Телескоп на Луне - а почему бы и нет?

NASA - NASA Liquid-Mirror Telescope on Moon Might See Deeper Back in Time

xmlns:xsl='http://www.w3.org/1999/XSL/Transform'"> // www.nasa.gov

 

Deposition of metal films on an ionic liquid as a basis for a lunar telescope : Abstract : Nature

Nature is the international weekly journal of science: a magazine style journal that publishes full-length research papers in all disciplines of science, as well as News and Views, reviews, news, features, commentaries, web focuses and more, covering all branches of science and how science impacts upon all aspects of society and life. // www.nature.com

 

Роджер Энджел (Roger Angel), профессор Университета Аризоны, получил от NASA грант на исследование возможности постройки на южном полюсе Луны телескопа с жидким зеркалом диаметром 100 м. Телескоп этот так и называется Lunar Liquid Mirror Telescope (LLMT).
Почему на Луне и почему именно жидкое зеркало? О жидких зеркалах для телескопов впервые заговорили, наверное, вскоре после того, как сэр Исаак Ньютон в 1668 г. сделал первый отражательный телескоп с параболическим металлическим зеркалом диаметром 1 дюйм. Астрономам уже тогда были нужны телескопы с более крупными зеркалами, а изготовление таких зеркал - это довольно трудная техническая задача. Зато еще из школьного курса физики многие знают, что если с помощью палочки или ложки закрутить жидкость в стакане или другом круглом сосуде, то поверхность этой жидкости примет форму параболы. И чем быстрее будет вращаться жидкость, тем "круче" будет эта парабола. То есть, изменяя скорость вращения жидкости, мы можем получить параболическую поверхность с переменным фокусным расстоянием. А если этой жидкостью будет, например, ртуть, то это будет готовое параболическое зеркало.
Первая серьезная попытка постройки телескопа с жидким зеркалом была предпринята почти 100 лет назад. Его построил Роберт Вуд (Robert W. Wood), физик из университета Джонса Хопкинса. Правда, ему не удалось создать достаточно точную систему управления скоростью вращения жидкости, так что качество изображения оказалось неудовлетворительным. Но идея не пропала. Сейчас в университете Британской Колумбии есть телескоп Large Zenith Telescope, жидкое зеркало которого имеет диаметр 6 метров. Оно представляет собой цилиндрический сосуд с ртутью, который может вращаться вокруг собственной оси. Постройка этого телескопа обошлась в сумму около 1 млн дол. Если бы зеркало такого же размера сделали из стекла, то телескоп стоил бы в 100 раз дороже.
Так как американцы опять собрались на Луну, то возникла идея установить там относительно недорогой телескоп. Ведь на Луне нет атмосферы, которая вносит искажения при наблюдении космических объектов с Земли. Конечно, телескоп должен быть недорогим, так как доставка его на Луну и так выльется в кругленькую сумму. Поэтому и возник проект с жидким зеркалом.
Правда, у такого телескопа есть один существенный недостаток: жидкое зеркало нельзя наклонить, его ось должна совпадать с направлением гравитационного поля. Так что наблюдать придется лишь тот участок неба, который располагается непосредственно над телескопом. Но Земля и Луна вращаются в пространстве, так что в поле зрения телескопа будут попадать разные участки неба, так что недостаток этот не такой уж большой.

 

Питер Чен и его коллеги Даг Рабин, Майкл ван Стенберг и Рон Оливерсен, замахнувшиеся на 50-метровое зеркало, считают, что для постройки рефлектора-гиганта достаточно доставить на Луну всего лишь несколько килограммов углеродных нанотрубок, пару центнеров эпоксидной смолы и немного алюминия.

