Космические телескопы замечательны. На их зрение не влияет погода в нашей атмосфере, что позволяет им делать невероятно подробные изображения неба. К сожалению, размер зеркала весьма ограничен. Каким бы удивительным ни был космический телескоп Джеймса Уэбба, его главное зеркало имеет диаметр всего 6,5 метров. Даже тогда зеркало должно было иметь складные компоненты, чтобы поместиться в ракету-носитель. Напротив, Чрезвычайно Большой Телескоп, строящийся в настоящее время на севере Чили, будет иметь зеркало диаметром более 39 метров. Если бы мы только могли отправить такое большое зеркало в космос! Новое исследование показывает, как этого можно достичь.
Как показывает исследование, зеркалам телескопа на самом деле требуется только отражающая поверхность. Его не нужно наносить на толстый кусок стекла и не требуется большая жесткая опорная конструкция. Все, что необходимо, чтобы удерживать форму зеркала под собственным весом. Что касается звездного света, все, что имеет значение, — это блестящая поверхность. Так почему бы просто не использовать тонкий лист светоотражающего материала? Вы можете просто свернуть его и положить в ракету-носитель. Например, мы могли бы легко отправить в космос рулон алюминиевой фольги длиной 40 метров.
Конечно, все не так просто. Вам все равно придется развернуть мембранный телескоп обратно в правильную форму. Вам также понадобится детектор, на котором можно сфокусировать изображение, и вам нужен способ обеспечить правильное выравнивание этого детектора с широкоформатным зеркалом. В принципе, этого можно добиться с помощью тонкой опорной конструкции, которая не утяжелит ваш телескоп. Но даже если предположить, что все эти технические проблемы можно решить, проблема все равно останется. Даже в космическом вакууме форма такого тонкого зеркала со временем деформировалась бы. Решение этой проблемы является основной задачей новой работы.
После запуска в космос и развертывания мембранное зеркало существенно не деформировалось. Однако, чтобы получить четкие изображения, зеркалу придется фокусироваться на величине видимого света. Когда «Хаббл» был запущен, форма его зеркала отклонялась менее чем на толщину человеческого волоса, и для решения проблемы потребовались корректирующие линзы и целая миссия шаттла. Любое смещение такой величины сделало бы наш мембранный телескоп непригодным для использования. Поэтому авторы прибегают к часто используемому астрономами трюку, известному как адаптивная оптика.
Адаптивная оптика используется в крупных наземных телескопах для коррекции атмосферных искажений. Приводы за зеркалом в реальном времени искажают форму зеркала, чтобы нейтрализовать искристость атмосферы. По сути, это делает форму зеркала несовершенной, чтобы соответствовать нашему несовершенному виду неба. Подобный трюк можно было бы использовать и для мембранного телескопа, но если бы нам пришлось запускать сложную систему привода зеркала, мы могли бы с тем же успехом прибегнуть к жестким телескопам. Но что, если вместо этого мы просто воспользуемся лазерной проекцией?
Направив лазерную проекцию на зеркало, мы могли бы изменить его форму за счет отдачи излучения. Поскольку это всего лишь тонкая мембрана, ее форма будет достаточно значимой, чтобы можно было вносить оптические поправки, и ее можно будет изменять в реальном времени, чтобы сохранить фокус зеркала. Авторы называют этот метод «радиационной адаптивной оптикой» и с помощью серии лабораторных экспериментов показали, что он может работать.
Сделать это в космосе гораздо сложнее, чем в лаборатории, но работа показывает, что этот подход стоит изучить. Возможно, в ближайшие десятилетия мы сможем построить целую серию таких телескопов, которые позволят нам увидеть в далеком небе детали, которые сегодня мы можем только представить.
Ссылка: Рабьен С. и др. «Мембранный космический телескоп: активный контроль над поверхностью с помощью лучистой адаптивной оптики». Космические телескопы и приборы 2024 года: оптические, инфракрасные и миллиметровые телескопы. Том 13092. SPIE, 2024.
