NASA/Foto av Guy Plante (Laval University) 3,7 meter diameter LMT vid Laval University i Quebec. Sedan den reparerades 1993, NASA:s rymdteleskop Hubble har förvånat både forskare och medborgare med sin syn på universum, inklusive glimtar av de längst kända galaxerna. Spegeln i Hubble, dock, är relativt liten på 94,5 tum (nästan 8 fot) över, en begränsning som har uppmuntrat NASA att tänka större. James Webb rymdteleskop, planerad för en lansering 2013, kommer att skryta med en 20-fots spegel som kan ge sju gånger ljussamlingsområdet för Hubble.
Men NASA överväger också en mer spännande lösning - en speciell typ av reflekterande teleskop som använder en vätska, inte glas, som den primära spegeln. Känd som en flytande spegel teleskop (LMT) , det skulle inte se rymden från jordens bana, som Hubble gör. Istället, det skulle kika in i universum från månens yta. Teleskopet skulle vara allt från 66 fot till 328 fot brett, vilket gör det till det största teleskop som är känt för människan. Det skulle samla 1, 736 gånger mer ljus än Hubble och träng in i universums djup för att se föremål nästan lika gamla som Big Bang.
Denna artikel kommer att förklara hur ett flytande spegelteleskop fungerar. Det kommer att titta på strukturen och funktionen för en LMT, men det kommer att göra det mot bakgrund av en månbaserad distribution. Hur i hela världen bygger man ett teleskop på månen? Hur svårt kommer det att bli att bygga en LMT på månen? Och viktigast av allt, vilka möjligheter kan ett månteleskop ge?
Videogalleri:Teleskop
I ett flygplan hangar i Columbus, Ohio, cirka 80 ton stål, elektronik och kryogen utrustning är på väg att gå ihop-och lägga ett uns aluminium i en viskertunn beläggning på en gigantisk teleskopspegel.
Titta på den här videon från NASA Brain Bites för att lära dig hur du kan se den internationella rymdstationen från jorden.
Läs merInnehåll
En 3-meters LMT in New Mexico (nu stängt) Foto med tillstånd av NASA I princip, ett LMT skiljer sig inte från ett normalt reflekterande teleskop. Kontrollera hur teleskop fungerar för en grundlig förklaring av teleskop. Här är en snabb sammanfattning.
A reflekterande teleskop använder speglar för att se avlägsna objekt. En primärspegel samlar ljus från föremålet, medan en sekundär spegel fokuserar bilden mot okularet. I en konventionell reflektor, den primära spegeln är gjord genom att noggrant slipa och polera glas till önskad form, oftast en parabel. När glaset är klart, en process som kallas aluminisering gör det reflekterande. Aluminisering innebär förångning av aluminium i vakuum, vilket gör att en metallfilm som är cirka 100 nanometer tjock kommer att avsättas på glaset. Fel i spegelproduktionen kan påverka hur teleskopet fungerar. Detta var problemet med Hubble:Kurvan i sin primära spegel var avstängd med bara en bråkdel av ett hårs bredd, vilket fick ljus att reflektera bort från spegelns mitt, vilket leder till suddiga bilder.
Ett flytande spegelteleskop, som namnet antyder, använder en vätska, inte aluminiumoxiderat glas, som sin främsta spegel. Vätskan, vanligtvis kvicksilver , hälls i en roterande skål. Rotationen skapar två grundläggande krafter som verkar på kvicksilvret - allvar och tröghet . Tyngdkraften drar ner på vätskeytan, medan trögheten drar vätskan i sidled vid skålens kant. Som ett resultat, vätskan bildar en enhetlig och perfekt parabel, den perfekta reflekterande ytan för ett teleskop. Bäst av alla, den flytande spegelytan förblir slät och felfri med lite eller inget underhåll. Om vätskan störs, tyngdkraft och tröghet kommer att verka på vätskan för att återföra den till sitt ursprungliga tillstånd.
Ernesto Capocci , en italiensk astronom, var den första personen som beskrev hur en LMT kunde fungera 1850. Han kom på idén efter att ha läst om experiment, ledd av Isaac Newton och andra, som involverar snurrande vätskor. I början av 1900 -talet, den amerikanska fysikern R.W. Wood byggde faktiskt det Capocci hade beskrivit 50 år tidigare. Woods LMT innehöll ett centimeters lager kvicksilver placerat i en roterande skål. Han kunde observera månen men noterade att bilden var förvrängd. Moderna astronomer fick veta att bildkvaliteten på en LMT förbättrades avsevärt om ett tunnare kvicksilverlager användes, så dagens LMT använder ett skikt kvicksilver på en millimeter.
