science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe Lunar Liquid Mirror Telescopen werken

NASA/foto door Guy Plante (Laval University) De LMT met een diameter van 3,7 meter aan de Laval University in Quebec.

Sinds de reparatie in 1993, NASA's Hubble-ruimtetelescoop heeft wetenschappers en burgers verbaasd met zijn kijk op het universum, inclusief een glimp van de verste bekende sterrenstelsels. De spiegel in Hubble, echter, is relatief klein op 94,5 inch (bijna 8 voet) over, een beperking die NASA heeft aangemoedigd om groter te denken. De James Webb-ruimtetelescoop, gepland voor een lancering in 2013, zal bogen op een spiegel van 20 voet die zeven keer het lichtverzamelende gebied van Hubble kan bieden.

Maar NASA overweegt ook een meer intrigerende oplossing - een speciaal type reflecterende telescoop die een vloeistof gebruikt, geen glas, als hoofdspiegel. bekend als a vloeibare spiegeltelescoop (LMT) , het zou de ruimte niet zien vanuit de baan van de aarde, zoals Hubble doet. In plaats daarvan, het zou vanaf het oppervlak van de maan in het universum kijken. 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 verzamelen 736 keer meer licht dan Hubble en dringen de diepten van het universum binnen om objecten te zien die bijna zo oud zijn als de oerknal.

In dit artikel wordt uitgelegd hoe een vloeistofspiegeltelescoop 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 inzet. Hoe bouw je in hemelsnaam een ​​telescoop op de maan? Hoe moeilijk wordt het om een ​​LMT op de maan te bouwen? En het belangrijkste, welke kansen kan een maantelescoop bieden?

Videogalerij:telescopen

In een vliegtuighangar in Columbus, Ohio, zo'n 80 ton staal, elektronica en cryogene apparatuur staan ​​op het punt samen te komen -- en een ons aluminium in een fluisterdunne coating op een gigantische telescoopspiegel te deponeren.

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

Lees verder

Inhoud
  1. Wat is een vloeistofspiegeltelescoop?
  2. De grote Zenith-telescoop
  3. Wat is een Lunar Liquid Mirror Telescope?
  4. Wat zal de Lunar Liquid Mirror Telescope zien?

Wat is een vloeistofspiegeltelescoop?

Een LMT van 3 meter in New Mexico (nu gesloten) Foto met dank aan NASA

In principe, een LMT verschilt niet van een normale spiegeltelescoop. Check How Telescopes Work voor een uitgebreide 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, de primaire spiegel wordt gemaakt door glas nauwgezet te slijpen en te polijsten tot de gewenste vorm, meestal een parabool. Als het glas klaar is, een proces dat bekend staat als aluminiserend maakt het reflecterend. Aluminiseren omvat het verdampen van aluminium in een vacuüm, waardoor een film van ongeveer 100 nanometer dik metaal op het glas wordt afgezet. Gebreken in de spiegelproductie kunnen van invloed zijn op hoe de telescoop presteert. Dit was het probleem met Hubble:de kromming in de hoofdspiegel was slechts een fractie van de breedte van een haar, waardoor licht wegkaatste van het midden van de spiegel, wat leidt tot wazige beelden.

Een vloeibare spiegeltelescoop, zoals de naam doet vermoeden, gebruikt een vloeistof, niet gealuminiseerd glas, als zijn primaire spiegel. De vloeistof, gebruikelijk kwik , wordt in een roterende schaal gegoten. De rotatie creëert twee fundamentele krachten die op het kwik inwerken -- zwaartekracht en luiheid . Zwaartekracht trekt naar beneden op het vloeistofoppervlak, terwijl traagheid de vloeistof opzij trekt aan de rand van de schaal. Als resultaat, de vloeistof vormt een uniforme en perfecte parabool, het ideale reflecterende oppervlak voor een telescoop. Beste van alles, het vloeibare spiegeloppervlak blijft glad en onberispelijk met weinig of geen onderhoud. Als de vloeistof wordt verstoord, zwaartekracht en traagheid zullen op de vloeistof inwerken om deze in zijn oorspronkelijke staat terug te brengen.

