Opening van een vloeistofspiegeltelescoop in India | Wetenschappen

Een unieke telescoop die licht focust met een langzaam draaiende kom met vloeibaar kwik in plaats van een stevige spiegel, opende zijn ogen naar de hemel boven India. Dergelijke telescopen zijn al eerder gebouwd, maar de 4 meter brede International Liquid Mirror Telescope (ILMT) is de eerste grote telescoop die is gebouwd voor astronomie, als een soort prijs voor waarnemers op grote hoogte – het 2.450 meter lange Devasthal Prize Observatory in de Himalaya.

Hoewel astronomen zich moeten bevredigen door alleen recht te kijken, is het instrument van $ 2 miljoen, gebouwd door een consortium van België, Canada en India, veel goedkoper dan telescopen met glazen spiegels. Op een steenworp afstand van de ILMT bevindt zich de 3,6 meter lange Devasthal Optical Steering Telescope (DOT) – tegelijkertijd gebouwd door hetzelfde Belgische bedrijf – maar voor $ 18 miljoen. “Eenvoudige dingen zijn vaak het beste”, zegt projectmanager Jean Sorge van de Universiteit van Luik. Sommige astronomen zeggen dat vloeibare spiegels een ideale technologie zijn voor een gigantische telescoop op de maan die teruggaat tot de tijd van de eerste sterren van het universum.

Wanneer een kom met reflecterend vloeibaar kwik wordt geroteerd, dwingt de combinatie van zwaartekracht en middelpuntvliedende kracht de vloeistof tot een perfecte parabolische vorm, net als een traditionele telescoopspiegel – maar zonder de kosten van het gieten van een lege glazen spiegel en het vermalen van het oppervlak in parabolen, en bekleed het met reflecterend aluminium.

De droom van ILMT was oorspronkelijk eind jaren negentig. Het schotelvormige vat met het kwik werd in 2012 aan India geleverd, maar de bouw van de telescoopcontainer liep vertraging op. Toen ontdekten de onderzoekers dat ze niet genoeg kwik hadden. Nu er meer op hen wachten, heeft de COVID-19-pandemie toegeslagen, waardoor reizen naar India onmogelijk is. Uiteindelijk bracht het team in april 50 liter kwikspin in kaart, waardoor een 3,5 mm dikke equivalente laag ontstond. Na zo’n lange zwangerschap “zijn we allemaal heel blij”, zegt teamlid Paul Hickson van de University of British Columbia, Vancouver.

De draaiende spiegel, die recht omhoog staart, zal een stukje lucht zien dat bijna net zo breed is als de volle maan terwijl de rotatie van de aarde het van de schemering tot de dageraad door de lucht scant. “Zet het gewoon aan en laat het los”, zegt Hickson. Objecten verschijnen als lange lijnen in de afbeelding; De afzonderlijke pixels kunnen vervolgens bij elkaar worden opgeteld om één lange belichtingstijd te creëren. Omdat de telescoop op opeenvolgende nachten ongeveer dezelfde strook lucht ziet, kunnen belichtingen van meerdere nachten worden opgeteld om zeer gevoelige beelden van zwakke objecten te verkrijgen.

Als alternatief kan het beeld van de ene nacht worden afgetrokken van de volgende om te zien wat er is veranderd, waardoor voorbijgaande objecten worden onthuld, zoals supernova’s en quasars, de heldere kernen van verre sterrenstelsels die afnemen en vervagen terwijl superzware zwarte gaten materie verslinden. Surdej wil op zoek naar zwaartekrachtlenzen, waarin de zwaartekracht van een sterrenstelsel of cluster van sterrenstelsels het licht van een ver object buigt als een gigantisch vergrootglas. Gevoelige ILMT-metingen van objecthelderheid onthullen de massa van lensstelsels en kunnen helpen de uitdijingssnelheid van het heelal te schatten. Een studie suggereerde dat tot 50 lenzen zichtbaar kunnen zijn in de luchtband bij ILMT.

Conventionele landmeetkundige telescopen, zoals de Zwicky Transit Facility in Californië en het aanstaande Vera C. Rubin Observatory in Chili, bestrijken een veel groter deel van de hemel. Maar het is onwaarschijnlijk dat ze elke nacht naar dezelfde patch terugkeren om te zoeken naar veranderingen. “We zijn gedwongen om een ​​niche te hebben”, zegt Hickson. De ILMT heeft de extra kracht om naast de DOT te zitten en is uitgerust met instrumenten die snel passerende objecten kunnen scannen die zijn buurman detecteert. De benadering van dit markerteam is “meeromvattend en wetenschappelijk rijker”, zegt Dipankar Banerjee, directeur van het Aryabhata Observation Science Research Institute, dat het Devastal Observatory runt.

Als de ILMT succesvol is, zegt Surdej dat de technologie kan worden opgeschaald om veel grotere vloeistofspiegels op de maan te bouwen, een aantrekkelijke locatie voor toekomstige gigantische telescopen omdat deze minder seismisch actief is dan de aarde en geen atmosfeer heeft. Op aarde zou het Coriolis-effect, afkomstig van de rotatie van de planeet, de beweging van Mercurius verstoren in spiegels die groter zijn dan 8 meter. Maar de maan draait langzamer, waardoor veel grotere vloeistofspiegels mogelijk zijn – zij het niet van Mercurius. Het is te zwaar om naar de maan te worden gedragen en bevriest ’s nachts en verdampt gedurende de dag. Maar meer dan tien jaar geleden toonde de pionier op het gebied van vloeibare spiegels Ermanno Porra van de universiteit van Laval aan dat ‘ionische vloeistoffen’, lichtgewicht gesmolten zouten met een laag vriespunt, maanomstandigheden zouden weerstaan ​​en reflecterend konden worden gemaakt met een dunne laag zilver.

In de jaren 2000 gaven zowel NASA als het Canadian Space Agency opdracht voor studies van telescopen met vloeistofspiegels op het maanoppervlak, maar ze gingen niet verder. Astronomen hopen dat de huidige interesse in maanverkenning en de goedkope lanceringen die worden aangeboden door particuliere ruimtevaartbedrijven zoals SpaceX, een opleving zullen veroorzaken. In 2020 stelde een team van de Universiteit van Texas, Austin, de ultieme grote telescoop voor, een vloeistofspiegel van 100 meter lang die vanaf een van de polen van de maan jarenlang constant naar hetzelfde stukje hemel zou staren. Zo’n reus zou vage druppeltjes fotonen kunnen verzamelen van de eerste sterren die het heelal verlichtten, zelfs voordat sterrenstelsels bestonden. Veteraan spiegelmaker Roger Angel van de Universiteit van Arizona zegt dat er een “unieke niche is voor een geweldig bedrijf” [liquid] Een spiegel die verder gaat dan wat anderen kunnen doen.”