Телескопи с течни лещи е как работи

Един от най-трудните етапи на създаването на големи телескопи - е да се получи точната форма на огледалото. Но има и много по-прост и евтин начин да се направи параболична повърхност - отпуснете в кръгла съд с течност. Имате ли "бъдеще течни телескопи?

Кой в света, е създаването на няколко телескопа, диаметрите на лещите, които се измерват с десетки метра. Какво е забележителна: въпреки общия бързото технологично развитие на човечеството, стъпки за увеличаване на максималния диаметър на обектива на телескопа все още става на интервали от няколко века. Причината е проста - с увеличаване на диаметъра се увеличава на обектива не само научните продукти на телескопа, но и цената му. Ако стойността на съществуващите инструменти мултицет лещи се измерва в стотици милиони долари, бъдещето виси на megateleskopah вече милиарди тагове.

проблеми гиганти

Не е изненадващо, идеята дизайн непрекъснато се търсят начини за намаляване на разходите за такива скъпи играчки астрономически. Тъй като нашата всичко - от диаметъра на обектива, че е естествено да се опита да увеличи размера на "очите" на телескопа, за сметка на жертват други функции. Примерите включват Хоби-Eberly телескопа (САЩ), Южноафриканската Large Telescope (Южна Африка) и LAMOST телескопа (Китай). Тези средства не са в пълен кръг, това е, за разлика от класическата телескопа, фиксирани спрямо една от двете оси на въртене, и следователно лишен от възможността по всяко време да бъде предизвикана от която и да е точка на небето видимо полукълбо. Разбира се, такова фиксиране налага значителни ограничения, но с помощта на добре програма за наблюдения обмислена можете да ги направите не толкова критичен. Когато тази стойност се намалява няколко пъти в сравнение с пълен телескоп. Въпреки това, има един по-радикален начин да се намали цената на един астрономически инструмент.

В съвременните телескопи, обикновено под формата на леща с помощта на вдлъбнато огледало. За да се отразяват фокусирани лъчи, отразени от тях, това е, за да ги намали до точка, той трябва да приеме формата на параболоид на революцията. Първоначално огледала за телескопи от специални гласове бронзови степени и след дълга и досадна земята до желаната форма. В средата на XIX век, след изобретяването на процедурата за осребряване огледала започна да се прави от стъкло, което е много по-лесно да се кълчи, но и до днес един от най-трудните етапи на създаването на огледалото на телескопа е да се даде точна форма. Така грешки в формата на повърхността трябва да бъде значително по-малки от дължината на вълната на отразената светлина, и е във видимия диапазон е само 0,5 микрона. Представете си задача - да се полира повърхността на десетки квадратни метра с микрон точност!

Старата представа,

Много по-прост и евтин метод за получаване на параболична отражателна повърхност е изобретен от Нютон. Често спокойна повърхност на водата в сравнение с огледалото, като се предполага, че неговата повърхност е идеално гладка и равна. Ако вода или друга течност за размотавам в кръгла контейнер, повърхността му ще се параболична форма, с изключение на ръбовете, където ще нарушават повърхностното напрежение. Въпреки това, в ниския коефициент на отражение на вода, най-малко за лъчи инцидент почти перпендикулярно на повърхността, но водата може да бъде заменен с отразяващ течност.

Смята се, че първата идея за създаване на въртящ живак огледало телескоп изразена през 1850 италианският астроном Ернесто Kapotstsi. е въведена Успешното изпълнение на огледалото през 1872 г. в Нова Зеландия Хенри Skeem и астрономически наблюдения върху телескопа живак за първи път проведе Робърт Vud в началото на ХХ век. Като описва своите експерименти през 1909 г., Дърво се отбележи, че астрономите винаги са възприемани идеята за течно огледало като на шега за всяко качество на наблюденията може да се обсъжда, ако повърхността при най-малкото външно смущение се появява вълни?