Ernesto Capocci , een Italiaanse astronoom, was de eerste die in 1850 beschreef hoe een LMT zou kunnen werken. Hij kwam op het idee nadat hij over experimenten had gelezen, uitgevoerd door Isaac Newton en anderen, met spinvloeistoffen. In het begin van de 20e eeuw, de Amerikaanse natuurkundige R.W. Wood heeft feitelijk gebouwd wat Capocci 50 jaar eerder had beschreven. Wood's LMT bevatte een laagje kwik van één centimeter dat in een draaiende schotel was geplaatst. Hij was in staat om de maan te observeren, maar merkte op dat het beeld vervormd was. Moderne astronomen ontdekten dat de beeldkwaliteit van een LMT sterk verbeterde als er een dunnere laag kwik werd gebruikt, dus de LMT's van tegenwoordig gebruiken een laagje kwik van één millimeter.

De voordelen van vloeibare spiegeltelescopen

Het grootste voordeel van een LMT zijn de relatief lage kosten. Vloeibare telescopen kosten veel minder om te bouwen dan spiegels van gepolijst aluminium van vergelijkbare grootte. Bijvoorbeeld, de Large Zenith Telescope droeg een prijskaartje van $ 1 miljoen. Een vergelijkbare glazen spiegeltelescoop zou 100 keer zoveel kosten om te bouwen. En LMT's kosten minder in onderhoud, vooral omdat de vloeistofspiegel niet schoongemaakt hoeft te worden, aangepast of gealuminiseerd.

Natuurlijk, er zijn enkele nadelen. Kwik is extreem giftig, dus ermee werken brengt enkele gezondheidsrisico's op de lange termijn met zich mee. Niet alleen dat, de schaal met het kwik kan slechts zo ver worden gekanteld voordat de vloeistof eruit loopt. Dit beperkt het zicht van een LMT, die alleen recht omhoog kan kijken.

Lees verder

De grote Zenith-telescoop

De grote Zenith-telescoop NASA/foto door Paul Hickson (Universiteit van British Columbia)

De grootste LMT op aarde is de Grote Zenith-telescoop in Brits-Columbia. De draaiende vloeistofspiegel is bijna 6 meter breed en weegt drie ton, waardoor het de op twee na grootste telescoop in Noord-Amerika is. De schaal die het kwik bevat, is gemaakt van zeshoekige segmenten die aan elkaar zijn gelijmd om een ​​schaal te vormen. Elk stuk heeft een schuimkern met een hoge dichtheid bedekt met glasvezel. Om de schelp een holle vorm te geven, het wordt verwarmd in een grote oven. Een wand aan de rand van de spiegel voorkomt dat er kwik wordt gemorst.

Een stalen truss en 19 verstelbare pads ondersteunen de schotel. de truss, beurtelings, wordt ondersteund door een roestvrijstalen luchtlager speciaal ontworpen voor de Large Zenith Telescope. Een luchtlager is een speciaal type lager dat een dunne laag perslucht gebruikt als smeermiddel rond de as die de spiegel laat draaien. Normale lagers die oliesmeermiddelen gebruiken, zijn minder effectief, omdat ze trillingen en onstabiele rotaties produceren die de beeldkwaliteit verslechteren. Als een wrijvingsloze oplossing, een luchtlager elimineert deze problemen, leidend tot een perfect gladde, trillingsvrije rotatie. Een ingebouwde borstelloze gelijkstroommotor draait de luchtgelagerde spindel en kan een last tot 10 ton draaien met ongeveer 10 omwentelingen per minuut.

©2007 HowStuffWorks

Zes steunpoten bevestigen de hoofdspiegel aan een ring aan de bovenkant van de telescoop. De ring ondersteunt de detector en een kleinere brekende lens die helpt om het beeld scherp te stellen. De detector bevat een oplaadgekoppeld apparaat (CCD), die 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 het beelddetail 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, de atmosfeer schermt nog steeds zijn zicht op de hemel af. Als een vloeistofspiegeltelescoop op de maan zou kunnen worden geplaatst, waar geen atmosfeer is om ultraviolet te blokkeren, infrarood en andere vormen van energie, het zou nog meer spectaculaire resultaten kunnen opleveren. Maar, zoals we in het volgende gedeelte zullen zien, het bouwen van een LMT op de maan brengt zijn eigen uitdagingen met zich mee.

Wat is een Lunar Liquid Mirror Telescope?

