未来的太空望远镜可以由薄膜制成,在太空中展开到巨大的尺寸

知新了了 2024-11-04 09:00:30

太空望远镜很了不起。它们的视野不会被大气中的天气遮挡,因此它们可以捕捉到令人难以置信的详细的天空图像。不幸的是,它们的镜像尺寸非常有限。尽管詹姆斯·韦伯太空望远镜令人惊叹,但它的主镜直径也只有6.5米。即便如此,镜子也必须有可折叠的部件才能装进发射火箭。相比之下,目前正在智利北部建造的超大望远镜将有一个直径超过39米的镜子。要是我们能把这么大的一面镜子发射到太空就好了!一项新的研究着眼于如何做到这一点。

正如研究指出的那样,当涉及到望远镜镜子时,你真正需要的只是一个反射表面。它不需要涂在厚厚的玻璃上,也不需要一个大的、刚性的支撑结构。所有这些只需要保持镜子的形状和自身的重量。就星光而言,闪亮的表面才是最重要的。那么,为什么不直接使用一层薄薄的反光材料呢?你可以把它卷起来放进运载火箭。例如,我们可以轻松地将一个40米长的铝箔卷送入太空。

当然,事情并没有那么简单。你仍然需要把你的薄膜望远镜展开回到它原来的形状。您还需要一个检测器来聚焦图像,并且您还需要一种方法来保持检测器与阔面镜的正确对齐。原则上,你可以用一个薄的支撑结构来做到这一点,这不会给你的望远镜增加过多的体积。但即使我们假设所有这些工程问题都可以解决,你仍然有一个问题。即使在太空的真空中,这种薄镜的形状也会随着时间的推移而变形。而解决这一问题是本文研究的重点。

一旦发射到太空并展开,膜镜就不会明显变形。但为了捕捉清晰的图像,镜子必须保持对焦在可见光的顺序上。当哈勃望远镜发射升空时,它的镜面形状偏差还不到一根头发的厚度,这需要矫正镜片和整个航天飞机任务来修复。这个尺度上的任何变化都会使我们的薄膜望远镜失效。因此,作者们求助于一种被天文学家称为自适应光学的常用技巧。

自适应光学被用于大型地面望远镜,作为校正大气畸变的一种方法。镜子后面的驱动器实时扭曲镜子的形状,以抵消大气的闪烁。从本质上讲,它使镜子的形状不完美,以解释我们对天空的不完美看法。类似的技巧也可以用在薄膜望远镜上,但如果我们必须为镜子发射一个复杂的执行器系统,我们还不如回到发射刚性望远镜的方法。但如果我们直接用激光投影呢?

通过将激光投射到镜子上,我们可以通过辐射反冲改变它的形状。由于它只是一层薄膜,其形状足以产生光学校正,并且可以实时修改以保持镜子的焦点。作者称这种技术为辐射自适应光学,并通过一系列的实验室实验证明它是可行的。

在太空深处做这件事比在实验室里做要复杂得多,但这项工作表明,这种方法值得探索。也许在未来的几十年里,我们可以建造一整套这样的望远镜,这将使我们能够看到遥远天空的细节,但我们现在只能想象。

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