты. Конечно, площадь этой полоски — 156 кв. градусов — ничтожно мала по сравнению с полной площадью неба (более 40 000 кв. градусов), но ее малость будет компенсироваться тщательностью наблюдений. В настоящее время на обсерватории возводится павильон для этого телескопа, сам он уже доставлен в Индию, благо перевозка ТЖЗ особой проблемы не составляет. Создатели проекта, которым управляет Льежский университет (Бельгия), рассчитывают увидеть «первый свет» весной 2016 года.
Других значимых проектов ТЖЗ в настоящее время нет, но есть множество идей по их совершенствованию. Например, если использовать в качестве опоры для отражающей пленки ферромагнитные жидкости, можно формировать поверхность зеркала не вращением, а магнитным полем. Это открывает возможность установки ТЖЗ на космических аппаратах. Но самая амбициозная идея в отношении ТЖЗ состоит в том, чтобы установить такой инструмент на Луне, замахнувшись на совершенно недостижимый в земных условиях диаметр порядка сотни метров и сверхпроводящий магнит в качестве подвески. Конечно, ртуть здесь уже не подойдет, но на ее роль могут претендовать ионные жидкости с отражающим напылением. Правда, до сих пор не удалось подобрать жидкость, которая не замерзала бы при лунных температурах, однако авторы идеи (Э. Борра, П. Хиксон и их коллеги) считают, что это обязательно будет сделано.
Чаша международного телескопа с жидким зеркалом (ILMT) изготовлена из кевлара, натянутого на основание из вспененного полимера. Чтобы она наиболее близко соответствовала форме идеального зеркала, ее покрывают слоем полиуретана путем ротационной полимеризации: жидкий мономер наливают в чашу и поддерживают вращение до тех пор, пока покрытие не затвердеет
Проблема в том, что сборку такого телескопа должны будут осуществлять люди, то есть его появление придется отложить до того времени, когда на Луне появятся постоянно действующие базы. Однако и в этом случае доставка, сборка и эксплуатация ТЖЗ обойдутся существенно дешевле, чем то же самое для обычного телескопа. Но это, конечно, дело очень далекого будущего.
Пока же создается впечатление, что эта технология в значительной степени недооценена, однако в будущем ситуация может измениться. Астрономические цены на «обычные» большие телескопы тормозят создание подобных инструментов, хотя потребность в больших зеркалах высока. Относительно дешевый и простой в изготовлении большой ТЖЗ может оказаться удачной альтернативой, особенно для задач, которые не требуют точного наведения. Такой телескоп, например, мог бы проводить регулярные патрульные наблюдения космического мусора в расчете на то, что большая часть фрагментов рано или поздно пролетит над ним и будет обнаружена.
Расширить возможности ТЖЗ могла бы дополнительная оптика, с помощью которой можно значительно расширить площадь доступного неба. Второе направление усовершенствования жидких телескопов состоит в том, чтобы научиться их наклонять. Со ртутью такое, может быть, и не получится, а вот с зеркалами в виде пленки из наночастиц, например серебра, на поверхности вязкой вращающейся жидкости такие эксперименты проводятся. Впрочем, конечно, нужно помнить, что все такие усовершенствования мало-помалу будут лишать ТЖЗ их главного преимущества — низкой стоимости.
Автор благодарит за помощь в подготовке статьи Пола Хиксона (Университет Британской Колумбии, Канада) и Жана Сурдея (Льежский университет, Бельгия).