Een NASA-weergave van een vloeibare maanspiegeltelescoop Afbeelding met dank aan NASA

Een vloeistofspiegeltelescoop gebouwd op het oppervlak van de maan is een maan vloeibare spiegel telescoop (LLMT) . Het is echt niet anders dan de Grote Zenith Telescoop beschreven in de laatste sectie, behalve dat de gekozen vloeistof precies de juiste eigenschappen moet hebben om vloeibaar te blijven in het barre klimaat van de maan. Mercurius zal niet werken omdat het vriespunt -101,966 ° F (-74,43 ° C) is. De lage temperatuur op de maan kan -243° F (-153° C) bereiken, zodat kwik zou stollen, waardoor het een onaanvaardbare keuze is voor de primaire spiegel.

onlangs, wetenschappers hebben een klasse vloeistoffen ontdekt die een LLMT mogelijk zouden kunnen maken. Ze staan ​​bekend als ionische vloeistoffen , en ze hebben deze belangrijke eigenschappen:

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

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

midazolium ethylsulfaat, commercieel bekend als ECOENG 212 . ECOENG 212 kan worden gecoat in zilver, waardoor het sterk reflecterend is. De reflectiviteit kan nog meer worden verbeterd door eerst een film van chroom af te zetten, gevolgd door zilver. ECOENG 212 heeft een vriespunt van -144° F (-98° C), echter, dus het zou nog steeds kunnen stollen in de bitterkoude temperaturen van de maan. Aangezien er miljoenen ionische vloeistoffen zijn, wetenschappers hebben er vertrouwen in dat ze een andere kandidaat zullen vinden met een beter vriespuntprofiel.

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

Natuurlijk, al deze materialen zullen per raket naar de maan moeten worden verscheept en daar geassembleerd. Zelfs als je dat in overweging neemt, een vloeistofspiegeltelescoop levert veel minder logistieke problemen op dan een conventionele spiegeltelescoop van glas. de spiegel, omdat het vloeibaar is, wordt gewoon in een kan gedragen en opgeslagen totdat de telescoopinfrastructuur klaar is. Vervolgens zal een astronaut de vloeistof in de schaal gieten om de primaire spiegel te vormen. Het truss-systeem dat wordt gebruikt om de schotel en spiegel te ondersteunen, kan vooraf worden gebouwd en robotisch worden ingezet, het raamwerk ontvouwt zich als een paraplu die wordt geopend. Maar om een ​​robot te gebruiken om een ​​LMT op de maan te bouwen, zou het instrument redelijk klein moeten blijven. Zoals we in het volgende gedeelte zullen zien, de LMT die astronomen en NASA-ingenieurs voor ogen hebben, is allesbehalve klein.

Wat zal de Lunar Liquid Mirror Telescope zien?

Afbeelding van sterren en sterrenstelsels gemaakt met de 6-meter LMT aan de Universiteit van Brits-Columbia NASA/foto door Paul Hickson (Universiteit van British Columbia)

Een vloeistofspiegeltelescoop die direct op de maan wordt geplaatst, heeft een groot voordeel ten opzichte van een aardgebonden telescoop:hij is vrij van atmosferische vervorming, die van invloed zijn op hemelse beelden. Om dezelfde reden, het is ook in staat om meer vormen van elektromagnetische energie te detecteren. De meeste soorten elektromagnetische straling, behalve zichtbaar licht en radiogolven, worden geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde. Op de maan, die totaal geen sfeer heeft, een telescoop zou worden blootgesteld aan het volledige spectrum van elektromagnetische straling -- gammastralen, Röntgenstralen, ultraviolet licht, zichtbaar licht, Infrarood straling, 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 in het universum, die zich snel van de aarde verwijderen. Het Doppler-effect zorgt ervoor dat ze straling creëren in de langere golflengte, infrarood deel van het spectrum.

Grootte is ook een belangrijke factor. In de omgeving met lage zwaartekracht van de maan, het is veel gemakkelijker om grote constructies te bouwen. Het team dat de LLMT ontwierp, is van mening dat het een primaire vloeistofspiegel kan bouwen van 20 tot 100 meter breed. Zo'n spiegel zou objecten 100 tot 1 kunnen observeren 000 keer zwakker dan de volgende generatie telescopen - waaronder de James Webb Space Telescope - kan. Dat betekent dat astronomen het instrument kunnen gebruiken om dieper dan ooit tevoren in ruimte en tijd te kijken. Voor de eerste keer, kunnen we de zeer vroege fasen van het universum direct na de oerknal detecteren, ons begrip van hoe het nieuw gevormde universum zich gedroeg uitbreidde.

Wanneer kan een Lunar Liquid Mirror Telescope werkelijkheid worden?

