Огромный телескоп с жидким зеркалом, установленный на Луне, будет в сотни раз чувствительнее любимца астрономов, орбитального Hubble.

Итальянский астроном Эрнесто Капоччи еще в 1850 г. предложил использовать вращающееся блюдо, наполненное ртутью, в качестве зеркала для телескопа. На практике примерно 50 лет спустя эту идею реализовал Роберт Вуд (справа)
6-метровое зеркало телескопа Large Zenith
Вязкий имидазол, покрытый отражающим алюминиевым напылением

Даже по астрономическим меркам Роджер Энджел (Roger Angel) мыслит с размахом. Он планирует — не много, не мало — возвести на нашем естественном спутнике телескоп, способный изучать самые удаленные и древние объекты Вселено, включая самые первые звезды. В качестве отражающей поверхности он предлагает использовать поверхность специальной зеркальной жидкости в широком вращающемся «блюдце», чей диаметр намного превосходит все существующие телескопы (вращение создает необходимую параболическую форму). К «лунному телескопу с жидким зеркалом» (Lunar Liquid Mirror Telescope, LLMT) проявил неожиданный интерес Институт перспективных концепций, «фабрика идей» NASA — в настоящее время Энджел заканчивает для него описание перспектив проекта. «На первый взгляд, идея кажется совершенно безумной, — говорит астроном Пол Хиксон (Paul Hickson). — однако чем дальше вникаешь в детали, тем больше понимаешь, что она вполне реальна».

Действительно, нечто подобное уже существует и на самой Земле, это оснащенный 6-метровым жидким зеркалом телескоп Large Zenith в Британской Колумбии, один из крупнейших в мире. Однако Луна с ее низкой гравитацией и отсутствием атмосферы позволит воплотить в реальность поистине циклопический проект. По замыслу Роджера Энджела, это будет 100-метровое зеркало, способное собирать в 1736 раз больше света, чем инструментарий, установленный на орбитальном Hubble.

Что еще важно, LLMT обойдется в 10−20 раз дешевле, нежели телескоп с таким же зеркалом, сделанным из полированного алюминия: поверхность жидкости «полируют» сами законы природы. Вдобавок, жидкое зеркало не требует массивных опорных конструкций, которые необходимо возводить для поддержания многотонных металлических зеркал. Конечно, ожидать совсем дешевых решений не стоит: установка такой гигантской конструкции, да еще не где-нибудь, а на Луне, потребует серьезных затрат. По приблизительным подсчетам, 20-метровый вариант LLMT по стоимости будет сравним с конструируемым сейчас телескопом нового поколения James Webb — т. е. около 4,5 млрд. Долларов. Однако он сможет различить объекты приблизительно в сотню раз менее яркие, чем тот же James Webb.

Свои преимущества дает и выбор места. Установив телескоп на Луне, можно забыть об атмосферных искажениях, которые постоянно вмешиваются в данные, собираемые чувствительными инструментами с Земли. Учитывая тот факт, что свет от самых древних и далеких объектов Вселенной сильно смещен к красной области спектра, отсутствие воздуха особенно заметно облегчит наблюдение. Да и само по себе жидкое зеркало эффективнее обычных именно при работе с ИК-излучением.

Но есть в проекте и масса загвоздок. К примеру, низкотемпературные условия не позволяют использовать ртуть — обычный «наполнитель» жидкого зеркала в телескопах на Земле: она попросту застынет (ртуть замерзает уже при -38ОС). Так что важной задачей является подбор отражающей жидкости с чрезвычайно низкой температурой замерзания и низкими значениями давления, при котором она начинает активно испаряться. За этот вопрос взялся другой физик, канадец Эрманно Бора (Ermanno Borra), который работает с металлизированными пленками. В качестве жидкой основы он выбрал вязкий имидазол этилсульфат, на поверхность которого уже может быть нанесен тончайший слой алюминия: он не только служит отражающим элементом, но и предохраняет жидкость от высыхания. К сожалению, такая комбинация замерзает уже при -98 градусах, что по‑прежнему недостаточно для работы в условиях Луны.

Долгое время проблемой оставался также механизм, который бы вращал жидкое зеркало телескопа, не передавая ему микровибрации — пока ученые не придумали размещать несколько вращающихся сосудов с жидкостью один в другом. Однако Энджел и Бора использовали другие решения — мягкие воздушные подшипники и точные электромоторы, оснащенные оптическими сенсорами. На Луне с воздухом довольно туго, так что в случае LLMT они присматриваются к сверхпроводниковым магнитным подушкам.

Еще один серьезный недостаток телескопов с жидким зеркалом — невозможность наклонить их. Астрономам приходится наблюдать объекты, пока они находятся в самом зените или поблизости от него (откуда и название телескопа Large Zenith). По счастью, когда речь идет об изучении древних и далеких звезд и галактик, это ограничение не столь принципиально — на таких расстояниях Вселенная практически однообразна, куда б мы ни направили свой взгляд. Некоторые дополнительные возможности дает и компьютерное сведение и обработка полученных телескопом изображений.

Что же ждет проект 100-метрового «жидкостного» телескопа на Луне? По словам астрономов, «мы фактически знаем, как — вопрос стоит за финансированием». И, конечно, за новой пилотируемой миссией к Луне, о которой в последние годы ведется столько разговоров: проект таких масштабов возвести полностью автоматически пока что нереально.

О других планах для лунной миссии, исследовательских и коммерческих, читайте: «Чем заняться на Луне». Впрочем, активное освоение ее вряд ли начнется ранее 2020-го — об этом: «Первая база».

По публикации Wired