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    Como funcionam os telescópios de espelho líquido lunar
    NASA / Foto de Guy Plante (Universidade Laval) O LMT de 3,7 metros de diâmetro da Universidade Laval em Quebec. p Desde que foi reparado em 1993, O telescópio espacial Hubble da NASA surpreendeu cientistas e cidadãos com suas vistas do universo, incluindo vislumbres das galáxias mais distantes conhecidas. O espelho no Hubble, Contudo, é relativamente pequeno com 94,5 polegadas (quase 8 pés) de diâmetro, uma limitação que encorajou a NASA a pensar maior. O Telescópio Espacial James Webb, com lançamento previsto para 2013, terá um espelho de 20 pés capaz de fornecer sete vezes a área de coleta de luz do Hubble.

    p Mas a NASA também está considerando uma solução mais intrigante - um tipo especial de telescópio refletor que usa um líquido, não de vidro, como o espelho principal. Conhecido como telescópio de espelho líquido (LMT) , não veria o espaço da órbita da Terra, como o Hubble faz. Em vez de, ele espiaria o universo da superfície da lua. O telescópio teria de 20 a 100 metros de largura, tornando-o o maior telescópio conhecido pelo homem. Ele coletaria 1, 736 vezes mais luz do que o Hubble e penetre nas profundezas do universo para ver objetos quase tão antigos quanto o Big Bang.

    p Este artigo explicará como funciona um telescópio de espelho líquido. Ele examinará a estrutura e a função de um LMT, mas o fará à luz de uma implantação baseada na lua. Como diabos alguém constrói um telescópio na lua? Será difícil construir um LMT na lua? E o mais importante, que oportunidades um telescópio lunar pode oferecer?

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    Galeria de vídeo:telescópios

    Em um hangar de avião em Columbus, Ohio, cerca de 80 toneladas de aço, equipamentos eletrônicos e criogênicos estão prestes a se unir - e depositar 30 gramas de alumínio em uma camada fina como um sussurro em um espelho telescópico gigante.

    p Assista a este vídeo da NASA Brain Bites para saber como você pode ver a Estação Espacial Internacional da Terra.

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    Conteúdo
    1. O que é um telescópio de espelho líquido?
    2. O Grande Telescópio Zenith
    3. O que é um telescópio de espelho líquido lunar?
    4. O que o telescópio do espelho líquido lunar verá?

    O que é um telescópio de espelho líquido?

    Um LMT de 3 metros em Novo México (agora fechado) Foto cortesia da NASA p Em princípio, um LMT não é diferente de um telescópio refletor normal. Verifique Como funcionam os telescópios para obter uma explicação completa sobre os telescópios. Aqui está uma rápida recapitulação.

    p UMA telescópio refletor usa espelhos para ver objetos distantes. Um espelho primário reúne a luz do objeto, enquanto um espelho secundário focaliza a imagem para a ocular. Em um refletor convencional, o espelho primário é feito por esmerilhamento meticuloso e polimento do vidro até o formato desejado, geralmente uma parábola. Assim que o copo estiver preparado, um processo conhecido como aluminização torna-o reflexivo. A aluminização envolve a vaporização do alumínio no vácuo, fazendo com que uma película de metal com cerca de 100 nanômetros de espessura seja depositada no vidro. Falhas na produção do espelho podem afetar o desempenho do telescópio. Este era o problema com o Hubble:a curva em seu espelho principal estava apenas uma fração da largura de um fio de cabelo, que fez com que a luz refletisse longe do centro do espelho, levando a imagens borradas.

    p Um telescópio de espelho líquido, como o nome sugere, usa um líquido, vidro não aluminizado, como seu espelho principal. O liquido, usualmente mercúrio , é derramado em um prato giratório. A rotação cria duas forças fundamentais que atuam sobre o mercúrio - gravidade e inércia . A gravidade puxa para baixo na superfície do líquido, enquanto a inércia puxa o líquido lateralmente na borda do prato. Como resultado, o líquido forma uma parábola uniforme e perfeita, a superfície refletora ideal para um telescópio. Melhor de todos, a superfície do espelho líquido permanece lisa e sem falhas com pouca ou nenhuma manutenção. Se o líquido for perturbado, a gravidade e a inércia atuarão sobre o líquido para devolvê-lo ao seu estado original.

    p Ernesto Capocci , um astrônomo italiano, foi a primeira pessoa a descrever como um LMT poderia funcionar em 1850. Ele concebeu a ideia depois de ler sobre os experimentos, conduzido por Isaac Newton e outros, envolvendo líquidos giratórios. No início do século 20, o físico americano R.W. Wood realmente construiu o que Capocci havia descrito 50 anos antes. O LMT de Wood apresentava uma camada de mercúrio de um centímetro colocada em um prato giratório. Ele foi capaz de observar a lua, mas notou que a imagem estava distorcida. Os astrônomos modernos aprenderam que a qualidade da imagem de um LMT melhorava muito se uma camada mais fina de mercúrio fosse usada, portanto, os LMTs de hoje usam uma camada de mercúrio de um milímetro.