Direct, de LLMT is nog 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 zoekt naar manieren om buiten de baan van de aarde te komen voor menselijke verkenning en wetenschappelijke ontdekkingen. Als NASA kan aantonen dat buitenposten op de maan praktisch zouden zijn, met zowel economische als wetenschappelijke waarde, dan is het publiek - en uiteindelijk het Congres - misschien bereid om passende financiële steun te tonen.

Een maan-vloeistofspiegeltelescoop is een van de verschillende projecten die NASA zullen helpen de haalbaarheid van ruimteverkenning te bewijzen. Zelfs nog, het vroegst zou kunnen worden ingezet is 2020. Tot die tijd, astronomen zullen genoegen moeten nemen met telescopen met vloeibare spiegels, zoals de Grote Zenith-telescoop, die de hemel vanaf de aarde bekijken.

Voor meer informatie over telescopen met vloeibare maanspiegels, bekijk de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe telescopen werken
  • Hoe de Hubble-ruimtetelescoop werkt
  • Hoe sterren werken
  • Hoe satellieten werken
  • Hoe ruimtestations werken
  • Hoe ruimteliften zullen werken
  • Hoe ruimtetoerisme zal werken

Meer geweldige links

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

bronnen

  • “Het 4-m International Liquid Mirror Telescope Project (ILMT), door Poels, J., Borra, e., Claeskens, J.F., Jean, C., Manfroid, J., Montfort, F., Moreau, O., Nakos, NS., Surdej, J., Schommels, JP, van Dessel, e., &Vangeyte, B. ASP Conf. ser., Vol. 238, 2001. http://www.adass.org/adass/proceedings/adass00/P3-13/
  • "Geweldige nieuwe spiegel weerspiegelt ambitie voor maantelescoop, ” door Ker Than. Ruimte.com, 20 juni 2007. http://www.space.com/businesstechnology/070620_liquid_mirror.html.
  • “Depositie van metaalfilms op een ionische vloeistof als basis voor een maantelescoop, door Borra, Ermanno F.; Seddiki, Omar; Engel, Roger; Eisenstein, Daniël; Hickson, Paulus; Seddon, Kenneth R.; Worden, Simon P. Natuur. Jaargang 447:21 juni 2007.
  • "Het handige ruimteantwoordboek, " Phyllis Engelbert en Diane L. Dupuis, Zichtbare inktpers, Michigan, 1998.
  • "Hoe de dingen tegenwoordig werken, Bewerkt door Michael Wright en Mukul Patel, Kroon uitgevers, New York, 2000.
  • De Hubble Space Telescope-website http://hubble.nasa.gov/index.php
  • De James Webb Space Telescope-website http://www.jwst.nasa.gov/
  • “Vloeibare spiegels kunnen een revolutie teweegbrengen in de astronomie, ” door Michael J. Martin. United Press International, 12 oktober 2001. http://www.weeklyscientist.com/ws/articles/liquidmirrors.htm.
  • "Spiegel, Spiegel, op de maan …, ” door JR Minkel. Wetenschappelijke Amerikaan, 21 juni, 2007.  http://www.sciam.com/article.cfm?articleID=4A58D50D-E7F2-99DF-3223548BB53CD947&sc=I100322.
  • "NASA Liquid-Mirror Telescope op de maan kan dieper terug in de tijd kijken, " 21 juni, 2007. http://www.nasa.gov/centers/ames/news/releases/2007/07_36AR.html.
  • "The New York Public Library Science Desk Reference, " Bewerkt door Patricia Barnes-Svarney, Macmillan, New York, 1995.
  • "Een plan om een ​​gigantische vloeibare telescoop op de maan te bouwen, ’ door Alexander Gelfand. Bedrade, 21 mei, 2007. http://www.wired.com/science/space/news/2007/05/liquid_telescope.
  • “Vooruitgang geboekt in de richting van een telescoop met vloeibare maanspiegels, ’ door Will Dunham. Reuters, 21 juni, 2007. http://www.reuters.com/article/scienceNews/idUSN2140065620070621.

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. "What Does Heterozygous Mean?
  2. Amylase Activity in the Stomach
  3. De verschillen tussen kokkels en sint-jakobsschelpen
  4. Stamboom van Homo Sapiens blijft evolueren
  5. Besmettelijk geeuwen
  6. Resultaten van Landmark NASA DNA Twin Study zijn binnen
  7. Moeten we de genen van buitengewone mensen sparen voor klonen?
  8. Koloniekenmerken van E.Coli
  9. Hoe zal de aarde er over 50 uitzien,

Wetenschap