Hoe Lunar Liquid Mirror-Telescopen Werken

{h1}

Lunar-spiegeltelescopen gebruiken vloeistof in plaats van glas voor de primaire spiegel. Ontdek hoe een telescopische telescoop met vloeibare vloeistof verder kan kijken dan de hubble-telescoop.

Sinds de reparatie in 1993 heeft NASA's Hubble Space Telescope zowel wetenschappers als burgers verbaasd over het universum, inclusief een glimp van de verste bekende sterrenstelsels. De spiegel in Hubble is echter relatief klein met een afmeting van bijna twee meter, een beperking die de NASA heeft aangemoedigd groter te denken. De James Webb Space Telescope, gepland voor de lancering in 2013, zal beschikken over een 20-voet spiegel die in staat is om zeven keer zoveel licht te verzamelen als Hubble.

Maar NASA overweegt ook een meer intrigerende oplossing - een speciaal type reflecterende telescoop die een vloeistof gebruikt, geen glas, als de primaire spiegel. Bekend als een vloeistofspiegel telescoop (LMT), het zou geen ruimte zien vanuit de baan van de aarde, zoals Hubble doet. In plaats daarvan zou het vanuit het oppervlak van de maan in het universum turen. De telescoop zou overal van 66 voet tot 328 voet breed zijn, waardoor het de grootste telescoop is die de mens kent. Het zou 1.736 keer meer licht verzamelen dan Hubble en doordringen in de diepten van het universum om objecten bijna net zo oud als de oerknal te zien.

Dit artikel legt uit hoe een spiegel met vloeibare spiegel werkt. Het zal kijken naar de structuur en functie van een LMT, maar het zal dit doen in het licht van een op de maan gebaseerde implementatie. Hoe ter wereld bouw je een telescoop op de maan? Hoe moeilijk zal het zijn om een ​​LMT op de maan te bouwen? En belangrijker nog, welke kansen kan een maantelescoop bieden?

-

Videogallerij: telescopen

In een vliegtuighangar in Columbus, Ohio, staat ongeveer 80 ton staal, elektronica en cryogene apparatuur op het punt om samen te komen - en één ons aluminium te deponeren in een fluïde dunne laag op een gigantische telescoopspiegel.

Bekijk deze video van NASA Brain Bites om te leren hoe je het internationale ruimtestation vanaf de aarde kunt zien.-

Wat is een Liquid Mirror-telescoop?

Een LMT van 3 meter in New Mexico (nu gesloten)

Een LMT van 3 meter in New Mexico (nu gesloten)

In principe verschilt een LMT niet van een normale reflecterende telescoop. Controleer hoe telescopen werken voor een grondige uitleg van telescopen. Hier is een korte samenvatting.

EEN reflecterende telescoop gebruikt spiegels om verre objecten te bekijken. Een primaire spiegel verzamelt licht van het object, terwijl een secundaire spiegel het beeld scherpstelt op het oculair. In een conventionele reflector wordt de primaire spiegel gemaakt door het slijpen en polijsten van het glas in de gewenste vorm, meestal een parabool. Zodra het glas is voorbereid, is een proces bekend als aluminiumplatteerbad maakt het reflecterend. Bij aluminiseren wordt aluminium in een vacuüm verdampt, waardoor een film van metaal van ongeveer 100 nanometer dik op het glas wordt afgezet. Gebreken in de productie van de spiegel kunnen invloed hebben op hoe de telescoop presteert. Dit was het probleem met Hubble: de curve in de primaire spiegel was uitgeschakeld met slechts een fractie van de breedte van een haar, waardoor het licht uit het midden van de spiegel reflecteerde, wat leidde tot wazige beelden.

Een vloeibare spiegel telescoop, zoals de naam al doet vermoeden, gebruikt een vloeistof, niet gealuminiseerd glas, als de primaire spiegel. De vloeistof meestal kwik, wordt in een roterende schaal gegoten. De rotatie creëert twee fundamentele krachten die op het kwik inwerken - zwaartekracht en traagheid. De zwaartekracht trekt naar beneden op het vloeistofoppervlak, terwijl de traagheid de vloeistof zijwaarts aan de rand van de schaal trekt. Als gevolg hiervan vormt de vloeistof een uniforme en perfecte parabool, het ideale reflecterende oppervlak voor een telescoop. Het beste van alles is dat het oppervlak van de vloeibare spiegel soepel en foutloos blijft met weinig of geen onderhoud. Als de vloeistof wordt verstoord, werken de zwaartekracht en de traagheid in op de vloeistof om deze in zijn oorspronkelijke staat terug te brengen.

