Страница 4 из 16
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Зеркала для звезд
В огромном спортивном зале стадиона Университета Аризоны (г. Туссон, США) временно размещена установка, сконструированная Роджером Ангелом. С виду это настоящая «летающая тарелка».
«Это поблескивающее огнями, величественное сооружение 9 метров в диаметре и около 3 метров в вы соту, которое вращается с частотой в пять оборотов в минуту, опутано черными кабелями, трубопроводами, стальными балками и в самом деле похоже на иноземный корабль, — соглашается доктор Ангел, худощавый седовласый астроном, возглавляющий Лабораторию зеркал Обсерватории Стюарта. — Однако назначение этого агрегата совершенно иное. Внутри массивного цилиндра в специальной ванне до поры до времени томятся 16 тонн расплавленной стеклянной массы, нагретой до 1150°C. Оранжевый расплав станет основой зеркала для самого большого телескопа в мире»…
Как только стеклянная масса будет полностью готова, ее по платиновым трубопроводам (к этому драгметаллу стекло прилипает меньше всего) отправят в форму, которая будет в тот момент стремительно вращаться, с тем чтобы центростремительные силы заставили поверхность стекла принять близкую к идеалу параболическую форму. Именно такая форма — диск с параболической поверхностью 8,5 метра в диаметре — и есть наиболее подходящая форма для зеркала, которое должно фокусировать свет звезд, отстоящих от нас на десятки миллиардов световых лет. С помощью этого зеркала астрономы надеются наконец-таки увидеть край Вселенной, а точнее, тот момент, когда она была рождена в результате Большого взрыва.
Ведь телескопы, если хотите, — это своего рода машины времени. Улавливая свет звезд, которые идут к нам в течение многих миллиардов световых лет, они как бы переносят нас в те далекие времена, показывают мир, каким он был при рождении Вселенной.
«Зеркало, стекло для которого варится в Туссоне, всего лишь одно из семи, которые составят основу нового телескопа «Магеллан», — продолжает рассказ доктор Роджер Ангел.
Он вот уже 20 лет работает над осуществлением этого проекта. И как пояснил ученый, со времен Галилея астрономы, их помощники делали линзы и стекла своих телескопов цельнолитыми. Причем если сам Галилей, в ту пору профессор Падуанского университета, в 1608 году собственноручно соорудил телескоп-рефрактор, который по существу представляет собой подзорную трубу, дававшую увеличение всего в 3 раза, то его последователи добились большего. Телескопы во всем мире начали интенсивно «расти», линзы становились все больше диаметром. Тому было несколько причин.
Схема телескопа «Магеллан».
Одно из семи параболических зеркал (1) собирает свет далеких звезд. Суммарный световой поток концентрируется на вторичном зеркале (2) и отправляется через отверстие (3) в центральном зеркале на дальнейшую обработку.
Как показали исследования, разрешающая сила телескопа во многом определяется диаметром его объектива, другими словами, увеличение телескопа тем больше, чем больше его передняя линза. А линза значительных размеров собирает и больше света, значит, можно увидеть слабые и далекие звезды.
Однако с увеличением размеров линз, как правило, возрастают и свойственные им недостатки. Так, лучи света, собираемые линзой, перестают сходиться в одной точке, в фокусе. Изображение из-за этого получается размытым, а также окрашенным. Зачастую в стекле линзы оказываются пузырьки воздуха, само стекло получается неоднородным. Сложнее придать большой линзе и необходимую форму.
Все это, в конце концов, привело к тому, что ученые предпочли линзовым телескопам-рефракторам зеркальные телескопы-рефлекторы. Ведь световые лучи можно собирать в точку не только линзой, но и вогнутым зеркалом. Материал зеркала может быть и не таким уж одно родным: ведь лучи света не проходят сквозь него, зеркальную пленку наносят непосредственно на поверхность.
Михаил Ломоносов, Исаак Ньютон и другие ученые работали уже над совершенствованием зеркальных телескопов. Это, в конце концов, привело к тому, что в наши дни рефлекторы имеют значительный перевес над рефракторами. Если построенный в начале XX века крупнейший в мире Йоркский рефрактор имеет диаметр объектива около 1 м, то диаметр главного зеркала самого большого в нашей стране рефлектора БТА, установленного на Кавказе, в 6 раз больше.
Телескоп БТА в свое время был рекордсменом.
Но и здесь есть свой предел. Дело в том, что трудности изготовления как линз, так и зеркал растут вместо с ними, причем, пожалуй, даже в геометрической прогрессии. Например, известный английский астроном Уильям Гершель, лично изготовлявший зеркала для своих инструментов, однажды чуть ли не сутки не отходил от полировального станка, доводя поверхность зеркала до возможно лучшего качества.
Но Гершель все же работал в собственной мастерской, у себя дома. А вот для изготовления зеркала для БТА на Лыткаринском заводе оптического стекла пришлось построить специальный цех с двойными стенами для лучшей теплоизоляции. Заготовку зеркала охлаждали там более двух лет. Еще свыше года заняла полировка и шлифовка, которую выполняли лучшие мастера страны с помощью уникального, специально для этой цели созданного оборудования, потратив на шлифовку свыше 7000 каратов алмазного порошка. И все-таки зеркало надлежащего качества получилось лишь с четвертого раза. А весит оно, между прочим, свыше 40 т, так что вполне может треснуть под собственной тяжестью.
Чтобы этого не случилось на практике, под зеркало подкладывают специальную опору-«подушку», тоже изготовляемую по специальной технологии. А в итоге каждый инструмент получается уникальным, стоит огромных денег, а вот изображение, получаемое с его помощью, зачастую оставляет желать лучшего.
Новая инфракрасная камера — сложнейший прибор.
Так получается по нескольким причинам. Во-первых, на практике пока никак не удается добиться идеальной геометрии зеркала; какая-то погрешность обязательна будет присутствовать. Во-вторых, само по себе зеркало, невзирая на величину и массу, инструмент исключительно нежный — стоит измениться температуре окружающего воздуха хотя бы на градус-другой, и его уже начинает «вести», то есть сказываются температурные деформации. И, наконец, в-третьих, на качестве получаемого изображения сказывается неоднородность атмосферы, всегда имеющиеся в ней примеси. Именно поэтому телескопы стараются размещать высоко в горах, где воздух чище, а слой атмосферы тоньше. А в последние десятилетия астрономические инструменты стали даже выносить за пределы атмосферы, на орбиту вспомните хотя бы о космическом телескопе «Хаббл».
Однако в космос пока нельзя вывезти очень уж большой телескоп — грузоподъемность ракет и «шаттлов» все-таки ограничена. Да и чем больше, сложнее установка, тем большего присмотра она, как правило, требует.
Доктор Ангел задумал произвести революцию в производстве астрономических зеркал. Им предложена конструкция сотового зеркала, которое намного легче литого.
Он полагает, что, залив жидкое стекло в форму, которая представляет собой сотовую структуру с пустотами, можно получить более легкое, а значит, менее деформируемое под собственной тяжестью зеркало. Причем его легче будет корректировать, учитывать несовершенство формы, а также температурные изменения самого материала.