ASTRO: Obří dalekohled na Měsíci?

Obrovský dalekohled s objektivem, tvořený tekutým zrcadlem, umístěný na povrchu Měsíce, bude mít několiksetkrát větší citlivost než Hubblův kosmický dalekohled HST. Italský astronom Ernesto Capocci (Naples Observatory) již v roce 1850 navrhoval použít rotující „mísu“ naplněnou rtutí jako zrcadlo astronomického dalekohledu. V praxi tuto myšlenku realizoval o 50 let později Robert W. Wood (Johns Hopkins University). V současné době uvažuje Roger Angel skutečně v astronomických měřítcích. Předpokládá, že by bylo možné dopravit na povrch našeho souputníka dalekohled o průměru až 100 m.

V podobě optické plochy dalekohledu, odrážející dopadající záření, předpokládá využití tekutého zrcadla v obrovském rotujícím „talíři“, jehož průměr by mnohokrát převyšoval současné dalekohledy (rovnoměrná rotace zrcadla je zde nutná k vytvoření správné optické plochy objektivu, v tomto případě reflektoru). O tento „měsíční dalekohled s tekutým zrcadlem“ (LLMT – Lunar Liquid Mirror Telescope) projevil velký zájem Institut perspektivních koncepcí NASA (NASA Institute for Advanced Concepts, NIAC) – v současné době pro něj Roger Angel dokončuje zpracování studie perspektivity a realizovatelnosti tohoto projektu. „Na první pohled je tato myšlenka naprosto šílená,“ říká astronom Paul Hickson. „Avšak čím hlouběji člověk vniká do detailů projektu, tím více dochází k závěru, že tento projekt je zcela reálný.“

Ve skutečnosti podobných projektů již na Zemi několik existuje. Jedná se například o velký dalekohled Large Zenith Telescope, třetí největší dalekohled v Severní Americe, opatřený tekutým zrcadlem o průměru 6 m. Avšak na Měsíci, kde je mnohem nižší gravitace a kde není žádná atmosféra, bude možné realizovat vskutku grandiózní projekt. Podle plánu Rogera Angela se bude jednat o dalekohled se zrcadlem o průměru 100 m, které bude schopno soustředit 1736krát více světla než Hubblův kosmický dalekohled na oběžné dráze kolem Země.

Co je však ještě důležitější, projekt LLMT bude 10krát až 20krát levnější než dalekohled se stejně velkým objektivem z leštěného skla: povrch tekutého zrcadla „vyleští“ do požadovaného tvaru fungující přírodní zákony. A navíc tekuté zrcadlo nevyžaduje masivní podpůrnou konstrukci, která je nezbytná u mnohatunových (tuhých) zrcadel. Avšak očekávat, že vše bude velice snadno a levně realizovatelné, nelze: stavba takovéto obří konstrukce, a ještě k tomu na povrchu Měsíce, si vyžádá velké náklady. Podle předběžných odhadů zmenšená varianta se zrcadlem o průměru 20 m bude cenově srovnatelná s realizací kosmického dalekohledu JWST (James Webb Space Telescope), tj. přibližně 4,5 miliardy dolarů. Avšak takovýto dalekohled by již byl schopen rozlišit objekty 100krát slabší než dokáže JWST.

Své výhody má i zvolené místo. Umístíme-li dalekohled na povrchu Měsíce, můžeme zapomenout na nepříznivý vliv atmosféry na kvalitu obrazu, což je velký problém při pozorování velkými dalekohledy ze zemského povrchu. Vezmeme-li v úvahu skutečnost, že záření nejstarších a nejvzdálenějších objektů ve vesmíru je výrazně posunuto směrem k červenému konci spektra, o to větší výhodou bude nepřítomnost atmosféry. Infračervená oblast spektra je obzvlášť zajímavá pro pozorování vzdálených objektů s rudým posuvem větším než 7.

Bohužel, projekt má i celou řadu „háčků“. Například nízké teploty na povrchu Měsíce (v období měsíční noci) nedovolí použít na výrobu zrcadla rtuť – což je v pozemských podmínkách obvyklá náplň rotujících zrcadel. Na Měsíci zkrátka ztuhne (rtuť tuhne již při teplotě 38 stupňů pod nulou). Hlavním úkolem při konstrukci měsíčního dalekohledu tedy bude výběr vhodné tekuté látky s nízkým bodem tuhnutí na výrobu zrcadla, která se navíc minimálně vypařuje. Tímto problémem se zabývá Ermanno Borra z Kanady. Na povrch tekutiny bude nanesena velmi tenká vrstvička stříbra. Tato vrstvička neslouží jen jako optická (odrazná) plocha pro záření, ale také chrání kapalinu před vypařováním.