Ernesto Capocci, een Italiaanse astronoom, was de eerste die beschreef hoe een LMT in 1850 zou kunnen werken. Hij bedacht het idee na het lezen over experimenten, uitgevoerd door Isaac Newton en anderen, met betrekking tot het spinnen van vloeistoffen. In het begin van de 20e eeuw bouwde de Amerikaanse natuurkundige R.W. Wood eigenlijk wat Capocci 50 jaar eerder had beschreven. Wood's LMT bevatte een kwiklaag van één centimeter in een draaiende schaal. Hij was in staat om de maan te observeren, maar merkte op dat het beeld vervormd was. Moderne astronomen hebben geleerd dat de beeldkwaliteit van een LMT sterk is verbeterd als een dunnere kwiklaag werd gebruikt, dus de huidige LMT's van vandaag gebruiken een millimeter kwiklaag.

-

De voordelen van Liquid Mirror Telescopes

Het grootste voordeel van een LMT is de relatief lage kosten. Vloeistoftelescopen kosten veel minder om te bouwen dan gepolijste aluminium spiegels van vergelijkbare grootte. De Large Zenith Telescope had bijvoorbeeld een prijskaartje van $ 1 miljoen. Een vergelijkbare glazen spiegeltelescoop zou 100 keer zoveel kosten om te bouwen. En LMT's kosten minder om te onderhouden, vooral omdat de vloeistofspiegel niet hoeft te worden gereinigd, aangepast of gealuminiseerd.

Natuurlijk zijn er enkele nadelen. Kwik is uiterst giftig, dus het werken met het product brengt een aantal gezondheidsrisico's op de lange termijn met zich mee. Niet alleen dat, de schotel die het kwik vasthoudt, kan slechts zo ver gekanteld worden voordat de vloeistof uitloopt. Dit beperkt de weergave van een LMT, die alleen recht omhoog kan kijken.

De grote Zenith-telescoop

De grote Zenith-telescoop

De grote Zenith-telescoop

De grootste LMT op aarde is de Grote Zenith-telescoop in British Columbia. De draaiende, vloeibare spiegel is bijna 20 voet breed en weegt drie ton, waardoor het de op twee na grootste telescoop in Noord-Amerika is. Het gerecht dat het kwik vasthoudt, is gemaakt van zeshoekige segmenten die aan elkaar zijn gelijmd om een ​​schaal te vormen. Elk stuk heeft een schuimkern met hoge dichtheid bedekt met glasvezel.Om de schaal een concave vorm te geven, wordt deze in een grote oven verwarmd. Een muur aan de rand van de spiegel voorkomt dat kwik morst.

Een stalen truss en 19 verstelbare pads ondersteunen de schotel. De truss wordt op zijn beurt ondersteund door een roestvrij staal luchtlager speciaal ontworpen voor de Large Zenith Telescope. Een luchtlager is een speciaal type lager dat een dunne film van perslucht gebruikt als het smeermiddel rond de as dat de spiegel draait. Normale lagers die oliesmeermiddelen gebruiken zijn minder effectief, omdat ze trillingen en onstabiele rotaties produceren die de beeldkwaliteit verslechteren. Als nulwrijvingsoplossing elimineert een luchtlager deze problemen, wat leidt tot een perfect soepele, trillingsvrije rotatie. Een ingebouwde borstelloze gelijkstroommotor draait de as van het luchtlager en kan een belasting tot 10 ton draaien met ongeveer 10 omwentelingen per minuut.

Hoe Lunar Liquid Mirror-telescopen werken: lunar

-Six-steunpoten bevestigen de primaire spiegel aan een ring aan de bovenkant van de telescoop. De ring ondersteunt de detector en een kleinere brekingslens die helpt bij het scherpstellen van het beeld. De detector bevat een laadgekoppeld apparaat (CCD), dat fotonen van licht verzamelt en omzet in beeldelementen of pixels. Deze pixels worden overgebracht naar een computerscherm en samengevoegd om een ​​afbeelding te vormen die kan worden gemanipuleerd en verbeterd om de beelddetails te verbeteren. De computer is niet gehuisvest in de observatoriumstructuur van de telescoop, maar in een nabijgelegen gebouw.

Het enige probleem met de Large Zenith Telescope - een probleem dat het deelt met alle aardgebonden telescopen - is de locatie. Zelfs op een hoogte van 1,295 voet beschermt de atmosfeer nog steeds het uitzicht op de hemel. Als een vloeibare spiegel telescoop op de maan zou kunnen worden geplaatst, waar er geen atmosfeer is om ultraviolet, infrarood en andere vormen van energie te blokkeren, zou dit zelfs nog spectaculairdere resultaten kunnen opleveren. Maar zoals we in de volgende paragraaf zullen zien, presenteert het bouwen van een LMT op de maan zijn eigen uitdagingen.-

Wat is een Lunar Liquid Mirror Telescope?

