액체 거울 망원경

액체 거울 망원경은 반사된 액체로 만들어진 거울이 있는 망원경이다.가장 일반적으로 사용되는 액체는 수은이지만, 다른 액체들도 함께 작용합니다(예: 갈륨의 저융해 합금).액체와 그 용기는 수직축을 중심으로 일정한 속도로 회전하며, 이로 인해 액체의 표면이 포물선 모양으로 변하게 됩니다.이 포물선 반사경은 반사 망원경의 1차 거울 역할을 할 수 있다.회전하는 액체는 용기의 형태에 관계없이 동일한 표면 형태를 취합니다. 필요한 액체 금속의 양과 무게를 줄이기 위해 회전하는 수은 거울은 필요한 포물선 모양에 가능한 한 가까운 용기를 사용합니다.액체 거울은 기존의 대형 망원경의 저비용 대안이 될 수 있다.주조, 연마, 광택을 내야 하는 고체 유리 거울에 비해 회전하는 액체 금속 거울은 제작 비용이 훨씬 저렴합니다.

아이작 뉴턴은 회전하는 액체의 자유로운 표면이 원형 포물선을 형성해 망원경으로 사용할 수 있지만 회전 ^[1]속도를 안정시킬 방법이 없어 실제로 포물선을 만들 수 없었다고 지적했다.이 개념은 나폴리 천문대(1850)의 에르네스토 카포치에 의해 더욱 개발되었지만, 1872년이 되어서야 뉴질랜드 더네딘의 헨리 스키는 최초의 작동 실험실 액체 거울 망원경을 만들었다.

또 다른 어려움은 액체-금속 거울은 천정 망원경에서만 사용될 수 있기 때문에, 망원경이 관성 공간의 동일한 위치를 계속 가리켜야 하는 조사에는 적합하지 않다(이 규칙에 대한 가능한 예외는 지구의 gr의 효과가 존재할 수 있다).허영심은 인공 중력으로 대체되며, 아마도 로켓으로 부드럽게 앞으로 추진함으로써 대체된다.)북극이나 남극에 위치한 망원경만이 상대적으로 정적인 하늘을 볼 수 있지만, 수은의 빙점과 그 위치의 외딴 점을 고려할 필요가 있을 것이다.남극에는 이미 매우 큰 방사성 망원경이 존재하지만 북극해에 위치하고 있기 때문에 북극의 경우는 그렇지 않다.

캐나다에 있는 Large Zenis 망원경의 수은 거울은 지금까지 만들어진 것 중 가장 큰 액체 금속 거울이었다.그것은 직경이 6미터였고 분당 약 8.5바퀴의 속도로 회전했다.2016년에 ^[2]해체되었다.이 거울은 100만 달러를 들여 만든 시험이었지만 시험장의 날씨 때문에 천문학에 적합하지 않았다.2006년 ^[3]현재, 천문학적 ^[4]사용을 위한 8미터의 대형 액체 거울 망원경 알파카(ALPACA)와 총 집속력이 55미터의 ^[5][6]망원경과 맞먹는 6.15미터의 66개의 개별 망원경으로 LAMA라고 불리는 더 큰 프로젝트가 계획되고 있다.

균형에 대한 설명

다음 설명에서 g$${\$displaystyle$ g$}$는 중력에 의한 가속도,$\theta {\displaystyle }$ {\$displaystyle \obega}$는 액체의 회전 각속도$,$ $m{\displaystyle }$ {\$displaystyle$m}은$$ 액체의 표면에 있는 극소량의 액체물질 덩어리 질량, $\displaystyl$$e$ r$}$은 회전축으로부터의 구획 거리이고$,$ $h{\displaystyle }$ {$displaystyle$ h$}$는 계산에 정의될 0 이상의 구획 높이입니다.

힘 다이어그램(표시)은 비회전 기준 프레임에서 구획에 작용하는 힘의 스냅샷을 나타냅니다.각 화살의 방향은 힘의 방향을 나타내며, 화살의 길이는 힘의 강도를 나타냅니다.빨간색 화살표는 중력으로 인해 수직으로 아래로 향하는 소포의 무게를 나타냅니다.녹색 화살표는 액체의 부피가 소포에 가하는 부력을 나타냅니다.평형 상태에서는 액체가 표면과 평행한 힘을 발휘할 수 없기 때문에 녹색 화살표는 표면과 수직이어야 한다.짧은 파란색 화살표는 소포에 가해지는 순력을 나타냅니다.무게와 부력의 벡터 합이며, 회전축을 향해 수평으로 작용합니다.(패킷은 수직가속도가 없기 때문에 수평이어야 합니다.그것은 액체가 회전할 때 소포를 원형 운동으로 유지하면서 소포를 축을 향해 끊임없이 가속시키는 구심력이다.