Сам Ууд за справяне с този проблем, тъй като самият той пише: "само да се забавляват по време на летните месеци." Това идентифицира основните източници на поява на вълни по повърхността на огледалото: вибрациите от огледалата на двигателя и окачването, не-хоризонтално подреждане на ротационен чашата с живак и неправилна оборотите на двигателя - и показа, че всички от тях могат да бъдат значително намалени и добре проектирана телескоп грижи за производство. Чрез вълните създадени от телескопа механизми трябва да добавите външни смущения: най-големия телескоп Дърво с 20-инчов огледало е бил инсталиран в оживено място в Лонг Айлънд (САЩ) и така се разтресе и от прибоя, а от преминаване каруци и дори от минувачите стъпки. Дърво предложи два метода за обезвреждане на огледалото за остатъчен трептене. Първият е да се направи слой на живак в купата като тънък възможно: тънка огледалото на живак, по-ниска пулсации. Вторият метод включва покриване на живак е течност, която би погасява трептения - като вода или глицерол.

Дърво донесе непостоянния си телескоп до съвършенство, се оказа, че тя дава на качеството на изображението не е по-лошо от "нормално". и той се отказва от работата. Технически трудности са преодолени, научната стойност на фиксираната телескоп, насочен към зенита, остава напълно някакво влияние. Идеята на ротационното огледало живак е бил забравен в продължение на десетилетия.

Това не означава, че живакът е напълно изчезнал от астрономическите статии. Той е широко използван в така наречените живак хоризонти фотографски зенита тръба (LFT). Спокойно живак повърхност по дефиниция е успоредна на хоризонталната равнина, и тя може да се използва за точно ръководство на обектива в зенита се изисква при определени astrometrical наблюдения. Но идеята за използването на живак като материал за телескоп обектив възкръсне едва в началото на 1980 г., благодарение на ученият Ermanno Borra на университета Лавал (Канада).

фиксирани забележителности

Астрономите не сте доволни от такъв инструмент? На първо място - невъзможността да сочи към произволен обект. Въпреки, че през нощта, а през годината набор от преминаваща светлина почти зоната се променя, тя остава ограничена. В допълнение, телескоп с течно огледало (TZHZ) не може да донесе дори обектите включват в полезрението му. Те ще плуват над телескопа на извитите пътища (ако телескопа не е на екватора). Докато използва фотографски плаки, това е възможно само да се разчита на снимки на звездните песни, и да се възползват от тях не е особено голям.

Ситуацията се е променила, когато заместват photoplates радиационни детектори са дошли нов тип въз основа на заряд в съчетание устройства (CCD). Фоточувствителни елементи - пиксела - приемник CCD са подредени в серия от отделни линии, представляващи CCD. В конвенционалната изображение времето изтича стрелба се чете едновременно по всички линии. Поради въртенето на графични движи Земята през небето, телескопа по време на експозицията трябва да бъде включен след нея. Такъв режим на запис се нарича режим на проследяване. Тя ви позволява да правите снимки с почти неограничен времето на експозиция при спазване на най-бледите обекти.

Въпреки това, едновременното четене на изображения от всички линии не е задължително. Ако една звезда, галактика, или всеки друг обект "пълзи" от матрицата през линиите, изображението може да се чете от тях на свой ред, а след това сгъната в общата картина. Този режим на снимане се нарича сканиране, защото телескопа като тя сканира небето. Ако се интересувате от конкретен небесен обект, режим на сканиране не е особено полезно, но по време на това, в някои случаи дори по-практично режим на проследяване и сега се използва широко геодезически наблюдения. Въпреки това, в режим на сканиране, времето на експозиция се ограничава само до момента на преминаване от една звезда до другия край на матрицата, но тя може да бъде увеличена чрез добавяне на снимки на една и съща област на небето, получена по различни нощи. В допълнение, времето за ограничен запис на телескопи с течни огледала се компенсира от възможността за извършването на тези огледала са много големи.

