Telescoapele cu lentile lichide este modul în care funcționează

Una dintre cele mai dificile etape ale creării de telescoape mari - este de a obtine forma exacta a oglinzii. Dar există mult mai simplu și ieftin pentru a face o suprafață parabolică - relaxați-vă într-un lichid vas rotund. Ai „viitor telescoape lichide?

Cine în lume este crearea mai multor telescoape, diametrele lentile care sunt măsurate de zeci de metri. Ceea ce este remarcabil: în ciuda dezvoltării tehnologice rapide generale a omenirii, măsuri pentru a crește diametrul maxim al obiectivului telescopului încă au loc la intervale de timp măsurate de secole. Motivul este simplu - cu creșterea diametrul obiectivului nu numai că mărește producția științifică a telescopului, dar, de asemenea, prețul său. În cazul în care valoarea de lentile instrumentelor Multimetru existente se măsoară în sute de milioane de dolari, viitorul atârnă pe megateleskopah deja miliarde de tag-uri.

probleme giganți

Nu este surprinzator, ideea de design este în mod continuu caută modalități de a reduce costul unei astfel de scumpe jucării astronomice. Din moment ce toate noastre - diametrul lentilei, este firesc să încerce să crească dimensiunea „ochii“ ale telescopului în detrimentul sacrifica alte caracteristici. Exemplele includ telescopul Hobby-Eberly (SUA), Sud Telescopul Mare din Africa (Africa de Sud) și telescopul LAMOST (China). Aceste instrumente nu sunt full-cerc, care este, spre deosebire de telescopul clasic, fixat în raport cu una din cele două axe de rotație, și, prin urmare, lipsit de posibilitatea, în orice moment să fie indusă la orice punct al emisferei vizibile cer. Desigur, o astfel de fixare impune limitări semnificative, dar cu ajutorul programului bine gândit-out de observații le puteți face să nu atât de critică. Atunci când această valoare este redusă de mai multe ori în comparație cu full-telescop. Cu toate acestea, există un mod mai radical de a reduce costul unui instrument astronomic.

În telescoapele moderne, de obicei, ca o lentila folosind o oglindă concavă. Pentru a reflecta razele concentrate reflectate de ei, adică, pentru a le reduce la un punct, acesta ar trebui să ia forma unui paraboloid de revoluție. oglindește inițial pentru telescoapele din clasele speciale turnate din bronz și apoi un sol lung și obositor la forma dorită. La mijlocul secolului al XIX-lea, după inventarea procedurii de oglinzi argintare a început să fie confecționate din sticlă, care este mult mai ușor să se pisa, dar în ziua de azi una dintre cele mai dificile etape ale creării oglinzii telescopului este de a da formă precisă. Astfel de erori în forma de suprafață trebuie să fie substanțial mai mică decât lungimea de undă a luminii reflectate și este în domeniul vizibil este de numai 0,5 microni. Imaginați-vă sarcina - pentru a lustrui suprafața în zeci de metri pătrați, cu o precizie submicronică!

Ideea vechi

metoda mult mai simplă și necostisitoare de a produce o suprafață reflectorizantă parabolică a fost inventat de Newton. De multe ori suprafața calmă a apei în comparație cu oglinda, presupunând că suprafața sa este perfect netedă și plană. Dacă apa sau alt lichid pentru untwist într-un recipient rotund, suprafața sa va lua o formă parabolică, cu excepția marginilor, unde va distorsiona tensiunea superficială. Cu toate acestea, la coeficientul de reflexie redus de apă, cel puțin pentru razele incidente aproape perpendicular pe suprafață, dar apa poate fi înlocuită cu un lichid reflectorizant.

Se crede că prima idee de a crea un telescop oglinda de mercur prin rotație exprimată în 1850 astronomul italian Ernesto Kapotstsi. Implementarea cu succes a oglinzii a fost introdusă în 1872 în Noua Zeelandă Henry Skeem și observații astronomice pe telescopul de mercur, pentru prima dată a avut loc un Robert Vud la începutul secolului XX,. Descriind experimentele sale în 1909, Wood a remarcat că astronomii au perceput întotdeauna ideea unei oglinzi lichid ca o glumă cu privire la orice calitate de observații pot fi discutate în cazul în care suprafața de la cea mai mică tulburare externă apare valuri?