부력(녹색 화살표)에는 수직 구성 요소가 있으며, 이 구성 요소는 화물 무게 $(빨간색 화살표$)와 같아야 하며, 부력의 수평 구성 요소는 $구심력{\displaystyle }$ m ≤ ${\displaystyle {}^{}}$ r$(녹색 화살표)$과 같아야 합니다.따라서 녹색 화살표는 이러한 힘의 비율인 접선 각도만큼 수직에서 기울어집니다.녹색 화살표는 액체 표면에 수직이므로 표면의 기울기는 힘의 비율과 같아야 합니다.

${\displaystyle {frac {dh}}=sublicfrac {m\opega ^{2}r}{mg}}.}$

r ${\displaystyle =}$ { $displaystyle$ r = 0 { displaystyle r =$0$ } $이$ 되면 양쪽에 $있는{\displaystyle }$m { $displaystyle$ m$}$ 을$$ 취소하고 ${\displaystyle \mathrm{h}}$ $=$ 0 { $displaystyle$ h $=$0 } 을$$ 통합 및 $설정$합니다.

${\displaystyle h=snarfrac {1}{2g}}\omega ^{2}r^{2}.}$

이 값은 ${\displaystyle h}$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle {}^{}}$ 2({$displaystyle h=kr^{$2$\}\})$ $형식$입니다. $여기$서$$k({$displaystyle$ k$})$는 상수이며, 정의상 표면이 포물형임을 나타냅니다.

회전 속도 및 초점 거리

포물체의 초점거리의 방정식(포물반사기# 참조)이론)은 다음과 같이 쓸 수 있다.

$(\displaystyle 4fh=r^{2})$

$여기$서 f$\displaystyle$f는$$ 초점 거리이고 $h{\displaystyle }$$\displaystyle$ h와 r$\$$displaystyle$ r은$$ 위와 같이 정의됩니다$.$

이 방정식을 위의 마지막 방정식으로 나누면$$$h$와$r$을 $제거$하고 $다음$과 같이 됩니다$.$

${\displaystyle 2f\obega ^{2}=g,}$

이것은 액체 회전의 각 속도와 회전에 의해 생성되는 포물체의 초점 거리를 관련짓는다.다른 변수는 관여하지 않습니다.예를 들어, 액체의 밀도는 포물선의 초점 거리에 영향을 미치지 않습니다.단위는 일관성이 있어야 합니다. $예$를 들어$$f {\$displaystyle$ f$}$는 미터 단위,$\theta {\displaystyle }$ {\$displaystyle \omega}$는 초당 라디안 단위,$g{\displaystyle }$ {\$displaystyle$g는 초당 미터 단위입니다.

만약 우리가 m의 초점 길이의 수치적 가치에 좋고, 회전 속도의 분당 회전수의 수치 값에 대한 S{S\displaystyle}그때second-squared당 g{\displaystyle g}은 대략9.81 m지구의 표면에 F{F\displaystyle}(RPM)[7]를 쓰다 보면 지난 방정식 감소한다. 그근사치

$약 447.}$

초점 거리가 미터 대신 피트인 경우 이 근사치는 다음과 같습니다.

$약 1467년입니다.}$

회전 속도는 아직 RPM 단위입니다.

액체 거울 망원경

기존 지상 액체 거울 망원경

이것들은 케블라와 같은 복합 재료로 만들어진 원통형 용기에 저장된 액체로 만들어진다.실린더는 분당 몇 바퀴에 이를 때까지 회전한다.액체는 점차 포물체를 형성하는데, 이것은 기존의 망원경 거울의 형태이다.거울의 표면은 매우 정밀하며, 원통 모양의 작은 결함도 거울에 영향을 미치지 않습니다.사용되는 수은의 양은 두께가 1밀리미터 미만인 소량이다.

달 기반 액체 거울 망원경

달을 기반으로 하는 매우 큰 직경의 회전 액체 거울 망원경의 유체 베이스로 저온 이온 액체(130 켈빈 이하)가 제안되었습니다^[8].낮은 온도는 가시 우주의 가장 먼 곳에서 오는 빛의 형태인 장파 적외선을 촬영하는 데 유리합니다.이러한 액체 베이스는 반사 표면을 형성하는 얇은 금속 필름으로 덮여 있을 것입니다.

우주 기반 링 액체 거울 망원경

라이스 액체 거울 망원경의 디자인은 기존의 액체 거울 망원경과 유사합니다.그것은 우주에서만 작동할 것이다; 하지만 궤도에서는 중력이 거울의 모양을 포물선으로 왜곡시키지 않을 것이다.이 디자인은 바닥이 평평한 링 모양의 용기에 액체를 저장하고 내부 가장자리가 올라간 것이 특징이다.중앙 초점 영역은 직사각형이지만 보조 직사각형 포물선 거울은 빛을 초점으로 모읍니다.그 외에는 광학 망원경과 유사합니다.라이스 망원경의 광 채집력은 대략 너비에 링 직경을 곱한 값에서 광학, 상부 구조 설계 등에 기초한 일부 비율을 뺀 값입니다.