До края на ХХ век пристигна и въздушни лагери, за свеждане до минимум на триенето по време на въртене на купата с живак, и синхронни електродвигатели, предоставяйки висока ротация стабилност. Основните пречки пред качеството на течните огледало, описан от дърво, сега се преодоляват много по-лесно и по-добри, отколкото в началото на ХХ век. Започвайки от 1980 г., в различни лаборатории са били създадени повече и повече големи огледала, които постепенно стават основа за създаването на модерни живачни телескопи. Тези работи са извършени главно в Канада, но нещо не е направено в други страни. В СССР експерименти с течни огледала в края на 1970 - началото на 1980 г., проведени Василиев и Александър Виктор Sogokon университет Харков: те са предложили огледало течност за закаляване на трептене, като ги кара да плаваш купа в друга купа се върти - например, с вода. Въпреки това, тази работа не се стигна до създаването на телескопа.

Което е отразено в живакът

Въпреки възможности TZHZ са ограничени, в нашата вселена, има обекти, които винаги идват на вниманието на телескопа, там, където той е бил изпратен. На първо място, това е самата вселена. Предложения са направени да се използва TZHZ за космологичните проучвания, които да изясняват структурата на вселената според наблюденията на голям брой галактики и квазари. Тъй като Вселената се счита за изотропно (равно във всички посоки), е възможно да се ограничи тясната ивица наблюдения, опасваща небето.

Вторият обект, който се вижда от Земята във всички посоки - това е атмосферата на Земята. Телескопи с течни огледала използвани за изследване свойства на атмосферата - специално натриев слой на надморска височина от 100 км. Натриев атома причинява светлина с лазерен импулс и това подгряващи TZHZ регистри и нейните параметри се определят свойствата на натриев слой (като изкуствено предизвикана луминесценция се използва с адаптивна оптика време астрономически наблюдения, така че свойствата на натрий трябва да знаят и слой).

В околоземното пространство, има около 20 000 човека обекти, някои от които са действащи спътници и фрагменти от космически апарати с различни размери. Евтини телескоп с течно огледало може да извършва редовни патрули за наблюдение, с надеждата, че повечето от парчетата рано или късно да прелитат над тях и ще се намери

Голям Зенит телескоп

LZT телескоп огледало е пластмасова чаша от седем шестоъгълна и шест триъгълни сегменти. Сегменти чрез термоформоване е оформени параболоид на въртене, на живак за свеждане до минимум на дебелината слой на крайния огледалото

Повърхността на чашата е покрит с епоксидна смола се има параболична форма, различни части от милиметъра от желания огледало форма. Това се прави, за да се намали необходимата дебелина на слоя от живак. И целта е не само да се намали консумацията на живак. Както вече беше споменато, на вълните на огледало течност гаси, толкова по-ефективно е по-малко от нейната дебелина. В шест метра дебелина LZT живак слой е по-малка от 1.5 mm. По-малко не работят, тъй като в опит да се създаде изключително тънък слой от живак се разпада на отделни капки, като терминатор T-1000 (тук от него Между другото, огледалото ще се превърне идеален).

Точно над огледалото по цялата площ на опънато хоризонтално прозрачен филм. За да се получи желаната дължина на фокуса (9 м) огледалото трябва да се направи една революция в около 8,5 секунди. Това означава, че краят на огледалото се движи със скорост над 2 м / сек, повишаването на вятъра в състояние да наруши гладкостта на повърхността на живак. Ленти защитни създава "капан" за въздух, във вътрешността на който се върти заедно с огледалото. Филмът, разбира се, тя се разваля имиджа, но това трябва да бъде толерирана.

