印度首次使用液體鏡面的天文鏡望遠鏡


液體鏡面望遠鏡是一種獨特的望遠鏡,它用一個緩慢旋轉的液體水銀圓盤聚焦光線,而不是傳統的固體鏡面。 類似望遠鏡以前也曾建造過,但這個4米直徑的國際液體鏡望遠鏡(International Liquid Mirror Telescope)則是第一個為天文學專門建造的大型望遠鏡。 它位於喜馬拉雅山脈2,450米高的神殿天文台(Devasthal Observatory),日前已開始瞄準印度的天空。

國際液體鏡望遠鏡價值200萬美元,由比利時、加拿大和印度聯合建造,且比玻璃鏡望遠鏡要便宜得多。 距離國際液體鏡望遠鏡不遠處是另一台3.6米、可操縱的神殿光學望遠鏡,該望遠鏡由同一家比利時公司在同一時間建造,但價格為1,800萬美元。

當圓盤內反光液體水銀旋轉時,重力和離心力的結合能將液體推出一個完美的拋物線形狀,就像傳統的望遠鏡反射鏡一樣,但卻不需要鑄造玻璃鏡面的毛坯,將其表面磨成拋物線,以及在上面塗上反光鋁。

國際液體鏡望遠鏡最初是在20世紀90年代末構想出來的。 裝有水銀的碟形容器於2012年交付給印度,但望遠鏡外殼的建造延誤,隨後研究人員又發現容器內的水銀含量不足。 受新冠疫情影響,直到今年4月,研究團隊才讓50升水銀旋轉,創造出一個3.5毫米厚的拋物線層。

地球自轉會從黃昏到黎明掃描天空,而旋轉的鏡面則將看到幾乎和滿月一樣寬的一片天空。 天體在圖像中會呈現出長長的條紋,之後,這些單獨的像素可以疊加在一起,形成一張長時間的曝光圖像。 因為這台望遠鏡在連續的夜晚看到的大致是同一片天空,因此可以將多個夜晚的曝光疊加在一起,從而獲得微弱天體極其精細的圖像。

此外,另一種觀測方法是,將一個夜晚的圖像從下一個夜晚的圖像中減去,以觀測發生了什麼變化,顯示短暫出現的天體,如超新星和類星體,以及隨著超大質量黑洞消耗物質而盈虧的遙遠星係明亮的中心。同時,研究人員還想尋找重力透鏡。 在重力透鏡中,一個星系或星系團的引力會像一個巨大的放大鏡一樣彎曲更遠天體的光。國際液體鏡望遠鏡對天體亮度的敏感測量揭露透鏡星系的質量,並有助於估計宇宙的膨脹速率。 一項研究顯示,在國際液體鏡望遠鏡的長條形天空中可以觀察到多達50個透鏡現象。

傳統的巡天望遠鏡覆蓋更多的天空,例如:美國加州理工學院帕洛馬山天文台(Palomar Observatory)的茲威基瞬變設施(Zwicky Transient Facility)和即將在智利建成的薇拉·魯賓天文台(Vera C. Rubin Observatory)。 但是它們不太可能每晚都回到同一個地方尋找變化。國際液體鏡望遠鏡團隊成員、加拿大卑詩大學(University of British Columbia)保羅·希克森(Paul Hickson)教授說:「我們被迫要有一個細分領域。國際液體鏡望遠鏡的另一個優勢是毗鄰的3.6米神殿光學望遠鏡,後者配備的儀器可以快速檢查任何由國際液體鏡望遠鏡發現的稍縱即逝的天體。」

比利時列日大學(University of Liège)項目主任尚·索太(Jean Surdej)認為,如果國際液體鏡望遠鏡取得成功,這項技術可以擴大規模,在月球上建造更大的液體望遠鏡。

對於未來的巨型望遠鏡來說,月球是一個很有吸引力的地方,因為它的地震活動比地球少,而且沒有大氣層。 在地球上,由於自轉產生的科里奧利效應(Coriolis effect),會使大於8米的鏡中的水銀運動發生扭曲。 但月球自轉較慢,因此可以形成更大的液體鏡。

不過,值得注意的是,水銀太重了,無法運送到月球上,而且會在白天蒸發夜間結冰。但在十多年前,液體望遠鏡先驅、加拿大拉瓦爾大學(Université Laval)艾曼諾·博拉(Ermanno Borra)博士指出,離子液體,即凝固點低的輕質熔融鹽,可以在月球條件下存在,並且可以用一層薄薄的銀塗層使它具有反射功能。

【圖:安娜及尚·索太;文:節錄自中國科學網頁;新聞資訊由林景明提供】



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