月球上的液体望远镜

[ 录入者:zhoumeichun | 时间:2008-03-10 13:57:20 | 作者: | 来源: | 浏览:2765次 ]

原文标题: Liquid Mirror Telescopes on the Moon

作者:Trudy E. Bell   原文来自:http://science.nasa.gov/   Posted: 2008. 10. 9

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,文章有删节,未经许可请勿转载。)

2008年10月9日:一个由世界知名天文学家以及光学专家组成的 小组可能已经找到了一种方法,能够在月球上建造“难以置信般庞大”的 望远镜。

加拿大魁北克拉瓦勒大学光学实验室的 物理学教授Ermanno F. Borra说:“这太简单了。艾萨克·牛顿已经知道,置于转速恒定的 浅容器中的 任何液体,都会自然形成抛物面形状——这与望远镜将星 光会聚到焦点所需要的 形状一样。对于建造大型月基天文台来说,这可能是关键所在。”

自1992年起就开始研究液体镜面的 Borra与NASA艾姆斯研究中心的 负责人Simon P. "Pete" Worden是提出旋转概念的 小组的 成员。

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艺术家笔下月球上旋转的 液体望远镜。(图片提供:不列颠哥伦比亚大学)

在地球上,如果容器严格保持水平并置于低振动、低空气阻尼机构上(由转速稳定的 同步电机带动),液体镜面可以做得非常平滑。Borra说:“它并不需要转得太快。4米反射镜是我在实验室中造出的 最大镜面,其边缘每小时只运动3英里,这与快走的 速度相当。在月球的 低重力环境下,它还可以转得更慢。”

地球上的 大多数液体望远镜都使用水银。在室温下,水银保持液态,可以反射约75%的 入射光,这几乎与银一样好。地球上最大的 液体望远镜是加拿大不列颠哥伦比亚大学的 大型天顶望远镜,直径6米——这比加州帕洛玛天文台著名的 200英寸海耳望远镜还要大20%。当2005年完工时,加拿大这座帕洛玛级的 液体望远镜建造花费不到100万美元——只是同样口径固体望远镜花消的 百分之几——而这一点上,只是1948年帕洛玛天文台开销的 六分之一。

这笔帐让天文学家坐起身来,想出了月球天文台的 计划。

Worden回忆道:“在2006年我前往NASA之前,我仍旧是亚利桑那大学的 教授,这时就已经开始了我们(与Borra)的 研究。这一方法真正的 吸引力是,我们可以在月球上建造大到难以置信的 望远镜。”

水银在月球上无法使用:它密度很大,因此过重而难以发射,非常昂贵,而暴露在月球的 真空环境下会很快蒸发。但在近年来,Borra与他的 同事对一类名为离子液体的 有机化合物进行了实验。Borra解释说:“离子液体基本上就是融化的 盐。它们的 蒸发率几乎为0,因此在月面真空下不会蒸发。在极低的 温度下,它们还可以保持液态。”现在,他与同事正试图合成在液氮温度下仍然保持融化状态的 离子液体。

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不列颠哥伦比亚大学的 6米大型天顶望远镜使用液体镜面扫描天空。更多请点击,(图片提供:NASA)

环绕太阳飞行的 尤利西斯能够以其他探测器所不能的 方式覆盖全部太阳纬度范围,可以在整个太阳活动周期间监视极地风——而它的 表现有些奇怪。

Posner解释说:“11年前,在类似的 太阳活动周交替突变之时,极地风几乎正冲着太阳赤道流下。但这次没有。极地风被束缚住了,限制在45度的 纬度之上。”数据请点击

离子液体的 密度比水银小得多,只比水略重。虽然它们本身的 反射率并不高,却可以在旋转着的 离子液体镜表面镀上一层极薄的 银,就好象是固体镜面那样。最奇怪的 是,银层非常薄,只有50至100纳米厚……实际上它可以起巩固的 作用。在太空的 真空环境中,镀有银质薄层的 液体镜既不会蒸发,也不会失去光泽。

液体望远镜不能偏离水平,因为这样的 话液体就会流出,破坏镜面。但这并不意味着液体望远镜不能指向。现在,光学设计师正在测试由电子机械方式弯曲的 的 副镜(悬在液体镜上方)甚至是略微弯曲的 液体镜本身,以对准偏离垂直角度的 地方。类似的 技术用于波多黎各阿雷西博射电望远镜的 指向。

而且Borra说:“如果望远镜位于极点以外的 任何地方,地球或月球每旋转一周,它就可以扫描天空中的 一条环带。而月球的 自转轴还会以18.6年的 周期摆动,因此在18.6年内,望远镜实际上可以看到相当一部分天区。”

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右图:波多黎各1000英尺的 阿雷西博射电望远镜不能移动,但仍旧可以使用可动的 副镜扫描天空中一条宽阔的 条带。月基液体望远镜可能会使用类似的 技术。(图片提供:NASA)

在月球极点附近安置大型液体望远镜是非常吸引人的 。望远镜本身可以坐落在永久处于阴影的 环形山中,它在这里能保持低温,合乎最佳的 红外天文学需要。而太阳能电池板可以竖立在附近永久处于阳光下的 山峰上,为保持镜面的 旋转提供能源。

由于液体望远镜时刻是径直朝上看的 ,这大大简化了其建造,也因为减少了可操空望远镜所需的 沉重支架、齿轮和指向控制系 统而减轻了重量。Borra说:“你所需要的 只是液体容器(可能是个类似雨伞的 装置,可以自我打开),另外还有一套几乎无摩擦的 超导支撑设备外加驱动马达。”Worden估计,20米月基望远镜所需要的 全部家什“只有几吨,在2020年代,可以由一枚战神5号火箭带上月球。”未来的 望远镜镜面可能会达到100米直径——这比足球场还要大。

Borra惊呼:“那样大的 镜面可以追溯到宇宙极其年轻的 时代,只有5亿岁,第一代恒星 与星 系 正在形成。更多潜在的 兴奋纯粹是运气,也就是我们可能发现我们无法期待的 东西。”

Worden说:“在月球上建造大型望远镜一直以来都是科幻概念,但它很快就会变成现实了。”

(全文完)

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