Fördelarna med flytande spegelteleskop
Den största fördelen med en LMT är dess relativa låga kostnad. Flytande teleskop kostar mycket mindre att bygga än polerade aluminiumspeglar av liknande storlek. Till exempel, Large Zenith Telescope bar en prislapp på 1 miljon dollar. Ett jämförbart glasspegelteleskop skulle kosta 100 gånger så mycket att bygga. Och LMT kostar mindre att underhålla, främst för att den flytande spegeln inte behöver rengöras, justerad eller aluminiumiserad.
Självklart, det finns några nackdelar. Kvicksilver är extremt giftigt, så att arbeta med det innebär några långsiktiga hälsorisker. Inte bara det, fatet som håller kvicksilveret kan bara lutas så långt innan vätskan rinner ut. Detta begränsar synen på en LMT, som bara kan se rakt upp.
Läs mer
Det stora Zenith -teleskopet NASA/Foto av Paul Hickson (University of British Columbia) Den största LMT på jorden är Stort Zenith -teleskop i British Columbia. Dess spinnande flytande spegel är nästan 20 fot bred och väger tre ton, vilket gör det till det tredje största teleskopet i Nordamerika. Skålen som håller kvicksilvret är tillverkad av sexkantiga segment som är limmade ihop för att bilda ett skal. Varje bit har en skumkärna med hög densitet täckt med glasfiber. För att ge skalet en konkav form, det värms upp i en stor ugn. En vägg vid spegelns kant hindrar kvicksilver från att spillas.
En stålstol och 19 justerbara dynor stöder skålen. Fackverket, i tur och ordning, stöds av rostfritt stål luftlager designad bara för Large Zenith Telescope. Ett luftlager är en speciell typ av lager som använder en tunn film med tryckluft som smörjmedel runt axeln som vrider spegeln. Normala lager som använder oljesmörjmedel är mindre effektiva, eftersom de ger vibrationer och instabila rotationer som försämrar bildkvaliteten. Som en nollfriktionslösning, ett luftlager eliminerar dessa problem, vilket leder till en perfekt mjuk, vibrationsfri rotation. En inbyggd borstlös likströmsmotor vrider luftlagerspindeln och kan rotera en last upp till 10 ton vid cirka 10 varv per minut.
© 2007 HowStuffWorks Sex stödben fäster primärspegeln på en ring på toppen av teleskopet. Ringen stöder detektorn och en mindre brytande lins som hjälper till att fokusera bilden. Detektorn innehåller en laddningskopplad enhet (CCD), som samlar fotoner av ljus och omvandlar dem till bildelement, eller pixlar. Dessa pixlar överförs till en datorskärm och sammanfogas för att bilda en bild som kan manipuleras och förbättras för att förbättra bilddetaljen. Datorn är inte inrymd i teleskopets observatoriestruktur, men i en närliggande byggnad.
Det enda problemet med Large Zenith Telescope - ett problem som det delar med alla jordbundna teleskop - är dess plats. Även på 1 höjd, 295 fot, atmosfären skyddar fortfarande sin syn på himlen. Om ett flytande spegelteleskop kunde placeras på månen, där det inte finns någon atmosfär för att blockera ultraviolett, infraröd och andra energiformer, det kan ge ännu mer spektakulära resultat. Men, som vi kommer att se i nästa avsnitt, bygga en LMT på månen presenterar sina egna utmaningar.
En NASA -återgivning av ett flytande spegelteleskop för månen Bild med tillstånd av NASA Ett flytande spegelteleskop byggt på månens yta är a månvätskespegel teleskop (LLMT) . Det skiljer sig verkligen inte från Large Zenith Telescope som beskrivs i det sista avsnittet, förutom att den valda vätskan måste ha precis rätt egenskaper för att den ska förbli flytande i månens hårda klimat. Kvicksilver fungerar inte eftersom dess fryspunkt är -101,966 ° F (-74,43 ° C). Den låga temperaturen på månen kan nå -243 ° F (-153 ° C), så kvicksilver skulle stelna, vilket gör det till ett oacceptabelt val för primärspegeln.
Nyligen, forskare har upptäckt en vätskeklass som kan göra en LLMT möjlig. De är kända som joniska vätskor , och de har dessa viktiga egenskaper:
Viktigast, joniska vätskor kan beläggas med material som ger dem hög reflektivitet. En jonvätska som visar löfte är 1-etyl-3-metyli-
midazoliumetylsulfat, kommersiellt känd som ECOENG 212 . ECOENG 212 kan beläggas med silver, vilket gör det mycket reflekterande. Dess reflektivitet kan förbättras ännu mer genom att först avsätta en film av krom, följt av silver. ECOENG 212 har en fryspunkt på -144 ° F (-98 ° C), dock, så det kan fortfarande stelna i månens bittra kalla temperaturer. Med tanke på att det finns miljoner joniska vätskor, forskare känner sig säkra på att de kommer att hitta en annan kandidat med en bättre fryspunktsprofil.
