Жидкие зеркала в космосе: революция в астрономии или научная фантастика?

Представьте телескоп с зеркалом настолько огромным, что оно больше ширины футбольного поля, но при этом не сделанное из хрупкого стекла или полированного металла, а… из жидкости. Звучит как сценарий фантастического фильма, но именно такую технологию разрабатывают НАСА и израильский Технион в рамках проекта FLUTE (Fluidic Telescope). Если концепция окажется реализуемой, это может перевернуть будущее астрономии, позволив создавать гигантские космические обсерватории, способные напрямую фотографировать далекие экзопланеты и заглядывать в самые глубины Вселенной.

Но как работает жидкое зеркало в космосе? Какие проблемы возникают при его использовании? И главное — сможет ли такой телескоп вообще нормально функционировать, если его нужно наводить на разные объекты? Ответы на эти вопросы дало новое исследование ученых, которые смоделировали поведение жидкости в условиях микрогравитации и пришли к неожиданным выводам.

Почему астрономам нужны гигантские зеркала?

Современные космические телескопы, такие как Джеймс Уэбб (JWST), уже поражают воображение своими возможностями. Однако их зеркала, даже будучи сегментированными, упираются в жесткие ограничения: их нужно уместить внутри ракеты, а после запуска — развернуть с ювелирной точностью. Увеличивать размеры таким способом дальше крайне сложно.

Между тем, для прямого наблюдения экзопланет, особенно землеподобных, нужны зеркала диаметром десятки метров. Традиционные методы изготовления делают такие конструкции невероятно дорогими и технологически почти невозможными. Вот тут и появляется альтернатива — жидкие зеркала.

Как жидкость может заменить стекло?

В невесомости тонкий слой жидкости под действием поверхностного натяжения самопроизвольно принимает идеальную параболическую форму, необходимую для фокусировки света. Это означает, что вместо того, чтобы шлифовать, полировать и аккуратно складывать гигантские зеркала, можно просто… распылить жидкость в космосе и позволить физике сделать всю работу.

Но здесь возникает ключевая проблема: как поворачивать такой телескоп? Ведь любое движение приведет к колебаниям жидкости, и если деформации окажутся слишком сильными, изображения станут размытыми. Именно этот вопрос и исследовала команда ученых под руководством Израиля Габая.

Что происходит, когда жидкий телескоп поворачивается?

Используя сложные математические модели и лабораторные эксперименты, исследователи выяснили:

• При повороте 50-метрового зеркала (толщиной всего 1 мм) возникают волны высотой в несколько микрометров, но они распространяются к центру очень медленно — настолько, что внутренняя часть зеркала остается практически нетронутой годами.
• Даже после 10 лет ежедневных маневров 80% площади зеркала сохраняют правильную форму, что вполне допустимо для астрономических наблюдений.
• Несколько малых поворотов в разных направлениях могут быть лучше, чем один резкий разворот, поскольку создают более симметричные искажения, которые легче компенсировать.

Это означает, что жидкие зеркала действительно могут работать в космосе, но операторам придется тщательно планировать «бюджет маневров», чтобы не нарушить оптику.

Будущее жидкостных телескопов

Если технология FLUTE будет реализована, это откроет путь к созданию сверхбольших и при этом дешевых космических телескопов. Более того, у жидких зеркал есть уникальные преимущества:

• Самовосстановление — попадание микрометеорита повредит лишь временно, так как жидкость быстро «затянет» пробоину.
• Адаптивность — форму зеркала можно корректировать, подстраиваясь под разные задачи.
• Долговечность — теоретически, такой телескоп может служить десятилетиями, а при сильных искажениях его можно «перезапустить», позволив жидкости заново принять идеальную форму.

Конечно, остаются инженерные сложности: как удерживать жидкость в вакууме, как предотвратить ее замерзание или испарение, как точно контролировать ее движение. Но фундаментальная физика уже подтверждает — жидкие зеркала в космосе могут работать.

Новая эра астрономии?

FLUTE — это не просто альтернатива традиционным телескопам, а радикально новый подход. Вместо того чтобы годами шлифовать и выверять каждую деталь зеркала, ученые предлагают довериться законам гидродинамики и позволить жидкости самой создать идеальную оптику.

Если проект получит дальнейшее развитие, уже в 2030-х годах мы можем увидеть на орбите гигантские «пузыри», способные разглядеть океаны на экзопланетах или звезды на краю наблюдаемой Вселенной. И тогда фраза «зеркало телескопа» приобретет совершенно новый смысл.