Sam Wood pentru a aborda această problemă, după cum el însuși a scris, „doar pentru a se distra în timpul lunilor de vară.“ Acesta a identificat principalele surse de apariție a ondulații pe suprafața oglinzii: vibrația de la motor, suspensii oglinzi, un aranjament non-orizontală a cupei rotative cu turația motorului de mercur și neregulat - și a demonstrat că toate acestea pot fi reduse în mare măsură și bine concepute de ingrijire telescop de fabricație. Prin ondulațiile create de telescopul mecanisme trebuie să adăugați perturbații externe: cel mai mare telescop din lemn cu o oglindă de 20 inch a fost instalat într-un loc aglomerat pe Long Island (SUA) și așa se cutremură și de surf, și de la care trece căruțe, și chiar trecătorilor pași. Wood a propus două metode de eliminare a oglinzii de oscilație reziduală. Primul este de a face stratul de mercur în bol cât mai subțire posibil: mai subțire oglinda de mercur, cea mai mică unda. A doua metodă presupune acoperirea mercurului are orice lichid care ar fi stins oscilații - cum ar fi apa sau glicerol.

Wood a adus telescopul lui mercurial la perfecțiune, a dovedit că dă calitatea imaginii nu este mai rău decât „normale“. și el a abandonat lucrarea. Dificultăți tehnice au fost depășite, valoarea științifică a telescopului fix cu scopul de zenit, a rămas complet neevident. Ideea de rotație oglinda de mercur a fost uitat de zeci de ani.

Acest lucru nu înseamnă că mercurul este complet plecat din articolele astronomice. Acesta este utilizat pe scară largă în tubul așa-numitele orizonturi mercur zenit fotografic (LFT). suprafață mercur Calm, prin definiție, paralelă cu planul orizontal, și poate fi utilizat pentru ghidarea corectă a lentilei în zenit este necesară în anumite observații astrometrical. Dar ideea utilizării mercurului ca material pentru lentile de telescop reînviat numai în începutul anilor 1980 datorită savantul Ermanno Borra de la Universitatea Laval (Canada).

Obiective fixe

Astronomii nu sunt mulțumiți cu un astfel de instrument? Mai întâi de toate - imposibilitatea de a semnala un obiect arbitrar. Deși în timpul nopții, și în timpul anului un set de lumina care trece prin apropierea zonei în schimbare, rămâne limitată. În plus, un telescop cu o oglindă de lichid (TZHZ) nu poate aduce nici obiectele capturate în câmpul său vizual. Ei vor pluti deasupra telescopului pe traseele curbate (în cazul în care telescopul nu este pe ecuator). În timp ce utilizează plăci fotografice, a fost posibil doar să se bazeze pe fotografii de piese stelare, și să beneficieze de ele nu este deosebit de mare.

Situația sa schimbat, atunci când photoplates înlocuirea detectoare de radiații au venit nou tip bazat pe dispozitive cuplate cu sarcină (CCD). elemente fotosensibile - pixeli - un receptor CCD sunt aranjate într-un set de linii separate care constituie CCD. În imaginea convențională de fotografiere time-lapse este citit simultan pe toate liniile. Din cauza rotației imaginii se deplasează pe Pământ pe cer, telescopul în timpul expunerii trebuie să fie activată după ea. Un astfel de mod de înregistrare se numește modul de urmărire. Acesta vă permite să realizați fotografii cu timp de expunere aproape nelimitată observarea obiecte foarte slabe.

Cu toate acestea, citirea simultană a imaginilor din toate liniile nu neapărat. În cazul în care o stea, galaxie sau orice alte „fiori“ obiect din matricea de-a lungul liniilor, imaginea poate fi citit de la ei, la rândul său, și apoi îndoite în imaginea de ansamblu. Acest mod de fotografiere este numit de scanare, deoarece telescopul ca acesta scanează cerul. Dacă ne interesează un anumit obiect ceresc, modul de scanare nu este deosebit de util, dar în timpul acesta, în unele cazuri, chiar mai practic modul de urmărire și este acum utilizat pe scară largă observații sondajului. Cu toate acestea, în modul de scanare, timpul de expunere este limitată la momentul trecerii de la o stea la cealaltă margine a matricei, dar poate fi crescută prin adăugarea de imagini din aceeași regiune a cerului obținut pe diferite nopți. În plus, timpul de înregistrare limitat la telescoape cu oglinzi lichid este compensată de posibilitatea de a face aceste oglinzi sunt foarte mari.