Лунный бетон

Процесс изготовления зеркала по технологии Чена предусматривает отливку заготовки методом центробежного литья (спинкастинга) и последующее нанесение на нее отражающего слоя из алюминия. Лунная пыль, или реголит, играет роль наполнителя, а связующим материалом в смеси служит эпоксидная смола. По мере заполнения формы она постепенно затвердевает и образует готовое основание для зеркала. В состав смеси кроме лунной пыли Чен планирует добавлять углеродные нанотрубки и волокна для повышения прочности и снижения конечной усадочной деформации заготовки. Кроме того, углеродные нановолокна должны придать полученному материалу электропроводность и повышенную устойчивость к суточным перепадам температуры, которые на Луне достигают почти 300 градусов. Последний этап процесса – нанесение на основание зеркала тончайшего отражающего слоя из алюминия. После этого астронавтам останется лишь установить суперзеркало на подвижную платформу и подключить управляющую электронику. Примерно таким же образом можно, по мнению Чена, наладить производство строительных блоков для возведения обитаемых лунных станций. Ведь по прочности полученный материал соответствует бетону. Гигантские лунные зеркала также могут играть роль концентраторов солнечного света для превращения его в электричество. Все просто, уверяет Чен. Но это только на первый взгляд.

В качестве подтверждения своей концепции Питер Чен и его коллеги продемонстрировали прототип лунного зеркала диаметром 30 см, сделанного по описанной методике из эпоксидной смолы и имитатора лунной пыли типа JSC-1A Fine. Тончайший зеркальный слой из алюминия был нанесен на его поверхность методом напыления в вакууме. Качество зеркала получилось отличным. Но комфорт земной лаборатории и проведение работ на Луне в экстремальных условиях – совсем не одно и то же.

 

Жидкостные телескопы: новый всплеск интереса

Феррожидкости позволят существенно упростить конструкцию и эксплуатацию телескопов с жидким главным зеркалом.

Как сообщает Sky and Telescope, исследовательской группе университета Лаваля в канадской провинции Квебек удалось создать астрономическое зеркало диаметром 7 см на основе феррожидкости и обеспечить поддержание с помощью электромагнитных полей его поверхности с точностью до 1/20 длины волны (на волне 624 нм).

Жидкое зеркало представляет собой емкость с этиленгликолем (антифризом), в которую добавлены наночастицы оксида железа размером около 10 нм в поперечнике. Последние покрыты оболочкой, препятствующей их слипанию воедино.
Тем самым была создана ферромагнитная жидкость, которой можно управлять при помощи электромагнитных полей. В частности, только с помощью электрического поля можно придать поверхности жидкости параболическую форму.

Для повышения отражательной способности зеркало на его поверхность методом распыления был нанесён слой серебряных микрочастиц. С их помощью удалось обеспечить коэффициент отражения, превышающий аналогичный показатель для ртутного зеркала.
Кроме того, новое зеркало нетоксично и может эксплуатироваться в относительно широком диапазоне температур. Правда, в настоящее время удается поддерживать прецизионное качество параболической поверхности зеркала лишь в том случае, если оптическая ось направлена в зенит.

Во всем мире наблюдается всплеск интереса к астрономических системам, в которых главное зеркало прецизионной формы будет жидкостным.
Как сообщает Sky and Telescope, во всем мире наблюдается всплеск интереса к телескопам с жидкостным главным зеркалом. Так, на вершине Деваста в Индии в следующем году планируется ввод в строй телескопа ILMT (International Liquid Mirror Telescope) с ртутным главным зеркалом апертурой 4 м.
Телескоп, оснащенный ПЗС-приемником размерностью 4Кх4К пикселей с технологией TDI (Time Delayed Integration), позволит сканировать полосу небесной сферы шириной 0,5 градуса (примерный угловой размер полной Луны) с проницающей способностью до 23 звёздной величины.
В лаборатории астрономической оптики обсерватории Стюарда (Steward Observatory) в г. Таксон, штат Аризона (США) с успехом используется для профилирования заготовок зеркал для крупных телескопов метод вращения стеклянной заготовки вокруг своей оси.
Источник: CNews

 

Наземные телескопы, при всех их усовершенствованиях, никогда не смогут достичь разрешающей способности, возможной для космических телескопов, не подверженных влиянию атмосферы. И хотя выше уже упоминалось о баснословно высокой стоимости проектов с вынесением телескопов в космос, некоторые астрономы тем не менее полагают, что следующим поколением астрономических приборов будут большие космические телескопы с апертурой 8 метров. Неизвестно, когда это произойдет и произойдет ли вообще.