Sådan Fungerer Lunar Liquid Mirror Telescopes

{h1}

Lunar væskespejl teleskoper bruger flydende i stedet for glas til det primære spejl. Find ud af, hvordan et måneskibsspejlteleskop kan se længere end hubble-teleskopet.

Siden det blev repareret i 1993, har NASA's Hubble Space Telescope forbløffet forskere og borgere med sine syn på universet, herunder glimt af de langt kendte galakser. Spejlet i Hubble er dog relativt lille ved 94,5 tommer (næsten 8 fod) på tværs af, en begrænsning, der har opfordret NASA til at tænke større. James Webb Space Telescope, slated til en 2013-lancering, vil prale af et 20 fods spejl, der kan levere syv gange Hubble's lysopsamlingsområde.

Men NASA overvejer også en mere spændende løsning - en speciel type reflekterende teleskop, der bruger en væske, ikke glas, som det primære spejl. Kendt som en flydende spejl teleskop (LMT), ville det ikke se plads fra Jordens kredsløb, som Hubble gør. I stedet ville det kigge ind i universet fra månens overflade. Teleskopet vil være overalt fra 66 fod til 328 meter bredt, hvilket gør det til det største teleskop kendt for manden. Det ville samle 1,736 gange mere lys end Hubble og trænge ind i universets dybder for at se objekter næsten lige så gamle som Big Bang.

Denne artikel vil forklare, hvordan et flydende spejl teleskop fungerer. Det vil se på strukturen og funktionen af ​​en LMT, men det vil gøre det i lyset af en månebaseret implementering. Hvordan i verden bygger man et teleskop på månen? Hvor svært bliver det at bygge en LMT på månen? Og m-ost vigtigst, hvilke muligheder kan et måneskoteleskop give?

-

Video Galleri: Teleskoper

I en flyvemaskine hangar i Columbus, Ohio, er omkring 80 tons stål-, elektronik- og kryogenudstyr i stand til at komme sammen - og deponere en ounce aluminium i en hviske tynd belægning på et gigantisk teleskop spejl.

Se denne video fra NASA Brain Bites for at lære, hvordan du kan se den internationale rumstation fra jorden.

Hvad er et Liquid Mirror Telescope?

En 3 meter LMT i New Mexico (nu lukket)

En 3 meter LMT i New Mexico (nu lukket)

I princippet er en LMT ikke anderledes end et normalt reflekterende teleskop. Tjek hvordan teleskoper arbejder for en grundig forklaring på teleskoper. Her er en hurtig omgang.

EN reflekterende teleskop bruger spejle til at se fjerne objekter. Et primært spejl samler lys fra objektet, mens et sekundært spejl fokuserer billedet på okularet. I en konventionel reflektor fremstilles det primære spejl ved omhyggeligt slibning og polering af glas til den ønskede form, sædvanligvis en parabola. Når glasset er fremstillet, en proces kendt som aluminisering gør det reflekterende. Aluminering involverer fordampning af aluminium i et vakuum, hvilket forårsager en film af metal, der er ca. 100 nanometer tyk for at blive aflejret på glasset. Fejl i spejlproduktionen kan påvirke, hvordan teleskopet udfører. Dette var spørgsmålet med Hubble: Kurven i dets primære spejl var slukket af blot en brøkdel af hårets bredde, hvilket fik lys til at reflektere væk fra spidsens centrum, hvilket resulterede i slørede billeder.

Et flydende spejl teleskop, som navnet antyder, anvender et flydende, ikke aluminiseret glas, som dets primære spejl. Væsken, som regel kviksølv, hældes i en roterende skål. Rotationen skaber to grundlæggende kræfter, der handler om kviksølv - tyngdekraft og inerti. Gravity trækker ned på væsken overflade, mens inerti trækker væsken sidelæns i kanten af ​​parabolantenne. Som et resultat danner væsken en ensartet og perfekt parabola, den ideelle reflekterende overflade til et teleskop. Bedst af alt er væskespejlet overfladen glat og fejlfri med ringe eller ingen vedligeholdelse. Hvis væsken forstyrres, vil tyngdekraften og inertien virke på væsken for at returnere den til sin oprindelige tilstand.

Ernesto Capocci, en italiensk astronom, var den første person til at beskrive, hvordan en LMT kunne arbejde i 1850. Han tænkte på ideen efter at have læst om eksperimenter, udført af Isaac Newton og andre, der involverer spinding af væsker. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede byggede den amerikanske fysiker R.W. Wood faktisk hvad Capocci havde beskrevet 50 år tidligere. Woods LMT fremhævede et et centimeter lag kviksølv placeret i en roterende skål. Han var i stand til at observere månen, men bemærkede, at billedet blev forvrænget. Moderne astronomer lærte, at billedkvaliteten af ​​en LMT blev forbedret betydeligt, hvis der blev brugt et tyndere lag kviksølv, så dagens LMT'er bruger et 1 millimeter lag kviksølv.