Până la sfârșitul secolului XX a sosit, și lagăre de aer, pentru a minimiza frecarea în timpul rotației bolului cu mercur, și motoare sincrone, oferind o stabilitate mare de rotație. Principalele obstacole în calea oglindă lichid de calitate descrisă de lemn, este acum depășită mult mai ușor și mai bine decât la începutul secolului XX,. Pornind de la 1980, în laboratoare diferite au fost create mai multe și mai mari oglinzi, care treptat a devenit baza pentru crearea unor telescoape de mercur moderne. Aceste lucrări au fost realizate în principal în Canada, dar ceva a fost făcut în alte țări. In experimentele URSS cu oglinzi lichide la sfârșitul anilor 1970 - începutul anilor 1980 și Alexander Vasiliev efectuate Victor Sogokon Universitatea din Harkov: ei au propus o oglindă de stingere oscilație lichid, făcându-le să plutească într-un alt castron castron rotativ - de exemplu, cu apă. Cu toate acestea, acest lucru nu a ajuns la crearea telescopului.

Ceea ce se reflectă în mercur

Cu toate că oportunitățile TZHZ sunt limitate, în universul nostru, există obiecte care vin mereu în atenția telescopului, ori de câte ori a fost trimis. În primul rând, este universul în sine. Sugestii au fost făcute pentru a utiliza TZHZ pentru anchete cosmologice, care ar clarifica structura universului potrivit observațiilor unui număr mare de galaxii și quasari. Din moment ce universul este considerat a fi izotrop (egală în toate direcțiile), este posibil să se limiteze banda îngustă de observații, care înconjoară cerul.

Al doilea obiect, care este vizibila de pe Pământ în toate direcțiile - este atmosfera Pământului. Telescoapele cu oglinzi lichid utilizate pentru a studia proprietățile atmosferei - în particular stratul de sodiu, la o altitudine de 100 km. atomii de sodiu provoacă lumina cu un puls laser, iar această strălucire registre TZHZ și parametrii determină proprietățile stratului de sodiu (o astfel de luminiscență indusă artificial este utilizat cu o optică adaptativă în timpul observațiilor astronomice, astfel încât proprietățile de sodiu trebuie să cunoască strat bine).

În spațiul din apropierea Pământului, există aproximativ 20.000 de obiecte de om, dintre care unii sunt sateliți care operează și fragmente de vehicule spațiale de diferite dimensiuni. telescop ieftine cu o oglindă de lichid ar putea efectua patrule de supraveghere regulate, în speranța că cele mai multe dintre piesele mai devreme sau mai târziu, zbura peste ei, și va fi găsit

Large Telescope Zenith

LZT oglinda telescop este un pahar de plastic de șapte hexagonale și șase segmente triunghiulare. Segmentele prin termoformare este în formă de paraboloid de revoluție, de mercur pentru a minimiza grosimea stratului oglinzii finisate

Suprafața paharului este acoperită cu o rășină epoxidică în sine are o formă parabolică, pentru diferite fracțiuni de milimetru de forma oglinzii dorite. Acest lucru se face pentru a minimiza grosimea necesară a stratului de mercur. Și scopul este nu numai pentru a reduce consumul de mercur. După cum sa menționat deja, ondulațiile de pe lichidul oglindă stins, cu atât mai eficientă este mai mică decât grosimea sa. La grosimea stratului LZT de mercur de șase metri este mai mică de 1,5 mm. Mai puțin nu funcționează, deoarece într-o încercare de a crea un strat subțire excesiv de pauze de mercur în picături individuale, ca un terminator T-1000 (de aici de la ea De altfel, oglinda ar fi transformat ideală).

Chiar deasupra oglinzii pe întreaga suprafață a filmului său orizontal întins transparent. Pentru a obține o lungime (9m) oglindă focală necesară ar trebui să facă o revoluție în circa 8,5 secunde. Aceasta înseamnă că marginea deplasarea oglinzii la o viteză mai mare de 2 m / s, vântul în creștere capabil perturba netezimea suprafeței de mercur. Pelicule de apărare creează o „capcană“ pentru aer, în interiorul căreia este rotit împreună cu oglinda. Filmul, desigur, ea strică imaginea, dar acest lucru trebuie să fie tolerată.

