В Канаде, неподалеку от Ванкувера, находится самый необычный, по версии Викитории, телескоп. И хотя сегодня он отправлен «на пенсию», свое дело он сделал и сделал хорошо: убедил астрофизиков в полезности подобных конструкций для научных исследований.
Астрономам-любителям известно, какие неудобства создают при наблюдении космических объектов аберрации, рождаемые в телескопе. Аберрации — это оптические искажения, вызванные обычно несовершенством конструкции. Наиболее распространенным проявлением таких искажения являются хроматические аберрации, добавляющие наблюдаемому объекту радужную оболочку, тем существеннее мешает наблюдениям, чем меньше угловой диаметр объекта. В ряде любительских телескопов это не даёт возможности для полноценного наблюдения даже крупных объектов Солнечной системы, не говоря уже о далеких туманностях.
Одной из главных проблем при этом является создание точной кривизны главного зеркала — параболы. Любое, самое незначительное отклонение порождает искажения, которые часто являются решающими. Создать же идеальное параболическое зеркало до сих пор никому не удавалось. Даже изготовление зеркала, вписывающегося в критерий Рэлея (погрешность в четверть длины волны идеального параболоида) является весьма непростой инженерной задачей. Однако природа заготовила для нас изящное решение этой задачи: если емкость с жидкостью привести во вращение, то поверхность под действием центростремительных сил примет ту самую кривизну идеального параболоида. Вопрос, что использовать в качестве жидкости? Нужна жидкость с максимальной отражательной способностью, как у зеркала. И такая жидкость в природе тоже есть: это ртуть.
Именно так устроено главное зеркало Большого Зенитного телескопа в Университете Британской Колумбии поблизости от Ванкувера. Его диаметр — 6 метров. Двигатель равномерно вращает чашу со ртутью со скоростью 6 оборотов в минуту, что создает параболическое зеркало с фокусным расстоянием 10 метров. Большой Зенитный телескоп — самый крупный из телескопов с жидкими зеркалами. Его строительство шло почти 10 лет — с 1994 по 2003 год.
Кампус Университета Британской Колумбии
Разумеется, такой телескоп не может конкурировать по размеру зеркала с крупнейшими телескопами: самое большое имеет European Extremely Large Telescope в Чили — 39,3 метра. Thirty Meter Telescope на Гавайях имеет диаметр главного зеркала 30 метров, а Giant Magellan Telescope в Чили — 25,4 метра. Однако в чистоте изображения у зеркала, создаваемого вращением, нет конкурентов.
Кроме почти полного отсутствия аберраций, у ртутных зеркал есть еще одно огромное преимущество перед традиционными — они обходятся примерно в 100 раз дешевле, а это самый дорогой компонент телескопа. Стоимость возведения всего Большого Зенитного телескопа в Канаде в 50 раз ниже такого же, но с обычным зеркалом.
У Большого Зенитного телескопа есть и недостатки, как концептуальные, так и локальные. Жидкое зеркало может смотреть только вверх с небольшим отклонением, учитывающим вращение Земли вокруг своей оси. Таким образом, Большой Зенитный телескоп постоянно направлен только в одну точку неба, перенаправить его куда-то ещё невозможно. Кроме того, ртуть токсична, поэтому само зеркало, операторы телескопа и астрофизики находятся в отдельных, хорошо проветриваемых помещениях.
Но главной проблемой оказались не физические или химические параметры, а… погода. Телескоп, обошедшийся университету в миллион долларов, бóльшую часть года простаивает из-за заволакивающих небо облаков. Из-за этого в 2019 году эксплуатация астрономического прибора была остановлена. Теперь университет планирует построить 8-метровый телескоп с жидким зеркалом, стоимость которого оценивается в 22,3 миллиона долларов. Кроме того, в планах возведение телескопа с 66 отдельными 6-метровыми зеркалами, общая мощность сбора которого составит таковую у 55-метрового телескопа.
В течение 16 лет Большой Зенитный телескоп использовался для поиска далеких сверхновых звезд и наблюдения за спектрами квазаров и галактик. Кроме того, с его помощью отслеживались перемещения мусора в околоземном пространстве.
Кроме Большого Зенитного телескопа в мире существует еще три телескопа с жидким зеркалом:
UBC/Laval LMT с диаметром зеркала 2,65 метра, принадлежит тому же Университету Британской Колумбии;
NASA-LMT с 3-метровым зеркалом, принадлежал NASA, находится в в штате Нью-Мехико (США), ныне передан в частные руки;
ILMT, с 4-метровым зеркалом в обсерватории Девасталь, Индия, принадлежит участникам международного проекта.
В истории науки было несколько случаев создания телескопов с жидкими зеркалами. Сама идея принадлежит Исааку Ньютону, однако технические возможности его времени не соответствовали гениальности прозрения. Только в 1872 году Генри Ски в Новой Зеландии создал первый телескоп с ртутным зеркалом диаметром 35 сантиметров. Следующий появился 37 лет спустя — в 1909 году американский физик Роберт Вуд построил жидкозеркальный телескоп с диаметром зеркала 51 сантиметр. Его творение помогло ему рассмотреть двойные звезды диаметров в 2,3 угловых секунды. Однако ограниченность наблюдений сектором зенита не сделала такие астрономические приборы популярными, поэтому попытки возобновились только в 1980-х годах.
