Телескопы будущего могут быть сделаны из развернутых в космосе огромных мембран

Фото из открытых источников

Космические телескопы замечательны. Их обзор не загораживается погодой в нашей атмосфере, и поэтому они могут делать невероятно подробные снимки небес. К сожалению, они довольно ограничены в размере зеркала.

Насколько бы ни был удивителен космический телескоп Джеймс Уэбб, его главное зеркало имеет диаметр всего 6,5 метров. Даже тогда зеркало должно было иметь складные компоненты, чтобы поместиться в ракету-носитель. А Чрезвычайно Большой Телескоп, который в настоящее время строится на севере Чили, будет иметь зеркало диаметром более 39 метров.

Если бы мы только могли запустить такое большое зеркало в космос. Новое исследование, опубликованное в журнале Space Telescopes and Instrumentation 2024: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, рассматривает, как это можно сделать.

Как указывается в исследовании, когда дело касается зеркал телескопа, все, что действительно нужно, это отражающая поверхность. Ее не нужно наносить на толстый кусок стекла, и не нужна большая жесткая опорная конструкция. Все, что нужно, это просто удерживать форму зеркала против его собственного веса.

Что касается звездного света, то блестящая поверхность имеет значение. Так почему бы просто не использовать тонкий лист отражающего материала? Можно просто свернуть его и положить в свой пусковой аппарат. Например, можно было бы легко запустить в космос 40-метровый рулон алюминиевой фольги.

Конечно, все не так просто. Все равно придется развернуть мембранный телескоп обратно в его правильную форму. Также понадобится детектор, на котором будет фокусироваться изображение, и вам понадобится способ удерживать этот детектор в правильном положении с широкоформатным зеркалом.

В принципе, вы могли бы сделать это с помощью тонкой опорной конструкции, которая не добавит чрезмерного объема вашему телескопу. Но даже если предположить, что все эти инженерные проблемы можно решить, у вас все равно будет проблема. Даже в вакууме космоса форма такого тонкого зеркала со временем деформировалась бы. Решение этой проблемы является основной целью этой новой статьи.

После запуска в космос и развертывания мембранное зеркало не будет существенно деформироваться. Но для получения четких изображений зеркало должно будет сохранять фокусировку на порядке видимого света.

Когда Хаббл был запущен, его зеркальная форма была смещена менее чем на толщину человеческого волоса, и потребовались корректирующие линзы и целая миссия шаттла, чтобы исправить это. Любые сдвиги в таком масштабе сделали бы наш мембранный телескоп бесполезным. Поэтому авторы обращаются к хорошо известному трюку астрономов, известному как адаптивная оптика.

Адаптивная оптика используется на больших наземных телескопах как способ коррекции атмосферных искажений. Приводы за зеркалом искажают форму зеркала в реальном времени, чтобы нейтрализовать мерцание атмосферы. По сути, это делает форму зеркала несовершенной, чтобы учесть наше несовершенное видение неба.

Похожий трюк можно было бы использовать для мембранного телескопа, но если бы нам пришлось запускать сложную систему привода для зеркала, мы могли бы также вернуться к запуску жестких телескопов. Но что, если мы просто используем лазерную проекцию?

Направляя лазерную проекцию на зеркало, мы могли бы изменять его форму посредством лучистой отдачи. Поскольку это просто тонкая мембрана, форма была бы достаточно значительной для создания оптических поправок, и ее можно было бы изменять в реальном времени, чтобы поддерживать фокусировку зеркала. Авторы называют эту технику радиационной адаптивной оптикой и с помощью серии лабораторных экспериментов продемонстрировали, что она может работать.

Делать это в глубоком космосе гораздо сложнее, чем в лаборатории, но работа показывает, что этот подход стоит изучить. Возможно, в ближайшие десятилетия мы построим целый массив таких телескопов, которые позволят нам увидеть детали в далеких небесах, которые мы сейчас можем только вообразить.