Телескопи майбутнього будуть «рідкими» і в 100 разів більшими: як це можливо

Коли доходить до телескопів, розмір має значення. Чим більше телескоп, тим більше світла він збирає,

дозволяючи астрономам зазирнути далі в космос іпобачити об'єкти на великій відстані. Проблема в тому, що будівництво, калібрування та доставка оромних обсерваторій у космос дуже дорогий та часзатратний процес. Варто згадати телескоп «Джеймс Вебб», чий запуск людство чекало більше 14 років.

А що, якби існував спосіб зробитителескоп у 10 або навіть у 100 разів більший за «Келпера», «Спітцера», «Хаббла» і того ж «Вебба»? Згодом теоретичне питання перетворилося на серію експериментів. Ціль - з'ясувати, чи можна використовувати рідини для створення лінз в умовах мікрогравітації. Наступний експеримент пройде у Національній лабораторії Міжнародної космічної станції астронавтами місії Axiom-1.

«Рідкі» лінзи

Всі рідини мають пружну силу, яканазивається поверхневим натягом. Саме вона дозволяє деяким комахам ковзати по воді, не тонувши, і надає краплях води їхню форму. На Землі, коли краплі води досить малі (2 мм або менше), поверхневе натяг долає гравітацію, і вони залишаються ідеально сферичними. Якщо крапля стає набагато більшою, вона стискається під власною вагою.

Едвард Балабан, головний дослідник експерименту FLUTE, збирається з'ясувати, чи можна виготовляти високоточні лінзи та дзеркала в космосі з використанням рідин.

«Ми подумали, чому б не скористатися тим,як рідини природним чином поводяться в умовах мікрогравітації. Цю властивість можна застосувати для будівництва великомасштабних телескопів або виготовлених у космосі оптичних компонентів», — пояснює Балабан у блозі НАСА. — В умовах мікрогравітації рідини набувають форм, корисних для виготовлення лінз та дзеркал. Якщо ми створимо їх у космосі, то вони стануть у нагоді для створення телескопів, настільки великих, що це вважалося нереальним».

Наземні випробування

Перед експериментом у космосі вчені перевірилисвої ідеї тут, Землі. «Рідини корисні не тільки для створення самих лінз, а й як механізм усунення впливу гравітації в експериментах на Землі», — пояснює Моран Берковичі, доцент кафедри машинобудування в Техніоні.

Впорскуючи рідину, яка може тверднути,у круглі оправи, занурені у воду, вченим вдалося створити лінзи. При створенні вчені використовували широко поширені полімери, які застосовуються в манікюрних салонах для виготовлення акрилових нігтів.

Експеримент під час параболічного польоту ZeroG. Фото: Ізраїльський технологічний інститут

Як зазначають автори розробки, отримані лінзивідрізняються визначною якістю поверхні. При цьому, на їхнє виготовлення пішло зовсім небагато часу. «Цей метод дозволяє нам повністю відмовитися від будь-яких механічних процесів, таких як шліфування або полірування. Природна фізика рідин просто робить всю роботу за нас», — зазначають вчені.

Тестування в умовах мікрогравітації

У грудні 2021 року команда випробувала свої ідеїна двох параболічних польотах ZeroG Загалом вчені опинялися в умовах мікрогравітації 50 разів, кожен період тривав від 15 до 20 секунд. Цього виявилося достатньо, щоб вчені сформували рідкі лінзи та зібрали дані, щоб проаналізувати, чи досягли вони своєї мети.

Астронавт НАСА Карен Найберг дивиться через плаваючий сферичний міхур рідини в умовах мікрогравітації. Джерело: НАСА.

Під час польоту дослідники використалинасоси, щоб проштовхнути синтетичне масло в круглу рамку (розміром приблизно з монету), дозволяючи рідині заповнити проміжок і миттєво прийняти бажану форму. Олії схожі на автомобільні, але з різним рівнем в'язкості або липкості, щоб вчені могли визначити, який варіант «спрацює» краще.

«За кілька секунд ми змогли створити окреморідку лінзу, що стоїть. Вона тримала форму доти, доки літак знову не піднявся вгору, не ввімкнулась гравітація і масло не витекло назовні», — розповідають автори розробки. Новий експеримент на космічній станції дозволить рідинам зберігати свою форму тривалий час. Побачити момент, коли рідина набула потрібної форми вченим допоміг лазер для надшвидких та надточних вимірювань.

Що далі?

Після успішних випробувань на ZeroG вчені знетерпінням чекають на експеримент на борту орбітальної лабораторії МКС. Член екіпажу Ax-1 Ейтан Стіббе проведе експеримент, а колишній астронавт НАСА та командир Ax-1 Майкл Лопес-Алегрія буде його дублером. Експеримент проходитиме повністю в умовах мікрогравітації. Астронавти використовуватимуть рідкі полімери, ультрафіолетове світло або температуру для їх зміцнення в умовах мікрогравітації. Потім лінзи повернуться на Землю, де їх досліджують у Дослідницькому центрі Еймса (Ames Research Center, ARC).

"Цей підхід дозволить створити гладкі поверхні ідеальної форми, які ідеально підходять для створення дзеркал для телескопів", - пояснює Вівек Двіведі, учасник експерименту FLUTE.

Якщо експеримент на МКС пройде успішно, це буде перший досвід створення оптичного компонента в космосі. Це історична подія», — роблять висновок вчені.

Читати далі:

Усередині Землі є ще «планета»: як вона врятувала життя, що зароджується.

Ядерному синтезу більше не потрібні мільйони градусів: як працює новий метод

Нове дослідження спростовує теорію про передачу світлової енергії

FLUTE - технологічний експеримент зі створення дзеркала телескопа у невагомості з використанням рідкого галію для осадження на полімерній основі (Fluidic Telescope Experiment).