Een NASA-weergave van een maanvloeistofspiegel telescoop

Een NASA-weergave van een maanvloeistofspiegel telescoop

Een vloeistofspiegel telescoop gebouwd op het oppervlak van de maan is een maanvloeistof spiegel telescoop (LLMT). Het verschilt echt niet van de Grote Zenith-telescoop die in het laatste gedeelte wordt beschreven, behalve dat de gekozen vloeistof precies de juiste eigenschappen moet hebben om vloeibaar te blijven in het barre klimaat van de maan. Kwik werkt niet, omdat het vriespunt -101.966° F (-74,43° C) is. De lage temperatuur op de maan kan -243° F (-153° C) bereiken, zodat kwik stolt, wat het een onaanvaardbare keuze maakt voor de primaire spiegel.

- Wetenschappers hebben een klasse vloeistoffen ontdekt die een LLMT mogelijk maken. Ze staan ​​bekend als ionische vloeistoffenen ze hebben deze belangrijke eigenschappen:

  • Ze zijn vloeibaar bij temperaturen onder -212° F (-136° C).
  • Ze zijn volledig samengesteld uit ionen.
  • Ze hebben geen dampdruk bij kamertemperatuur of lager, wat betekent dat ze niet zullen verdampen.
  • Ze zijn zeer viskeus.

Het belangrijkste is dat ionische vloeistoffen kunnen worden gecoat met materialen die hen een hoge reflectiviteit geven. Een ionisch fluïdum dat veelbelovend is, is 1-ethyl-3-methyli-

midazoliumethylsulfaat, commercieel bekend als ECOENG 212. ECOENG 212 kan in zilver worden gecoat, waardoor het sterk reflecterend is. De reflectiviteit kan nog verder worden verbeterd door eerst een film van chroom aan te brengen, gevolgd door zilver. ECOENG 212 heeft een vriespunt van -144° F (-98° C), maar het kan nog steeds hard worden in de bittere temperaturen van de maan. Aangezien er miljoenen ionische vloeistoffen zijn, hebben wetenschappers er vertrouwen in dat ze een andere kandidaat met een beter vriespuntprofiel zullen vinden.

Ze zullen ook een andere manier moeten vinden om de primaire spiegel te ondersteunen. Het luchtlager dat wordt gebruikt in de grote Zenith-telescoop, werkt niet op de maan omdat er geen lucht is om het systeem te voeden. Een oplossing zou een supergeleider magnetisch lager kunnen zijn. Een dergelijk lager is gebaseerd op dezelfde technologie die wordt gebruikt in magneetvoertuigen, die een magnetisch veld gebruiken om een ​​voertuig boven een geleidebaan te laten zweven. In dit geval creëert het magnetisch veld een nul-wrijvingskussen tussen de spil en zijn behuizing.

Natuurlijk moeten al deze materialen per raket naar de maan worden gebracht en daar worden geassembleerd. Zelfs rekening houdend met dit, een vloeibare spiegel telescoop stelt veel minder logistieke problemen dan een conventionele reflecterende telescoop gemaakt van glas. De spiegel, omdat hij vloeibaar is, wordt gewoon in een kan vervoerd en opgeslagen totdat de telescoopinfrastructuur gereed is. Dan zal een astronaut de vloeistof in de schotel gieten om de primaire spiegel te vormen. Het truss-systeem dat wordt gebruikt om het gerecht en de spiegel te ondersteunen, kan vooraf worden opgebouwd en op een robotvrije manier worden gebruikt, waarbij het kader zich ontvouwt als een paraplu die wordt geopend. Maar als je een robot gebruikt om een ​​LMT op de maan te bouwen, moet je het instrument vrij klein houden. Zoals we in het volgende gedeelte zullen zien, is het LMT dat astronomen en NASA-ingenieurs voor ogen hebben allesbehalve klein.

Wat zal de Lunar Liquid Mirror-telescoop zien?