-

Fordelene ved Liquid Mirror Telescopes

Den største fordel ved en LMT er dens relative lave omkostninger. Flydende teleskoper koster meget mindre at bygge end polerede aluminium spejle af samme størrelse. For eksempel bragte Large Zenith Telescope en pris på $ 1 mio. Et tilsvarende glas spejl teleskop ville koste 100 gange så meget at bygge. Og LMT'er koster mindre at vedligeholde, hovedsagelig fordi det flydende spejl ikke behøver at blive rengjort, justeret eller aluminiseret.

Selvfølgelig er der nogle ulemper. Kviksølv er yderst toksisk, så der arbejdes med nogle langsigtede sundhedsrisici. Ikke kun det, skålen med kvicksilver kan kun vippes hidtil, før væsken spildes ud. Dette begrænser udsigten til en LMT, som kun kan se lige op.

The Large Zenith Telescope

The Large Zenith Telescope

The Large Zenith Telescope

Den største LMT på Jorden er Stort Zenith Teleskop i British Columbia. Dens spindevæske spejl er næsten 20 meter tværs og vejer tre tons, hvilket gør det til det tredjestørste teleskop i Nordamerika. Skålen, der indeholder kviksølv, er fremstillet af sekskantede segmenter limet sammen for at danne en skal. Hvert stykke har en skumkerne med høj densitet dækket af glasfiber.For at give skallen en konkav form, opvarmes den i en stor ovn. En væg ved spejlets kant forhindrer kviksølv i at spilde.

Et stålbøjle og 19 justerbare puder understøtter fadet. Trussen er igen støttet af et rustfrit stål luftlager designet kun til Large Zenith Telescope. Et luftlager er en speciel type leje, der bruger en tynd film af trykluft som smøremiddel rundt om akslen, der vender spejlet. Normale lejer, der bruger olie smøremidler, er mindre effektive, fordi de producerer vibrationer og ustabile rotationer, der forringer billedkvaliteten. Som en nulfriktionsløsning eliminerer et luftlager disse problemer, hvilket fører til en perfekt glat, vibrationsfri rotation. En indbygget børsteløs DC-motor drejer luftlejespindlen og kan dreje en belastning på op til 10 tons ved ca. 10 omdrejninger pr. Minut.

Sådan fungerer Lunar Liquid Mirror Telescopes: mirror

-Six støtteben fastgør det primære spejl til en ring øverst på teleskopet. Ringen understøtter detektoren og en mindre brydningsobjektiv, der hjælper med at fokusere billedet. Detektoren indbefatter a charge-coupled device (CCD), som samler lysets fotoner og konverterer dem til billedelementer eller pixels. Disse pixels overføres til en computerskærm og pieced sammen for at danne et billede, som kan manipuleres og forbedres for at forbedre billeddetaljen. Computeren er ikke anbragt i teleskopets observatoriestruktur, men i en nærliggende bygning.

Det ene problem med Large Zenith Telescope - et problem det deler med alle jordbundne teleskoper - er dens placering. Selv i en højde på 1.295 fod, skjuler atmosfæren stadig sin udsigt over himlen. Hvis et flydende spejlteleskop kunne placeres på månen, hvor der ikke er nogen atmosfære til at blokere ultraviolet, infrarød og andre former for energi, kan det give endnu mere spektakulære resultater. Men som vi vil se i næste afsnit, er det at opbygge en LMT på månen sine egne udfordringer.

Hvad er et Lunar Liquid Mirror Telescope?

En NASA-gengivelse af et måneskibsspejlteleskop

En NASA-gengivelse af et måneskibsspejlteleskop

Et flydende spejl teleskop bygget på månens overflade er a månens flydende spejl teleskop (LLMT). Det er virkelig ikke anderledes end Large Zenith Telescope beskrevet i sidste afsnit, bortset fra at den valgte væske skal have lige de rigtige egenskaber, hvis den skal forblive væskende i månens hårde klima. Kviksølv vil ikke fungere, fordi dets frysepunkt er -101.966° F (-74.43° C). Den lave temperatur på månen kan nå -243° F (-153° C), så kviksølv ville størkne, hvilket gør det et uacceptabelt valg for det primære spejl.

- Forskere har tidligere opdaget en klasse væsker, der muliggør en LLMT. De er kendt som ioniske væsker, og de har disse vigtige egenskaber:

  • De er flydende ved temperaturer under -212° F (-136° C).
  • De er sammensat udelukkende af ioner.
  • De har ingen damptryk ved stuetemperatur eller under, hvilket betyder, at de ikke vil fordampe.
  • De er meget viskøse.