De måste också hitta ett annat sätt att stödja den primära spegeln. Luftlagret som används i Large Zenith Telescope fungerar inte på månen eftersom det inte finns någon luft som matar systemet. En lösning skulle vara ett superledarmagnetiskt lager. Ett sådant lager är baserat på samma teknik som används i maglev -fordon, som använder ett magnetfält för att sväva ett fordon ovanför en styrväg. I detta fall, magnetfältet skapar en nollfriktionskudde mellan spindeln och dess hus.
Självklart, allt detta material måste skickas med raket till månen och monteras där. Även med tanke på det, ett flytande spegelteleskop ger mycket färre logistiska problem än ett konventionellt reflekterande teleskop av glas. Spegeln, för det är flytande, kommer helt enkelt att bäras i en kanna och förvaras tills teleskopinfrastrukturen är klar. Då kommer en astronaut att hälla vätskan i skålen för att bilda den primära spegeln. Trussystemet som används för att stödja skålen och spegeln kan förbyggas och distribueras robotiskt, dess ramar utvecklas som ett paraply som öppnas. Men att använda en robot för att bygga en LMT på månen skulle kräva att instrumentet förblir ganska litet. Som vi kommer att se i nästa avsnitt, den LMT som astronomer och NASA -ingenjörer tänkt sig är allt annat än liten.
Bild på stjärnor och galaxer tagna med 6-meters LMT vid University of British Columbia NASA/Foto av Paul Hickson (University of British Columbia) Ett flytande spegelteleskop placerat på månen har omedelbart en stor fördel jämfört med ett jordbunden teleskop:Det är fritt från atmosfärisk förvrängning, som påverkar himmelska bilder. Av samma anledning, det kan också upptäcka fler former av elektromagnetisk energi. De flesta typer av elektromagnetisk strålning, utom synligt ljus och radiovågor, absorberas av jordens atmosfär. På månen, som inte har någon atmosfär alls, ett teleskop skulle exponeras för hela spektrumet av elektromagnetisk strålning - gammastrålning, Röntgen, ultraviolett ljus, synligt ljus, infraröd strålning, mikrovågor och radiovågor.
Ett teleskop som använder en jonisk vätska som sin primära spegel skulle vara särskilt känsligt för synligt ljus och infraröd strålning. Detta skulle vara viktigt för att observera universums mest avlägsna objekt, som rör sig snabbt bort från jorden. Doppler-effekten får dem att skapa strålning i den längre våglängden, infraröd del av spektrumet.
Storlek är också en nyckelfaktor. I månens låga tyngdkraftsmiljö, det är mycket lättare att bygga stora strukturer. Teamet som utformar LLMT tror att det kan bygga en primär flytande spegel som är 66 fot till 328 fot bred. En sådan spegel skulle kunna observera objekt 100 till 1, 000 gånger svagare än nästa generations teleskop - inklusive James Webb rymdteleskop - kan. Det betyder att astronomer kan använda instrumentet för att se djupare in i rymden och tiden än någonsin tidigare. För första gången, vi skulle kunna upptäcka de mycket tidiga faserna i universum direkt efter Big Bang, utvidga vår förståelse för hur det nybildade universum betedde sig.
Just nu, LLMT är fortfarande ett koncept. Projektet har fått finansiering från NASA Institute for Advanced Concepts för en studie för att visa hur ett teleskop på månen kan stödja astronomi. Detta är viktigt eftersom månen är det första målet i Vision for Space Exploration, ett initiativ som söker hur man går utöver jordens bana för mänsklig utforskning och vetenskaplig upptäckt. Om NASA kan visa att månposter skulle vara praktiska, med både ekonomiskt och vetenskapligt värde, då kan allmänheten - och slutligen kongressen - vara villig att visa lämpligt ekonomiskt stöd.
Ett månvätskespegelteleskop är bland flera projekt som hjälper NASA att bevisa genomförbarheten av rymdutforskning. Även fortfarande, den tidigaste den kan distribueras är 2020. Fram till dess har astronomer måste nöja sig med flytande spegelteleskop, som Large Zenith Telescope, som ser himlen från jorden.
För att ta reda på mer om månens flytande spegelteleskop, kolla in länkarna på nästa sida.
