Зеркала для телескопов будущего - из лазеров и бусинок
Выстреливая лучами лазера по полистироловым бусинкам, ученые изготовили зеркало на основе света. Это открытие позволит отправить в космос телескопы со сверхлегкими зеркалами – и они смогут разглядеть материки и даже леса на далеких планетах!
Поле и дальность зрения современных телескопов очень ограничено – посылать на орбиту громоздкие тяжелые зеркала стоит дорого. Зеркало на «охотнике за экзопланетами №1», телескопе НАСА «Кеплер», в диаметре составляет всего 1,4 метра, а «Кеплер» даже не может непосредственно наблюдать планеты – он лишь фиксирует небольшие колебания яркости при прохождении экзопланеты мимо ее звезды.
Телескоп «Джеймс Вебб», который НАСА запускает через несколько лет, будет оснащен гигантским зеркалом (6,5 метра в диаметре) из 18 взаимосвязанных сегментов. Чтобы уместиться в ракете носителе, зеркало придется «сложить», а рабочую форму она примет уже в космосе.
Жан-Марк Фурнье (Jean-Marc Fournier) из Высшей швейцарской политехнической школы Лозанны воскресил старую идею (ее в 1079 году высказал французский астроном Антуан Лабейри) – увеличение размера зеркал за счет силы, возникающей при попадании лазерных лучей в крошечные частицы. С помощью данного метода изготавливают оптический пинцет, захватывающий одновременно несколько частиц.
Теоретически, при попадании двух лазерных лучей в центральную точку их оптические силы должны интерферировать, создавая стабильную зону, где частицы выстраиваются в двухмерную поверхность. Такое зеркало будет чрезвычайно легким, недорогим и способным к самовосстановлению: любые частицы, выбитые летающими по космосу микрометеорами, автоматически заменят соседние.
Фурнье получил финансирование от Института перспективных разработок НАСА и начал работу с того, что «поймал» 150 микрометровых полистироловых шариков на стекле. В норме свет, попадая на шарик, должен «отскакивать» от него во все стороны, но соположение бусинок создает плоскую отражающую поверхность, функционирующую подобно зеркалу.
Для проверки работы устройства ученые выстрелили лазером сквозь прозрачную линейку – картинка на детекторе оказалась мутной, но цифру восемь (с линейки) удалось без труда разглядеть (когда бусинки убирали со стекла, «телескоп» не работал).
По мнению Фурнье, с помощью новой технологии можно будет построить зеркало диаметром в 35 метров, которое будет весить всего 100 грамм. Но препятствий на пути реализации проекта еще немало: шарики, например, находятся в воде, которая их охлаждает и удерживает вместе – в космосе для воды места не будет. А еще стекло придется заменить на второй лазер.
Лабейри хотел бы, чтобы швейцарская группа повторила свой эксперимент в условиях вакуума и невесомости (возможно, на борту МКС). Если технология оправдает ожидания, то стоит отправить в космос целый комплекс «лазерных зеркал», работающих как одно целое. «Тогда мы могли бы наблюдать экзопланеты непосредственным образом… целые континенты и огромные лесные массивы (вроде бассейна Амазонки) станут видимыми», - говорит физик.
Исследование представлено в журнале Physical Review Letters.
По материалам New Scientist.
Артём Космарский nauka21vek.ru