pour oglinda

Pregătirea oglindă începe cu faptul că LZT castron turnat în aproximativ 100 de litri de mercur. Este amuzant că puterea motorului nu este suficient pentru a aduce cupa în mișcare, și pentru că a fost inițial relaxați-vă manual. După aproximativ o oră de rotație a oglinzii este stabilizată și o procedură de două zile începe pomparea de mercur pentru a aduce oglinda la grosimea minimă (grosimea inițială - aproximativ 3,5 mm). După suprafața oglinzii de stabilizare formează oxid de mercur pe acesta de film, care preia în mod substanțial evaporarea metalului, astfel încât se poate face câteva zile după derularea oglinzii de lângă el, fără a lua măsuri de protecție speciale. reflectanta de mercur (aproximativ 70%) mai mică decât stratul de aluminiu proaspăt aplicat. Dar în timp, aluminiul devine tulbure, și reflexie acesteia scade. În acest caz, procedura este Aluminizarea complicată și costisitoare. Mercurul este de asemenea tulbure, dar oglinda de mercur este posibilă fără probleme și costuri pentru a actualiza cel puțin lunar. LZT telescop este utilizat în prezent pentru cercetare atmosferică în cadrul creării unor sisteme optice adaptive pentru telescoape gigantice TMT și E-ELT. imagini de calitate la LZT a fost medie, dar rețineți că a fost creat în mare parte ca un instrument de testare și, prin urmare, instalat într-o zonă care nu foarte mare succes în ceea ce privește starea atmosferei, la aproximativ 70 km de la Vancouver, la o altitudine de 400 m.

Viitoarele telescoape „lichide“

telescop International oglinda castron cu un lichid (ILMT) este realizat din Kevlar, calibrat pe baza unui polimer expandat. Pentru a face o egalizează mai îndeaproape forma unei oglinzi perfecte, stratul de acoperire din poliuretan prin polimerizare rotațională: lichid monomer este turnat în ceașcă, iar rotația este menținută până când până când se intareste acoperire

Problema este că asamblarea unui astfel de telescop va trebui să efectueze oameni, adică, aspectul său va trebui să aștepte până în momentul când Luna va fi de bază permanentă. Cu toate acestea, în acest caz, de livrare, asamblare și costuri de operare TZHZ este semnificativ mai ieftin decât la fel pentru telescopul convențional. Dar aceasta, desigur, este viitor foarte îndepărtat.

Între timp, se pare că această tehnologie este în mare parte subestimat, cu toate acestea, situația se poate schimba în viitor. preturi astronomice „normale“ telescoapele mari inhiba crearea unor astfel de instrumente, deși nevoia de o oglindă mare este mare. Relativ ieftin și ușor de produs TZHZ mare poate fi o alternativă bună, în special pentru sarcini care nu necesită indicare precisă. Un astfel de telescop, de exemplu, ar putea fi de a efectua supravegherea patrulare regulată a deșeurilor cosmice, în speranța că cele mai multe dintre piesele acoperi mai devreme sau mai târziu, peste ele, și vor fi detectate.

ar putea permite să TZHZ optice suplimentare, cu care se poate extinde suprafața disponibilă la cer mult. Al doilea domeniu de telescoape lichide îmbunătățire este de a învăța cum să se încline. Deoarece mercurul este poate nu funcționează, dar cu oglinzile sub forma unui film de nanoparticule, cum ar fi argint, pe suprafața unui lichid vâscos rotativi astfel de experimente sunt efectuate. Cu toate acestea, desigur, trebuie să ne amintim că toate aceste îmbunătățiri vor lipsi treptat TZHZ principalul lor avantaj - low cost.

De ce nu elibera mercur, stabilizat cu atenție și congelate pentru trecerea la starea solidă. Pe luna, chiar congelare nu este necesară, și opriți căldura numai. De ce nu fac? Geometria suprafeței sub tranziție de compresie și de fază este distorsionată? Crearea unui aliaj de tip Invar ar putea (cu un coeficient practic nul de dilatare termică), dar cu un punct de topire scăzut, cum ar fi mercurul. Aha, și totuși, că a fost chimic rezistent la oxidare la suprafață. Aici ar fi un material ideal pentru acest scop. vise :)

În timpul de solidificare ZHZ ar trebui să se rotească. După răcire, atunci când oglinda este inversată, se va schimba forma modificărilor de suprafață ca și direcția de încărcare. Pentru a evita acest lucru, puteți face o formă parabolică rigid masiv, în care un strat subțire va îngheța ZHZ. Este această formă masivă și rigidă va asigura activitatea unei oglinzi înghețate în diferite poziții. Pentru oglindă plană în timpul congelării ar trebui să fie nici o rotație, astfel încât nu există premise pentru ondulație și restricții privind grosimea stratului.

Aceasta nu reflectă în mod necesar din partea dreaptă. Acesta poate fi realizat din orice material adecvat (rășini epoxidice, sticlă, metale, etc.), apoi o depunere strat reflectorizant de acoperire. Probabil despre trecerea de lichid la materialul în stare solidă, pentru a evita apariția unor tulpini diferite nu la suprafață încă obținute.