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    As vantagens dos telescópios de espelho líquido

    A maior vantagem de um LMT é seu custo relativamente baixo. Os telescópios líquidos custam muito menos para construir do que espelhos de alumínio polido de tamanho semelhante. Por exemplo, o Grande Telescópio Zenith tinha um preço de US $ 1 milhão. Um telescópio de espelho de vidro comparável custaria 100 vezes mais para ser construído. E os LMTs custam menos para manter, principalmente porque o espelho líquido não precisa ser limpo, ajustado ou aluminizado.

    p Claro, existem algumas desvantagens. O mercúrio é extremamente tóxico, portanto, trabalhar com ele apresenta alguns riscos à saúde a longo prazo. Não apenas isso, o prato que contém o mercúrio só pode ser inclinado até que o líquido seja derramado. Isso limita a visão de um LMT, que só pode olhar diretamente para cima.

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    O Grande Telescópio Zenith

    O Grande Telescópio Zenith NASA / Foto de Paul Hickson (University of British Columbia) p O maior LMT da Terra é o Telescópio Zenith Grande na Colúmbia Britânica. Seu espelho líquido giratório tem quase 6 metros de diâmetro e pesa três toneladas, tornando-o o terceiro maior telescópio da América do Norte. O prato que contém o mercúrio é fabricado a partir de segmentos hexagonais colados para formar uma concha. Cada peça possui um núcleo de espuma de alta densidade coberto com fibra de vidro. Para dar à concha uma forma côncava, é aquecido em um grande forno. Uma parede na borda do espelho impede o derramamento de mercúrio.

    p Uma treliça de aço e 19 almofadas ajustáveis ​​sustentam o prato. A treliça, por sua vez, é suportado por um aço inoxidável rolamento de ar projetado apenas para o Grande Telescópio Zenith. Um mancal pneumático é um tipo especial de mancal que usa uma fina película de ar pressurizado como lubrificante ao redor do eixo que gira o espelho. Os rolamentos normais que usam lubrificantes a óleo são menos eficazes, porque eles produzem vibrações e rotações instáveis ​​que degradam a qualidade da imagem. Como uma solução de atrito zero, um mancal de ar elimina esses problemas, levando a um perfeitamente liso, rotação sem vibração. Um motor DC sem escovas integrado gira o fuso de rolamento de ar e pode girar uma carga de até 10 toneladas a aproximadamente 10 rotações por minuto.

    © 2007 HowStuffWorks p Seis pernas de suporte prendem o espelho principal a um anel na parte superior do telescópio. O anel suporta o detector e uma lente de refração menor que ajuda a focar a imagem. O detector inclui um dispositivo de carga acoplada (CCD), que reúne fótons de luz e os converte em elementos de imagem, ou pixels. Esses pixels são transferidos para uma tela de computador e colocados juntos para formar uma imagem que pode ser manipulada e aprimorada para melhorar os detalhes da imagem. O computador não está alojado na estrutura do observatório do telescópio, mas em um prédio próximo.

    p O único problema com o Grande Telescópio Zenith - um problema que ele compartilha com todos os telescópios terrestres - é sua localização. Mesmo a uma altitude de 1, 295 pés, a atmosfera ainda protege sua visão do céu. Se um telescópio de espelho líquido pudesse ser colocado na lua, onde não há atmosfera para bloquear ultravioleta, infravermelho e outras formas de energia, poderia fornecer resultados ainda mais espetaculares. Mas, como veremos na próxima seção, construir um LMT na lua apresenta seus próprios desafios.

    O que é um telescópio de espelho líquido lunar?

    Uma representação da NASA de um telescópio de espelho líquido lunar Imagem cortesia da NASA p Um telescópio de espelho líquido construído na superfície da lua é um telescópio de espelho líquido lunar (LLMT) . Realmente não é diferente do Grande Telescópio Zenith descrito na última seção, exceto que o líquido escolhido deve ter as propriedades corretas se quiser permanecer líquido no clima rigoroso da lua. O mercúrio não funciona porque seu ponto de congelamento é -101,966 ° F (-74,43 ° C). A baixa temperatura na lua pode chegar a -243 ° F (-153 ° C), então o mercúrio se solidificaria, tornando-o uma escolha inaceitável para o espelho primário.

    p Recentemente, os cientistas descobriram uma classe de líquidos que pode tornar possível um LLMT. Eles são conhecidos como fluidos iônicos , e eles têm essas propriedades importantes:

    • Eles são líquidos em temperaturas abaixo de -212 ° F (-136 ° C).
    • Eles são compostos inteiramente de íons.
    • Eles não possuem pressão de vapor em temperatura ambiente ou abaixo, o que significa que eles não vão evaporar.
    • Eles são altamente viscosos.
    p Mais importante, os líquidos iônicos podem ser revestidos com materiais que lhes conferem alta refletividade. Um fluido iônico promissor é 1-etil-3-metili-

    p etilsulfato de midazólio, comercialmente conhecido como ECOENG 212 . ECOENG 212 pode ser revestido em prata, tornando-o altamente reflexivo. Sua refletividade pode ser melhorada ainda mais depositando primeiro uma película de cromo, seguido por prata. ECOENG 212 tem um ponto de congelamento de -144 ° F (-98 ° C), Contudo, então ainda poderia se solidificar nas temperaturas extremamente baixas da lua. Dado que existem milhões de líquidos iônicos, os cientistas estão confiantes de que encontrarão outro candidato com um perfil de ponto de congelamento melhor.

