تلسکوپ‌هایی با آینه‌های مایع بر روی ماه

ارمانو اف. بورا، استاد فیزیک رصدخانه اپتیکی دانشگاه لاوال ایالت کبک کانادا می‌گوید: "خیلی ساده است، ایزاک نیوتن فهمیده بود که هر مایعی اگر در ظرف کم عمقی ریخته و چرخانده شود، به طور طبیعی شکلی سهموی به خود می‌گیرد؛ شکلی مشابه با آینه تلسکوپ که نور ستاره را متمرکز می‌کند. این امر می‌تواند کلیدی برای ساخت رصدخانه‌ای غول پیکر بر روی ماه باشد."

بورا که از سال 1992 بر روی این تلسکوپ‌های مایع (منظور تلسکوپ‌هایی است که در آنها به جای آینه، از یک ماده مایع استفاده می شود) مطالعه می‌کند و سیمون پ. ووردن، مدیر مرکز تحقیقاتی امس ناسا، از اعضای تیم بررسی  کننده روشهای چرخش هستند.

بر سطح زمین، آینه مایع می‌تواند صیقلی، صاف و بی‌نقص ساخته شود، به شرط این که ظرف در بر گیرنده آن کاملا افقی باشد و در هوایی بدون لرزش و اصطکاک قرار گیرد و توسط موتوری همگام با سرعتی ثابت چرخانده شود.

بورا خاطر نشان کرد: " احتیاج نیست که خیلی سریع بچرخد؛ آینه‌ای 4 متری (که بزرگترین آینه مایعی است که تا کنون در آزمایشگاه ساخته ام)در حدود 3 مایل در ساعت (هم سرعت قدم زدن سریع یک انسان) سرعت دارد که در جاذبه کم ماه نیز می‌تواند با سرعت کمتری بچرخد. "

در بیشتر تلسکوپ‌هایی که آینه مایع دارند، از جیوه استفاده شده است. جیوه در دمای اتاق به حالت مایع وجود دارد و حدود 75 درصد نور دریافتی را بازتاب می‌کند؛ تقریبا مانند نقره. بزرگترین تلسکوپ مایع بر روی زمین، تلسکوپ زنیت بزرگ the Large Zenith Telescope)) است که توسط دانشگاه بریتیش کلمبیای کانادا راه اندازی شده است و قطر دهانه‌اش 6 متر است ( 20 % بیشتر از قطر تلسکوپ 200 اینچی عروف هیل رصدخانه  پالومار در کالیفرنیا)، که وقتی این تلسکوپ مایع کانادایی در سال 2005 کامل شد، فقط 1 میلیون دلار هزینه برداشت؛  یعنی فقط با قیمتی بالغ بر یک ششم هزینه  ساخت تلسکوپ پالومار در سال 1948.

این عوامل اقتصادی  اخترشناسان را بر آن داشت که شروع به نقشه کشیدن برای ساخت رصدخانه‌ای بر روی سطح ماه بکنند.

جیوه بر روی ماه کاربردی ندارد؛ چون بسیار چگال است و بنابراین برای پرتاب به ماه سنگین؛ و وقتی در معرض خلاء ماه قرار گیرد خیلی زود تبخیر می‌شود. البته در سال‌های اخیر بورا و همکارانش با گروهی از ترکیبات به نام مایعات یونی آزمایشاتی انجام داده‌اند. 

او توضیح می‌دهد: " مایعات یونی اساساً نمک‌های ذوب شده هستند و میزان تبخیر آنها تقریباً صفر است. پس در شرایط خلاء ماه ، تبخیر نمی‌شوند؛ همچنین می‌توانند در دماهای بسیار پایین، مایع باقی بمانند. "

او و همکارانش هم اکنون در حال ساخت مایعات یونی‌ای هستند که در دماهای کمتر از دمای تبخیر نیتروژن نیز مایع بمانند.