Beeld van sterren en sterrenstelsels genomen met de 6-meter LMT aan de Universiteit van British Columbia

Afbeelding van sterren en sterrenstelsels gemaakt met de LMT van 6 meter aan de Universiteit van British Columbia

Een op de maan geplaatste telescoop met vloeibare spiegel heeft onmiddellijk een groot voordeel ten opzichte van een telescoop met aardgebonden lens: hij is vrij van atmosferische vervorming, die de hemelbeelden beïnvloedt. Om dezelfde reden kan het ook meer vormen van elektromagnetische energie detecteren. De meeste soorten elektromagnetische straling, met uitzondering van zichtbaar licht en radiogolven, worden geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde. Op de maan, die helemaal geen atmosfeer heeft, zou een telescoop worden blootgesteld aan het volledige spectrum van elektromagnetische straling - gammastraling, röntgenstraling, ultraviolet licht, zichtbaar licht, infraroodstraling, microgolven en radiogolven.

Een telescoop die een ionische vloeistof als primaire spiegel gebruikt, zou bijzonder gevoelig zijn voor zichtbaar licht en infraroodstraling. Dit zou belangrijk zijn voor het observeren van de meest verre objecten van het universum, die zich snel van de aarde verwijderen. Het Doppler-effect zorgt ervoor dat ze straling creëren in het infrarode deel van het spectrum met langere golflengten.

Grootte is ook een belangrijke factor. In de laaghangende omgeving van de maan is het veel gemakkelijker om grote structuren te bouwen. Het team dat de LLMT ontwerpt, is van mening dat het een primaire vloeistofspiegel kan bouwen die 66 voet tot 328 voet breed is. Zo'n spiegel zou objecten kunnen observeren die 100 tot 1000 keer zwakker zijn dan de volgende generatie telescopen - inclusief de James Webb Space Telescope - in staat zijn. Dat betekent dat astronomen het instrument kunnen gebruiken om dieper in ruimte en tijd te kijken dan ooit tevoren. Voor de eerste keer zouden we in staat zijn om de zeer vroege fasen van het universum direct na de oerknal te detecteren, waardoor we ons begrip van hoe het nieuw gevormde universum zich gedroeg vergroten.

Wanneer zou een Lunar Liquid Mirror Telescope een realiteit worden?

Op dit moment is de LLMT nog steeds een concept. Het project heeft financiering ontvangen van het NASA Institute for Advanced Concepts voor een onderzoek om te laten zien hoe een telescoop op de maan astronomie kan ondersteunen. Dit is belangrijk omdat de maan het eerste doelwit is in de Vision for Space Exploration, een initiatief dat probeert uit te gaan buiten de baan van de aarde voor doeleinden van menselijke verkenning en wetenschappelijke ontdekking. Als de NASA kan aantonen dat buitenposten van de maan praktisch zouden zijn, met zowel economische als wetenschappelijke waarde, dan zou het publiek - en uiteindelijk het Congres --- mogelijk bereid zijn om passende financiële steun te tonen.

Een maan-vloeistof-spiegel telescoop is een van de vele projecten die NASA zullen helpen de haalbaarheid van ruimteverkenning te bewijzen. Zelfs nog, de vroegste die kan worden ingezet is 2020. Tot die tijd moeten astronomen tevreden zijn met vloeibare spiegeltelescopen, zoals de Large Zenith Telescope, die de hemel vanaf de aarde bekijken.

Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie over telescopische telescopen met maanvloeistof.

- -

  • UBC Liquid Mirror Telescope-startpagina
  • Vloeibare spiegels
  • De grote Zenith-telescoop
  • NASA Orbital Debris Observatory
  • NIAC

-


Video Supplement: 8 Hour Deep Sleep Music: Delta Waves, Relaxing Music Sleep, Sleeping Music, Sleep Meditation, ☯159.




Onderzoek


Waarom Storen Geisers Uit? Het Kookt Tot Aan Sanitair
Waarom Storen Geisers Uit? Het Kookt Tot Aan Sanitair

Hoe Werkt Klonen?
Hoe Werkt Klonen?

Science Nieuws


Oud Romeins Scheepswrak Mag 2000 Jaar Oud Voedsel Bevatten
Oud Romeins Scheepswrak Mag 2000 Jaar Oud Voedsel Bevatten

Vrouwelijke Libellen Spelen Dead To Escape Stalking Males
Vrouwelijke Libellen Spelen Dead To Escape Stalking Males

3D Japan Quake-Animaties Kunnen Helpen Om Temblors Te Visualiseren
3D Japan Quake-Animaties Kunnen Helpen Om Temblors Te Visualiseren

Mysterious Hum Driving People Crazy Around The World
Mysterious Hum Driving People Crazy Around The World

49-Miljoen-Jaar-Oude Kakkerlak Fossil Gevonden
49-Miljoen-Jaar-Oude Kakkerlak Fossil Gevonden

WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com