211service.com
Smälta speglar
Kanadensiska forskare har utvecklat en vätskespegel som kan fungera i ett framtida teleskop på månen, vilket gör att forskare kan titta tillbaka in i universums ursprung med extraordinär klarhet. Teleskop som förlitar sig på flytande speglar kan vara hundratals gånger kraftfullare än de med glasspeglar - för samma kostnad - och de borde vara lättare att montera i rymden.
Smält spegel: En flytande spegel som denna två-tums silverbelagda saltpool kan möjliggöra ett kraftfullt, månbaserat teleskop.
Ett vätskespegelteleskop kan avslöja mycket svagare föremål än vad Hubble-teleskopet kan, säger Ermanno F. Borra , en fysikprofessor vid Université Laval, i Quebec, som leder utvecklingen av den nya spegeln. Kraften hos ett teleskop är proportionell mot ytan på dess spegel. James Webb-teleskopet, som är planerat att lanseras 2013 och är mycket kraftfullare än Hubble, har en diameter på cirka sex meter. (Se Giant Mirror for a New Space Telescope .) Ett månvätskespegelteleskop kan vara så stort som 20 till 100 meter, säger Borra.
Vätskespegeln, som finansierades av NASA, består av en pool av en jonisk vätska belagd med en film av silver. Sådana joniska vätskor är kolhaltiga salter som fryser endast vid mycket låga temperaturer och har mycket hög viskositet. Saltet som används i Laval-spegeln är flytande ner till -150 ºC och avdunstar inte under rumstemperatur, inte ens i ett vakuum – vilket tyder på att det skulle kunna motstå månens hårda miljö.
Det finns två begränsningar för kosmologernas observationer av det tidiga universum: De objekt du vill observera är otroligt avlägsna och otroligt svaga, säger Borra. Teleskop i omloppsbana som Hubble, vars vyer inte hindras av jordens atmosfär, är begränsade i storlek och kraft; teleskop på jorden kan vara större och mer kraftfulla men ger suddigare bilder på grund av atmosfären. Flytande speglar kunde inte gå i omloppsbana, men de kunde arbeta på månen, som inte har någon atmosfär.
Stora, kraftfulla vätskespegelteleskop borde vara mindre komplicerade att ta ut i rymden än sina motsvarigheter i glas. För att sätta in en glasspegel i en raket måste man bryta upp den i segment och sedan sätta ihop dem igen, säger Borra. Du kan bära en flytande spegel i en kanna. Men ingen som har utvecklats hittills har varit utrymmesvärd. University of British Columbia Stort Zenith-teleskop använder en flytande spegel gjord av kvicksilver för att observera det tidiga universum. Kvicksilver stelnar vid -40 ºC – mycket varmare än temperaturen på månen.
Borra letade efter en bättre vätska för att göra teleskopspeglar och fann att joniska vätskor verkade lovande. Till skillnad från kvicksilver är dessa smälta salter dock inte reflekterande, och de kräver en metallbeläggning för att fungera som en spegel. Att lägga ett lager silver på vätska är som att måla på luft, säger Borra. Laval-studenten Omar Seddiki anpassade tekniken som användes för att belägga glasspeglar: i en vakuumkammare driver Borra och Seddiki en elektrisk ström mellan silverbitar, som förångas och bildar en tunn beläggning över det flytande saltet. Lavalforskarna har hittills gjort en liten spegel, cirka två tum i diameter, för att demonstrera tekniken.
Att göra en stor, perfekt slät, konkav optisk yta av glas är en involverad och dyr process. Mycket små skavanker i glaset kan göra en spegel oanvändbar. Behållarna som innehåller flytande speglar, säger Borra, behöver inte exakt släta ytor och skulle vara mycket billigare att tillverka. Teleskop som förlitar sig på vätskespeglar skulle kosta cirka 100 gånger mindre än glasspegelteleskop av jämförbar storlek, säger Borra.
Naturkrafterna konspirerar för att ge rätt form, säger Borra om flytande speglar, som bara behöver roteras för att bilda en felfri reflekterande yta. När spegeln snurrar drar centrifugalkraften och gravitationen vätskan till en slät parabel. Till skillnad från en glasspegel, om vätskan är störd, kan den gå tillbaka till formen direkt.
Borra förväntar sig att ett vätskespegelteleskop skulle monteras på månen med hjälp av robotteknik. En behållare som innehåller vätskan kommer att skickas till månen och öppnas upp som ett paraply, säger han om ett tänkt framtida system. Ett vätskespegelteleskop kunde inte sättas i omloppsbana eftersom gravitationen är nödvändig för att bilda den optiska ytan - och eftersom det skulle spilla.
Det finns en enorm mängd forskning att göra för att finjustera spegeln, varningar Robin D. Rogers , en kemiprofessor vid University of Alabama. Han påpekar att det finns hundratals andra joniska vätskor som kan ha en bättre uppsättning egenskaper än de som används i Laval-spegeln.
Det kan ta 20 år innan det är byggt, säger Borra om sitt teleskop. Men om det skulle uppstå skulle ett sådant system kunna hjälpa kosmologer att observera svaga signaler från när universum bara var en miljard år gammalt, vid den tiden då materia först samlades till stjärnor, stjärnor till galaxer, säger Borra.