    p Eles também terão que encontrar outra maneira de apoiar o espelho primário. O rolamento de ar usado no Grande Telescópio Zenith não funcionará na lua porque não há ar para alimentar o sistema. Uma solução seria um rolamento magnético supercondutor. Esse rolamento é baseado na mesma tecnologia usada em veículos maglev, que usam um campo magnético para levitar um veículo acima de uma guia. Nesse caso, o campo magnético cria uma almofada de fricção zero entre o fuso e seu alojamento.

    p Claro, todos esses materiais terão de ser enviados por foguete para a lua e montados lá. Mesmo levando isso em consideração, um telescópio de espelho líquido apresenta muito menos problemas logísticos do que um telescópio refletor convencional feito de vidro. O espelho, porque é líquido, será simplesmente carregado em uma jarra e armazenado até que a infraestrutura do telescópio esteja pronta. Em seguida, um astronauta despejará o líquido no prato para formar o espelho primário. O sistema de treliça usado para apoiar o prato e o espelho pode ser pré-construído e implantado roboticamente, sua estrutura se desdobrando como um guarda-chuva sendo aberto. Mas usar um robô para construir um LMT na lua exigiria que o instrumento permanecesse bem pequeno. Como veremos na próxima seção, o LMT imaginado por astrônomos e engenheiros da NASA não é nada pequeno.

    O que o telescópio do espelho líquido lunar verá?

    Imagem de estrelas e galáxias tirada com o LMT de 6 metros na University of British Columbia NASA / Foto de Paul Hickson (University of British Columbia) p Um telescópio de espelho líquido colocado na lua instantaneamente tem uma grande vantagem sobre um telescópio terrestre:é livre de distorção atmosférica, que afeta as imagens celestiais. Pela mesma razão, também é capaz de detectar mais formas de energia eletromagnética. A maioria dos tipos de radiação eletromagnética, exceto para luz visível e ondas de rádio, são absorvidos pela atmosfera da Terra. Na Lua, que não tem atmosfera alguma, um telescópio seria exposto a todo o espectro de radiação eletromagnética - raios gama, Raios X, luz ultravioleta, luz visível, radiação infra-vermelha, microondas e ondas de rádio.

    p Um telescópio usando um líquido iônico como seu espelho primário seria particularmente sensível à luz visível e à radiação infravermelha. Isso seria importante para observar os objetos mais distantes do universo, que estão se movendo rapidamente para longe da Terra. O efeito Doppler faz com que eles criem radiação no comprimento de onda mais longo, porção infravermelha do espectro.

    p O tamanho também é um fator chave. No ambiente de baixa gravidade da lua, é muito mais fácil construir grandes estruturas. A equipe que projeta o LLMT acredita que ele pode construir um espelho líquido primário de 20 a 100 metros de largura. Esse espelho seria capaz de observar objetos 100 a 1, 000 vezes mais ténue do que a próxima geração de telescópios - incluindo o Telescópio Espacial James Webb - são capazes. Isso significa que os astrônomos podem usar o instrumento para perscrutar mais profundamente o espaço e o tempo do que nunca. Pela primeira vez, poderíamos ser capazes de detectar as fases iniciais do universo logo após o Big Bang, expandindo nossa compreensão de como o universo recém-formado se comportava.

    Quando um telescópio de espelho líquido lunar se tornará realidade?

    p Agora mesmo, o LLMT ainda é um conceito. O projeto recebeu financiamento do Instituto de Conceitos Avançados da NASA para um estudo que mostre como um telescópio na lua pode apoiar a astronomia. Isso é importante porque a lua é o primeiro alvo na Visão para Exploração Espacial, uma iniciativa que busca como ir além da órbita da Terra para fins de exploração humana e descoberta científica. Se a NASA puder demonstrar que os postos avançados lunares seriam práticos, com valor econômico e científico, então, o público - e, em última análise, o Congresso - pode estar disposto a mostrar o apoio financeiro adequado.

    p Um telescópio de espelho líquido lunar está entre vários projetos que ajudarão a NASA a provar a viabilidade da exploração espacial. Mesmo assim, o mais cedo que poderia ser implantado é 2020. Até então, astrônomos terão que se contentar com telescópios de espelho líquido, como o Large Zenith Telescope, que vêem os céus da Terra.

    p Para saber mais sobre telescópios de espelho líquido lunar, confira os links na próxima página.

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    • Página inicial do telescópio de espelho líquido UBC
    • Espelhos Líquidos
    • O Grande Telescópio Zenith
    • Observatório de detritos orbitais da NASA
    • NIAC

    Fontes

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