장점과 단점

액체 거울의 가장 큰 장점은 기존 망원경 거울의 약 1%인 적은 비용입니다.이렇게 하면 전체 망원경의 비용을 최소 95% 절감할 수 있습니다.브리티시컬럼비아 대학의 6미터짜리 대형 제니스 망원경은 유리 거울이 ^[9]달린 기존의 망원경보다 약 50분의 1의 비용이 든다.가장 큰 단점은 거울을 똑바로 위로만 향하게 할 수 있다는 것입니다.기울일 수 있는 망원경을 개발하기 위한 연구가 진행 중이지만, 현재 액체 거울이 천정 밖으로 기울어지면, 그것은 형태를 잃을 것이다.그러므로, 거울의 시야는 지구가 회전함에 따라 변화하고, 물체를 물리적으로 추적할 수 없다.물체가 시야에 있는 동안 이미지가 움직이는 것과 같은 속도로 CCD를 통해 전자를 이동시킴으로써 전자적으로 잠시 추적할 수 있습니다. 이 방법을 시간 지연 및 적분 또는 드리프트 ^[10]스캔이라고 합니다.장기간의 하늘 조사와 초신성 탐색과 같은 어떤 종류의 천문학적 연구들은 이러한 한계들의 영향을 받지 않는다.우주는 등방적이고 균질하다고 믿어지기 때문에, 우주론자들에 의한 구조에 대한 조사도 시야에서 크게 줄어든 망원경을 사용할 수 있다.

수은 금속과 수증기는 모두 인간과 동물에게 독성이 있기 때문에, 수은 금속이 사용자와 그 지역의 다른 사람들에게 영향을 미칠 수 있는 망원경에서의 사용에 문제가 남아 있다.대형 제니스 망원경에서는 수은 거울과 인간 조작자가 별도의 환기가 되는 방에 수용되어 있습니다.캐나다 산악지대에 위치해 있어 주변 온도가 상당히 낮기 때문에 수은의 증발 속도가 감소합니다.수은 대신 독성이 적은 금속 갈륨을 사용할 수도 있지만, 비용이 많이 든다는 단점이 있다.최근 캐나다 연구진은 에틸렌 글리콜에 철과 은 나노 입자가 부유하는 자기 변형 가능한 액체 거울의 대체를 제안했다.이러한 거울은 독성이 낮고 상대적으로 비용이 저렴할 뿐만 아니라 자기장 ^[11][12]강도의 변화를 사용하여 쉽고 빠르게 변형될 수 있는 장점이 있다.

자이로 효과

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보통 액체거울망원경의 거울은 두 축을 중심으로 동시에 회전한다.예를 들어 지구 표면에 있는 망원경의 거울은 포물선 모양을 유지하기 위해 수직 축을 중심으로 분당 몇 바퀴의 속도로 회전하고 지구의 회전 때문에 지구 축을 중심으로 하루에 한 바퀴의 속도로 회전한다.일반적으로 (망원경이 지구의 극 중 하나에 위치하는 경우를 제외하고) 두 회전은 상호 작용하여 지구의 국부 표면에 대해 고정된 기준 프레임에서 거울이 두 회전 축에 대해 수직인 축, 즉 동서로 정렬된 수평 축에 대한 토크를 경험하도록 한다.미러는 액체이기 때문에 조준 방향을 바꿔 이 토크에 반응한다.거울이 조준된 하늘의 지점은 정확히 머리 위가 아니라 북쪽이나 남쪽으로 약간 변위되어 있습니다.변위의 양은 위도, 회전 속도 및 망원경 설계의 매개변수에 따라 달라집니다.지구에서는 일반적으로 몇 초의 변위가 작으며, 그럼에도 불구하고 천문학적 관측에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.만약 망원경이 인공 중력을 생성하기 위해 회전하고 있다면, 변위는 훨씬 더 클 수 있고, 아마도 여러 도일 것이다.이것은 망원경의 작동에 복잡성을 더할 것이다.

액체 거울 망원경 목록

역사적으로 다양한 프로토타입이 존재합니다.1980년대에 이 기술에 대한 관심이 되살아난 후, 몇 가지 프로젝트가 결실을 맺게 되었습니다.

• UBC/라발 LMT, 2.65m, 1992
• NASA-LMT, 3m, 1995-2002
• LZT, 6m, 2003–2016
• ILMT, 4m, 2011년 테스트, 2022년 오픈^[13]

「 」를 참조해 주세요.

• 망원경 부품 및 구조 목록
• 망원경 종류 목록
• 수은 유리, 내부 은도금 장식 유리 제품, 수은과 닮았다고 해서 이름 붙여진 것
• 수은 은도금이라는 귀금속을 얇은 층으로 도포하는 기술
• 대형 유리 거울을 만드는 데 사용되는 회전로
• 액체 거울 우주 망원경
• 태양열 조리기
• 거울 반사

메모들

참조

외부 링크

• 대형 제니스 망원경 지름 6미터의 수은 거울 망원경.
• 국제 액체 거울 망원경(ILMT)