Vigtigst er det, at ioniske væsker kan belægges med materialer, som giver dem høj reflektivitet. Én ionisk væske, der viser løfte, er 1-ethyl-3-methyl-

midazoliumethylsulfat, kommercielt kendt som ECOENG 212. ECOENG 212 kan belægges i sølv, hvilket gør det meget reflekterende. Dens reflektivitet kan forbedres endnu mere ved at deponere en film af krom først, efterfulgt af sølv. ECOENG 212 har et frysepunkt på -144° F (-98° C), så det kan stadig størkne i månens bitterkalde temperaturer. I betragtning af at der er millioner af ioniske væsker, føler forskerne, at de vil finde en anden kandidat med en bedre frysepunktprofil.

De skal også finde en anden måde at understøtte det primære spejl. Luftlejeren, der anvendes i Large Zenith Telescope, virker ikke på månen, fordi der ikke er luft til at foder systemet. En løsning ville være et superledende magnetisk leje. Et sådant leje er baseret på den samme teknologi, der anvendes i maglev-køretøjer, som bruger et magnetfelt til at levitere et køretøj over en føringsbane. I dette tilfælde skaber magnetfeltet en nulfriktionspude mellem spindlen og dens hus.

Selvfølgelig skal alle disse materialer sendes af raket til månen og samles der. Selv om der tages højde for dette, udgør et flydende spejlteleskop langt færre logistiske problemer end et konventionelt reflekterende teleskop af glas. Spejlet, fordi det er flydende, vil simpelthen blive båret i en krukke og opbevaret, indtil teleskopinfrastrukturen er klar. Så vil en astronaut hælde væsken i skålen for at danne det primære spejl. Trussystemet, der bruges til at støtte skålen og spejlet, kunne forbygges og indsættes robotisk, dets rammer udfolder sig som en paraply åbnes. Men ved at bruge en robot til at bygge en LMT på månen ville det kræve, at instrumentet forbliver ret lille. Som vi vil se i næste afsnit, er LMT, der er forestillet af astronomer og NASA-ingeniører, alt andet end lille.

Hvad vil Lunar Liquid Mirror Telescope se?

Billede af stjerner og galakser taget med 6 meter LMT ved University of British Columbia

Billede af stjerner og galakser taget med 6 meter LMT ved University of British Columbia

Et flydende spejlteleskop placeret på månen har øjeblikkeligt en stor fordel over et jordbundet teleskop: Det er fri for atmosfærisk forvrængning, som påvirker himmelske billeder. Af samme grund kan den også registrere flere former for elektromagnetisk energi. De fleste typer elektromagnetisk stråling, bortset fra synligt lys og radiobølger, absorberes af Jordens atmosfære. På månen, som slet ikke har nogen atmosfære, vil et teleskop blive udsat for det fulde spektrum af elektromagnetisk stråling - gammastråler, røntgenstråler, ultraviolet lys, synligt lys, infrarød stråling, mikrobølger og radiobølger.

Et teleskop, der bruger en ionisk væske som dets primære spejl, ville være særligt følsomme for synligt lys og infrarød stråling. Dette ville være vigtigt for at observere universets fjerneste genstande, som bevæger sig hurtigt væk fra Jorden. Doppler-effekten får dem til at skabe stråling i længere bølgelængde, infrarød del af spektret.

Størrelsen er også en nøglefaktor. I månens lavt tyngdekraft er det meget nemmere at bygge store strukturer. Teamet der designer LLMT mener, at det kan bygge et primært flydende spejl, der er 66 fod til 328 meter bredt. Et sådant spejl ville være i stand til at observere objekter 100 til 1000 gange svagere end den næste generation af teleskoper - herunder James Webb Space Telescope - er i stand til. Det betyder, at astronomer kunne bruge instrumentet til at kigge dybere ind i rum og tid end nogensinde før. For første gang kunne vi opdage universets meget tidlige faser lige efter Big Bang og udvide vores forståelse for, hvordan det nyligt dannede univers optrådte.

Hvornår kan et Lunar Liquid Mirror Telescope blive en virkelighed?

LLMT er lige nu et koncept. Projektet har modtaget finansiering fra NASA Institut for Advanced Concepts for en undersøgelse for at vise, hvordan et teleskop på månen kan understøtte astronomi. Dette er vigtigt, fordi månen er det første mål i Vision for Space Exploration, et initiativ, der søger at gå ud over jordens kredsløb med henblik på menneskelig efterforskning og videnskabelig opdagelse. Hvis NASA kan påvise, at månepostposter ville være praktisk, både økonomisk og videnskabelig, ville offentligheden - og i sidste ende kongres --- være villig til at vise passende økonomisk støtte.

Et månevæskespejlteleskop er blandt flere projekter, som vil hjælpe NASA med at bevise muligheden for rumforskning. Alligevel må det tidligste, der kunne udnyttes, være 2020. Indtil da skal astronomer være tilfredse med flydende spejlteleskoper, såsom Large Zenith Telescope, der ser himlen fra Jorden.

For at finde ud af mere om månens flydende spejl teleskoper, se linkene på næste side.

- -

  • UBC Liquid Mirror Telescope Hjemmeside
  • Flydende spejle
  • The Large Zenith Telescope
  • NASA Orbital Debris Observatory
  • NIAC

-


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com