Начата разработка жидкого зеркала для лунного телескопа

Рост интереса к освоению Луны в последние годы привел к идее размещения на ее поверхности мощного астрономического инструмента. У такой идеи есть и достоинства, и недостатки. Отсутствие на Луне атмосферы позволяет достигать разрешения, близкого к дифракционному пределу, и проводить наблюдения в широком диапазоне длин волн. С другой стороны, эксплуатация подобного инструмента на Луне будет сопряжена с очевидными проблемами.

Невозможность доставки на Луну прецизионного стеклянного зеркала большой апертуры, масса которого может достигать многих десятков тонн, заставила ученых вспомнить о телескопе с жидким параболическим зеркалом.

В основе идеи создания жидкого главного зеркала для телескопа (Liquid Mirror Telescope, LMT), впервые реализованной физиком-экспериментатором Робертом Вудом почти столетие назад – возможность использования гравитации для формовки параболической поверхности зеркала. При вращении сосуда с жидкостью ее поверхность приобретает форму параболы, фокусное расстояние которой зависит от частоты вращения.

Шлифовка и полировка параболической поверхности твердого зеркала большого диаметра – чрезвычайно сложная, дорогостоящая и длительная процедура, и использование жидких зеркал сулит множество выгод при создании астрономических инструментов экстраординарных инструментов. Телескопы с жидкими зеркалами используются астрономами и в наши дни, крупнейший инструмент такого рода с ртутным зеркалом диаметром 6 м эксплуатируется в университете Британской Колумбии в Ванкувере или 3-метровый LMT в Нью-Мексико. Стоимость его создания составила $1 млн. Стоимость телескопа со стеклянным зеркалом такой же апертуры была бы на два порядка большей.

У жидкого зеркала есть и свои недостатки. Главной из них является то, что оптическая ось жидкого зеркала всегда расположена вертикально, что позволяет наблюдать с его помощью лишь расположенные вблизи зенита объекты либо усложняет конструкцию инструмента.

Одной из проблем является также невозможность использования на Луне ртутного зеркала – в период лунной ночи температура опускается до минус 147 градусов Цельсия. Это намного ниже, чем температура замерзания ртути (минус 38 градусов Цельсия).

Исследовательской группе под руководством Эрманно Борра (Ermanno Borra) из университета Лаваля в Квебеке, Канада, удалось создать металлизированное жидкое зеркало для оптического телескопа. В качестве материала для зеркала была выбрана серийно производимая «ионная» жидкость imidazolium ethylsulphate марки ECOENG 212 с большей, чем у воды, вязкостью.

Для покрытия зеркала алюминием была использована технология термического нанесения в вакууме. Как сообщает New Scientist, единожды покрытое алюминием жидкое зеркало сохраняет свои свойства в течение месяцев и не испаряется в вакууме.

Его отражательная способность сопоставима с аналогичным параметром классических стеклянных зеркал, покрытых алюминием, а температура замерзания составляет минус 98 градусов Цельсия. Для того, чтобы зеркало могло работать на Луне, предстоит снизить температуру замерзания еще на 50 градусов. Еще одной проблемой, которую предстоит решить ученым – повышение отражательной способности в инфракрасном диапазоне.

Долгое время непростой задачей считалось создание механического привода для вращения сосуда с жидкостью, который не передавал бы зеркалу вибрации двигателя. Эта проблема была решена советским ученым, сотрудником Харьковского университета доктором Васильевым, предложившим в 1970-е годы размещать сосуды с жидкостью друг в друге, в виде «матрешки».