Dlouhou dobu byla také problémem konstrukce mechanismu, který by otáčel zrcadlem bez toho, aby se na ně přenášely sebemenší vibrace – dokud vědci nenavrhli použít několik rotujících nádob, umístěných jedna v druhé. Avšak Angel a Borra navrhli jiné řešení – vzduchová ložiska a přesné elektromotory osazené optickými senzory. Na Měsíci je však vzduchu nedostatek, proto budou v případě LLMT použity supravodivé magnetické polštáře.

Existuje ještě jeden vážný nedostatek dalekohledů s kapalným zrcadlem – nelze je totiž naklánět. Takovým dalekohledem je možné pozorovat pouze objekty, které se v daný moment nacházejí v zenitu nebo v jeho blízkosti (odtud i název již zmiňovaného dalekohledu Large Zenith Telescope). Naštěstí v případě výzkumu vzdálených objektů toto ohraničení není až tak důležité – v těchto velkých vzdálenostech je vesmír prakticky homogenní, ať se podíváme kterýmkoliv směrem.

A co nyní čeká dalekohled s tekutým zrcadlem o průměru 100 m, který by mohl být umístěn na povrchu Měsíce? Už je téměř jasné, jak bude dalekohled vypadat, jak bude zkonstruován, otázkou zatím je, kde se vezmou peníze na jeho financování. Realizaci projektu čistě v automatickém režimu si zatím nikdo nedovede představit. Nutné bude obnovení pilotovaných letů na Měsíc, což je projekt, na kterém se již pracuje. Odborníci se shodují v tom, že dalekohled s tekutým zrcadlem nelze realizovat na povrchu Měsíce dříve než v roce 2020. Vzhledem k harmonogramu návratu amerických astronautů na Měsíc je však tento termín až příliš optimistický.

Jestliže nalijeme rtuť do rotující nádoby, kapalina se rozteče a zaujme podobu tenké vrstvičky - mimořádně hladké parabolické plochy, která může sloužit jako hlavní astronomické zrcadlo. Práci na vývoji takového zrcadla pro měsíční dalekohled se věnuje mezinárodní skupina odborníků, jejímž členem je i Ermanno Borra (Laval University's Center for Optics, Photonics, and Laser, COPL – Quebec, Kanada). Na snímku je rtuťové zrcadlo o průměru 3,7 m, které vyrobili pracovníci Laval University.

Projekt, který dříve vypadal jako science fiction, se dočkal nového zájmu v roce 2004, kdy se o něj začali zajímat pracovníci NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC). Hlavním problémem nyní je najít takovou kapalinu pro zhotovení primárního zrcadla na Měsíci, která by byla tekutá i za teploty kolem minus 150 stupňů (což je teplota na noční straně Měsíce).

Ermanno Borra se svými spolupracovníky navrhuje použít k vyřešení problému kombinace různých materiálů. Úspěšně nanesli na tzv. iontovou kapalinu tenkou vrstvičku stříbra pomocí pokovení ve vakuu. Iontové kapaliny jsou soli, které jsou tekuté i za teplot nižších než -100 °C, jsou složeny výhradně z iontů a obvykle u nich nedochází k významnějšímu odpařování při pokojové a nižší teplotě. Napařená vrstvička stříbra je mimořádně hladká, vysoce reflexivní, zůstává stabilní několik měsíců a zabraňuje vypařování kapaliny použité k vytvoření zrcadla. Předpokládá se nanesení dvojité vrstvy: první vrstva bude tvořena chrómem a teprve na ni bude napařena vrstvička stříbra.

Místo přepravy těžkého, rozměrného a drahého vybroušeného kusu skla na povrch Měsíce může být kapalina k výrobě zrcadla přepravena v nádobách a celý dalekohled smontován až na Měsíci. Borra však dodává: „Pokud nenajdeme řešení problémů, které jsme nastínili v článku v časopise Nature, bude to znamenat konec celého projektu.“

Obr.: 1) Návrh dalekohledu pro umístění na Měsíci
2) Rtuťové zrcadlo o průměru 3,7 m

Zdroj: SpaceNews.ru, Europa.com a Photonics.com
Převzato: Hvězdárna Valašské Meziříčí

Další události komentovány na www.astro.cz
Publikováno s laskavým svolením České astronomické společnosti.