《月球液体望远镜》阅读答案

《月球液体望远镜》阅读答案


月球液体望远镜
作者：程　晖《大自然探索》2009年第3期

　　在月球上建立太空望远镜是天文学家长久以来的梦想，因为在没有大气和人为干扰的月面环境下，望远镜能更好地捕捉到宇宙深处恒星的微弱光线。不过，通常情况下，对望远镜镜片精确度的要求很高，成本昂贵，而且即使造成，还有如何把它搬运到月球上去的问题。2008年10月，一组国际知名天文学家和光学家宣称，他们或许已经找到了在月球上建造“大得令人难以置信”的望远镜的“很简单”的方法。
　　牛顿早就指出，置于转速恒定的浅容器中的任何液体，都会自然形成抛物面形状——这与望远镜镜面将星光汇聚到焦点所需的形状是一样的。对于建造巨型月球望远镜来说，这可能就是关键之所在。
　　在地球上，只要保证盛液体的容器严格地处于水平状态，并置于一个由转速稳定的同步电机带动的低震动、低空气阻尼机构上，就可以制造出液面非常完美的液体望远镜。旋转速度无需很快。科学家在实验室中已经制造出了直径为4米的液体望远镜，其转速大约为每小时5千米，和人快步行走的速度差不多。在月球的低重力环境下，液体望远镜的旋转速度可以更慢。
　　在地球上，大多数液体望远镜都使用水银。水银在室温下为液态，可以反射大约75％的入射光，效果几乎和银一样好。目前世界上最大的液体望远镜是加拿大不列颠哥伦比亚大学的“大型天顶望远镜”，直径为6米，建成于2005年，造价不到100万美元，只相当于一架同样直径的固体望远镜造价的百分之几。事实上，成本低廉正是促使科学家下决心建造月球液体望远镜的最大动因。
　　不过，使用水银建造月球液体望远镜却是行不通的，因为水银的密度很大，使得发射载荷太大，而且水银还很昂贵。更重要的是，水银在月面的真空环境中会很快蒸发。近年来，科学家一直在尝试用被称为“离子液体”的有机化合物代替水银来制作液体望远镜。所谓离子液体，基本上就是融解的盐，其蒸发率几乎为零，即便在月面的真空下也不会蒸发。此外，离子液体在极低的温度下也能保持液态。目前，科学家还在设法合成能在液氮温度下保持液态的离子液体。
　　离子液体的密度比水银低得多，比水略大。尽管离子液体本身的反射率不高，但却可以在离子液体望远镜的表面形成一层超薄的银，厚度仅为50～100纳米(1纳米等于10亿分之一米)，如此薄的厚度实际上使银固化了。在太空的真空环境中，具有极薄银层的液体望远镜既不会蒸发，也不会生锈。如此一来，液体望远镜不就成了“固体望远镜”。
　　为了保持液体镜面的形状，现在的液体望远镜还只能水平放置，否则液体就会流出来。这是否意味着液体望远镜不能调整方向?实际上，科学家已经提出了几种使液体望远镜能够倾斜的方案，比如在液体望远镜的上方悬浮二级固体望远镜，又比如让液体望远镜的镜面本身略微弯曲。这些方法听起来匪夷所思，但类似技术已被应用于波多黎各阿雷希伯射电望远镜。
　　只要望远镜不被放置在地球或月球的极点，那么地球或月球每自转一次，望远镜就会随之扫描天空中的一个环带。月球的自转轴以18.6年的周期发生摆动，因此，月球望远镜实际上能观测一大片天空。
　　一个非常诱人的想法，是将大型液体望远镜放置在月球极地附近。可以把望远镜放置在一个永久无光照的陨击坑的底部附近，那里的温度很低，对于红外(热量)天文学观测来说很理想。当然，还需要在永久有光照的附近山顶上架设太阳能电池板，为望远镜旋转提供能量。
　　相对于传统望远镜，总是往上看的液体望远镜省去了承重支架、齿轮以及指向控制系统等，因而大大简化了制造，重量也大为减轻。液体望远镜所需的只有液体容器(或许是雨伞状的，能自行展开)，外加几乎无摩擦的超导轴承及其驱动电机。据估计，建造一部直径20米的月球液体望远镜所需的全部材料只有几吨重，对于美国宇航局计划在2l世纪20年代发射的“阿雷斯5号”系列飞船来说，往月球飞一次就足以运送这些材料了。