Интернет-магазин космической игрушки SpaceGiraffe.ru

(495)766-94-83

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.    заказать звонок

Корзина

0 шт. на сумму: 0 руб.
перейти в корзину

  Как телескопы шевелят зеркалами и стреляют в небо лазерами, или Адаптивная оптика

1
Это один из четырёх телескопов Европейской южной обсерватории. Прямо «на ваших глазах» он с помощью специального натриевого лазера (ярко-жёлтый луч на фото) зажигает в небе искусственные «звёзды», которые помогут астрономам лучше разглядеть ночное небо. А ещё зеркала этого телескопа изгибаются и растягиваются как живые, создавая более чёткие изображения звёзд. Звучит странно? Ничего необычного здесь нет, ведь сегодня мы будем говорить об адаптивной оптике – одном из самых важных и самых современных направлений астрономии.

Дрожание атмосферы – это проблема

2


Многие из вас не раз видели, как дрожит горячий воздух над пламенем костра или над нагретой конфоркой кухонной плиты. Почему возникает такое дрожание? Лёгкий горячий воздух поднимается от конфорки вверх, а на его место приходит холодный. Представьте себе, что вы смотрите не сквозь воздух, а сквозь тысячи мельчайших, совершенно крошечных собирающих и рассеивающих линзочек, каждая из которых хаотично движется. То же самое происходит и с дрожащим воздухом, но роль линзочек играют островки воздуха разной температуры. Участки разной температуры по-разному пропускают свет, поэтому нам кажется, что воздух «дрожит».

Земная атмосфера насквозь пронизана различными воздушными потоками разной температуры. Свет далёких звёзд, прежде чем попасть нам в глаз, проходит через все эти передряги: вихри, ветра, слои воздуха разной температуры и турбулентность на границе этих слоёв… В результате изображение звезды или планеты в телескопе «дрожит» словно кто-то включил рядом со зрачком телескопа гигантскую невидимую плиту и уже собрался на ней что-то приготовить. Вот это видео довольно хорошо передаёт то, насколько сильно мешает наблюдениям дрожание атмосферы.

Эта чудесная особенность атмосферы очень «нравится» астрономам. Любоваться красотами лунного пейзажа, конечно, можно. Но попробуйте-ка измерить расстояние от одного кратера до другого, сделав фотографию через этот телескоп! Дрожащий воздух атмосферы постоянно смазывает границы, меняет формы кратеров - не понять, где мираж, а где истина…


Что же делать?


Можно запустить телескоп в космос: это сразу решит проблему атмосферных искажений, но создаст миллион других, например, обслуживать и ремонтировать телескоп в космосе крайне сложно и дорого. Кроме того, если вам вдруг захочется использовать, например, новую цифровую камеру для фотографирования через этот телескоп, придётся лететь в космос. Всё это очень неудобно и дорого.

3

Другой путь – использовать адаптивные зеркала, которые могут в реальном времени менять свою форму.
Если вы когда-нибудь бывали в комнате смеха с кривыми зеркалами, то вы прекрасно помните, как кривое зеркало искажает ваше отражение. Обычно получается очень смешно. Искажения, которые вносит атмосферный воздух, сравнимы с искажениями от кривых зеркал. Единственная разница в том, что атмосферный воздух всё время находится в движении, поэтому каждую секунду искажает изображение по-разному, а кривое зеркало в цирке всегда вносит одинаковые искажения.

4

изображение искривлённом зеркале искажено


А теперь представьте себе, что мы решили поставить в телескоп вот такое кривое зеркало с неровной поверхностью. Если нам удастся подобрать форму зеркала так, чтобы искажения, вносимые зеркалом, компенсировали искажения, вносимые атмосферой, то мы получим чёткое изображение звезды или поверхности планеты, как будто бы атмосферный воздух никак нам не помешал. Это значит, что мы будем видеть не размытую, а чёткую картину, будто бы атмосферы вокруг Земли нет.


Атмосферные помехи - случайный процесс, а это значит, что в каждое мгновение воздух искажает изображение в телескопе по-разному. Поэтому менять форму зеркала в телескопе придётся очень быстро – как минимум десятки тысяч раз в секунду.

Адаптивные зеркала


Возможности современной технологии позволяют сделать такие «дрожащие» зеркала - учёные называют их адаптивными зеркалами. Существует очень много вариантов создания адаптивного зеркала. Например, можно собрать большое зеркало из множества маленьких, каждое из которых будет управляться своим двигателем.

5

Другой способ – использовать свойства некоторых материалов сжиматься или расширяться, когда по ним проходит электрический ток. К пластинке из такого материала с одной стороны крепится много-много электродов, а с другой стороны напыляется отражающий слой.

6
Затем к электродам подаётся ток, и в зависимости от его величины пластинка искривляется, а вместе с ней искривляется и отражающая поверхность.

Искусственные звёзды


С зеркалами мы разобрались. Но как же понять, как сильно надо менять их форму? Ведь каждую секунду направление ветра в атмосфере меняется, изменяется температура, а значит, воздух каждое мгновение по-разному искажает изображение далёких звёзд. Для этого тоже есть несколько способов. Один из них – самый интересный – это зажечь в небе искусственную звезду.

7


Для этого излучение специального очень мощного лазера фокусируют на высоте 90 километров. На такой высоте в атмосфере Земли присутствует очень много атомов натрия. Откуда там эти атомы берутся, толком никто не знает, известно лишь, что количество атомов металла в этом слое постоянно меняется. Как бы то ни было, для астрономов это большая удача, потому что, попав под излучение лазера с земли, атомы натрия начинают очень ярко светиться. Светятся искусственные звёзды точно таким же насыщенным жёлтым цветом, как светятся у нас фонари вдоль шоссе и во дворах. Так происходит потому, что в лампах ночного освещения тоже используется натрий. И вот на высоте в 90 километров, там, куда сфокусирован луч лазера, появляется светящаяся область размером примерно метр на метр , которая с поверхности Земли выглядит просто как крошечная звёздочка.

8

Все параметры этой звёздочки тщательно измерены и рассчитаны. Поэтому, наблюдая за тем, как дрожит изображение искусственной звезды, мы можем понять, как дрожит атмосфера, а значит, как сильно надо изогнуть зеркало телескопа, чтобы скомпенсировать атмосферные помехи. Остальное - дело техники.

На этом замечательном видео очень подробно описано, как работает система адаптивной оптики.

Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ

в контакте,

Фейсбуке,

или живом журнале.

Специально для вас в этих группах мы будем выкладывать последние записи в нашем блоге.