مایعات یونی که چگالی شان از جیوه به مراتب کمتر است، فقط کمی از آب چگال‌تر هستند. اگر چه خودشان بازتابش بالایی ندارند ولی آینه چرخان به وجود آمده از این مایعات می‌تواند با لایه‌ای بسیار بسیار نازک از جنس نقره پوشانده شود؛ گویی که یک آینه جامد است. جالب‌تر از همه این است که لایه نقره‌ای فوق العاده نازک می‌باشد (با ضخامتی در حدود 50 تا 100ِ نانو متر) که آن را محکم می‌کند. در واقع در خلاء فضا یک آینه مایع که با لایه نازک و جامدی از نقره پوشیده شده، نه تبخیر می‌شود و نه کدر.

یک آینه مایع نباید نسبت به حالت افقی‌ای که دارد کج بشود، چون بیرون می‌ریزد و آینه از بین می‌رود. اما این بدان معنا نیست که آینه را نمی‌توان روی اهداف مختلف تنظیم کرد. طراحان اپتیکی در حال انجام آزمایشات بر روی آینه‌های ثانویه‌ای هستند که  بالای آینه مایع نصب می‌شوند و با روشهای الکترومکانیکی تغییر جهت می دهند؛ یا حتی به دنبال یافتن روشی برای تکان دادن خود آینه؛ تا بتوانند زوایای دورتر از سمت الراس را هم نشانه بروند. مانند روش‌هایی که رادیو تلسکوپ غول پیکر آرسیبو با جهت گیری می‌کند.

علاوه بر این بورا می‌گوید: " اگر تلسکوپ در هر جایی به جز قطب‌ها قرار داشته باشد، با هر چرخش زمین یا ماه می‌توان نوار دوّاری از آسمان را پوشش داد. و محور ماه نیز که جابجا می‌شود هر 18.6 سال یکبار یک دایره را کامل می‌کند؛ پس در یک دوره  18.6 ساله، تلسکوپ می‌تواند قسمت قابل توجهی از آسمان را زیر نظر بگیرد ."

ساخت یک تلسکوپ مایع بزرگ در نزدیکی یکی از قطبین ماه خیلی جالب است. خود تلسکوپ می‌تواند در نزدیکی کف دهانه‌ای قرار گیرد تا همیشه در سایه قرار داشته باشد؛ مکانی که دمایش بسیار سرد است و برای کاوش‌های فروسرخ بسیار مطلوب؛ همچنین صفحات خورشیدی نیز می‌توانند بر فراز قله کوه‌های همیشه روشن اطراف قرار گیرند تا انرژی مورد نیاز چرخش آینه را تامین کنند.

این واقعیت که تلسکوپ مایع همیشه به بالای سر خود نگاه می‌کند ساختن آن را بسیار ساده کرده و جرم آن را با حذف وسایل اضافی، دنده‌ها و سیستم‌های کنترلی نشانه گیرنده که در تلسکوپ‌های هدایت شونده به کار می‌روند، به شدت کاهش داده است.
بورا می گوید:" تمام چیزی که احتیاج خواهید داشت صفحه حاوی آینه مایع است که احتمالا وسیله‌ای چتر مانند است، به همراه یک اتصال ابر رسانا (با اصطکاک نزدیک به صفر) و موتور چرخاننده آن."

طبق تخمین ووردن نیز تمام تجهیزات و مواد مورد نیاز برای یک تلسکوپ مایع 20ِ متری و کامل، فقط چند تُن خواهد بود که می‌تواند در ماموریت مجزا با آرس 5ِ  و در دهه  20ِ قرن حاضر به ماه برده شود.

 تلسکوپ‌های آینده آینه‌هایی به قطر 100ِ متر خواهند داشت؛ یعنی بزرگتر از یک زمین فوتبال!

بورا توضیح داد که: " یک آینه به آن بزرگی می‌تواند گذشته را برای ما نمایان کند؛ زمانی که جهان بسیار جوان بود و فقط در حدود نیم میلیارد سال عمر داشت؛ وقتی که اولین نسل از ستارگان و کهکشان‌ها در حال شکل گیری بودند، و هیجان انگیز تر از آن، چیزهای جدید و غیر مترقبه‌ای هستند که کشف خواهیم کرد."

قرار دادن یک تلسکوپ غول پیکر بر روی ماه همیشه ایده‌ای علمی تخیلی بوده، ولی به زودی تحقق خواهد یافت.

منبع: انجمن نجوم آماتوری ایران