Большой зенитный телескоп

Идею телескопа с жидким зеркалом впервые предложил Исаак Ньютон. Она была основана на том, что жидкость, вращаясь внутри контейнера, принимает форму параболоида (овальной чаши). В 1668 году Ньютон построил первый отражательный телескоп с параболическим металлическим зеркалом диаметром 1 дюйм (2, 54 см^[5]). Для осуществления функций основного зеркала телескопа это являлось необходимым условием. Однако без стабильного источника вращения осуществить задуманное Ньютону не удалось^[6].

Первым мысль о создании вращающегося ртутного зеркала для телескопа высказал в 1850 году итальянский астроном Эрнесто Капоцци. В 1872 году в Новой Зеландии английский астроном Генри Скей представил успешное воплощение этого зеркала, а астрономические наблюдения на ртутном телескопе первый раз провёл Роберт Вуд в самом начале XX века^[7].

Желание использовать ртуть в качестве материала для объектива телескопа возродилась в начале 1980 годов. Инициатором выступил руководитель исследований, профессор факультета физики Эрманно Борра Университета Лаваля (Квебек, Канада). Работа над созданием телескопов с жидкими зеркалами (ТЖЗ) проходила преимущественно в Канаде^[1].

Особенностью Большого зенитного телескопа являлось его постоянное нахождение в движении; таким образом создавалось основное зеркало, совершающее один оборот за 8,5 секунд. Вращение придавало ему идеальную параболическую поверхность, которую очень трудно получить при применении твёрдых зеркал. Внутри находилась чаша с ферромагнитной жидкостью на основе ртути^[8].Поверхность чаши была покрыта эпоксидной смолой^[1].

Под зеркалом установили 91 электромагнит, что придавало лишь незначительные искажения поверхности ферромагнитной жидкости. Точно рассчитанные искажения компенсировали помехи, вносимые движением земной атмосферы. Это в разы повышало чёткость изображения^[9].

Телескоп имел ряд преимуществ и недостатков по сравнению с твердотельными аналогами. Он являлся относительно недорогим устройством (себестоимость ртутной плёнки равна 1% цены обычного зеркала), а размер отражающей поверхности при этом мог быть практически неограниченным^[1].

Главным недостатком Большого Зенитного Телескопа являлось то, что он, как и другие телескопы с жидким зеркалом, мог смотреть только в зенит, а само зеркало должно было вращаться строго в горизонтальной плоскости (под углом 90°). Кроме того, используемый металл — ртуть, постепенно испарялся, а её пары очень токсичны для людей и животных^[8].

В обсерватории NODO (NASA Orbital Debris Observatory, США) с 1995 по 2002 год работал трёхметровый телескоп с ртутным зеркалом. С его помощью проводились наблюдения за космическим мусором: возможности этого инструмента позволяли видеть фрагменты размером до 2,5 см^[1].

Зенитный телескоп International Liquid Mirror Telescope (ILMT, рус. «Международный телескоп с жидким зеркалом») оснастили зеркалом диаметром 4 метра. Проект ILMT был задуман в конце 1990-годов, местом для его строительства выбрали обсерваторию Девастхал в Индии, расположенную на высоте 2450 метров над уровнем моря, что позволяло уменьшить скорость испарения ртути. Четырёхметровый сосуд для главного зеркала доставили в Индию в 2012 году, однако сначала затянулось строительство здания телескопа, затем была выявлена нехватка ртути, а после возникла проблема с доступом к телескопу из-за пандемии COVID-19. ILMT начал первые научные наблюдения в 2022 году. Он планирует работать с октября по июнь каждого года и закрываться в сезон дождей в Индии^[10].

Существует множество идей по совершенствованию и применению телескопов с жидкими зеркалами. Рассматривается возможность установки ТЖЗ на космических аппаратах. Она основана на возможности использования в качестве опоры для отражающей плёнки ферромагнитных жидкостей, — так можно формировать поверхность ртутного зеркала не вращением, а магнитным полем. Выдвинута идея использовать инструмент на Луне. Однако ртуть здесь не подойдёт: жидкий металл замерзает при –38°С^[11].