излее огледалото

Подготовка огледало започва с факта, че LZT на купа излива в около 100 литра на живак. Това е смешно, че мощността на двигателя не е достатъчно, за да донесе купата в движение, и защото тя е първоначално да се отпуснете и ръчно. След около час на въртене на огледалото се стабилизира, и процедура двудневно започва изпомпване на живак за привеждане на огледалото на минималната дебелина (първоначална дебелина - около 3.5 mm). След стабилизиране огледало повърхност формира живачен оксид филм върху нея, която по същество е на изпаряване на метала, така че може да бъде няколко дни след развиването на огледалото до него, без да се вземат специални предпазни мерки. живак отражение (около 70%) по-малко от прясно прилага алуминиево покритие. Но с течение на времето, алуминият става замъглен, и неговото отражение пада. В този случай, процедурата е сложна и скъпа Алитиране. Меркурий също е облачно, но живак огледало е възможно, без никакви проблеми и разходи за актуализиране на данните най-малко веднъж месечно. LZT телескоп в момента се използва за атмосферни изследвания в рамките на създаването на адаптивни системи оптика за гигантски телескопи ТМТ и E-ELT. изображения качество на LZT е средно, но имайте предвид, че той е създаден главно като инструмент за тест и затова инсталиран в зона, не много успешен от гледна точка на състоянието на атмосферата, на около 70 км от Ванкувър, на надморска височина от 400 м.

Бъдещите "течни" телескопи

Международна купа огледало телескоп с течност (ILMT) е изработен от кевлар, калибриран на базата на разпенен полимер. За да бъде най-много съответства на формата на перфектно огледало, неговата полиуретан покривен слой от въртене полимеризация: мономер течност се излива в чашата, и въртенето се поддържа дотогава, докато се втвърдява покриващите

Проблемът е, че монтажа на такъв телескоп ще трябва да носят хора, тоест, появата му ще трябва да почака, докато дойде времето, когато Луната ще бъде постоянна база. Въпреки това, в този случай, доставка, монтаж и експлоатация TZHZ цена е значително по-евтино от една и съща за конвенционалния телескопа. Но това, разбира се, това е много далечно бъдеще.

В същото време, изглежда, че тази технология до голяма степен се подценява, обаче, ситуацията може да се промени в бъдеще. Астрономически цени "нормални" големи телескопи възпрепятстват създаването на такива инструменти, въпреки необходимостта от голямо огледало е висока. Сравнително евтин и лесен за производство на голям TZHZ може да бъде добра алтернатива, особено за задачи, които не изискват прецизно насочване. Такава телескоп, например, може да е за провеждане на редовно наблюдение патрул на космическите отпадъци, с надеждата, че повечето от парчетата рано или късно да прелитат над тях и ще бъдат открити.

би могло да се даде възможност TZHZ до допълнителни оптика, с които можете да се разшири наличната площ към небето много. Втората област на подобрение течни телескопи е да се научите как да се накланя. Тъй живак може би не се работи, но с огледалата под формата на филм от наночастици, като сребро, от повърхността на въртящите се вискозна течност такива експерименти се провеждат. Но, разбира се, ние трябва да помним, че всички тези подобрения постепенно ще лиши TZHZ основната им предимство - ниска цена.

Защо не отприщи живак, стабилизиран и внимателно замразени за преход към твърдо състояние. На Луната дори замразяване не е необходимо, и да изключите само жегата. Защо не направите? Геометрията на повърхността под натиск и фазов преход е нарушена? Създаване сплав Invar тип може (с практически нулев коефициент на термично разширение), но с ниска точка на топене, като живак. Аха, и още, че е химически устойчив на повърхността окисление. Тук ще бъде идеален материал за тази цел. мечти :)

По време на втвърдяването ZHZ трябва да се върти. След охлаждане, когато огледалото е обърната, тя ще се промени формата на промените на повърхността като посоката на натоварване. За да избегнете това, можете да направите масивна схванат параболична форма, в която тънък слой ще замръзне ZHZ. Именно тази масивна и твърда форма ще гарантира работата на замръзнало огледало на различни позиции. За плоско огледало по време на замразяване трябва да бъде не въртене, така че няма предпоставки за пулсации и ограничения от дебелината на слоя.

Не е задължително да отразява отдясно. Той може да бъде направен от всякакъв подходящ материал (епоксидна смола, стъкло, метали и т.н.), след това отразяващ покривен слой отлагане. Вероятно за прехода от течността към състояние материал твърдо вещество да се избегне появата на различни щамове не повърхностно получен.