50-метровые жидкие зеркала NASA ищут жизнь там, где её никто не видел

Представьте себе космический телескоп с зеркалом шириной 50 метров. Это больше, чем стандартное футбольное поле в Великобритании, и почти в восемь раз шире, чем у знаменитого телескопа «Джеймс Уэбб». А теперь представьте, что такое гигантское зеркало сделано не из стеклянных сегментов, а из жидкости, парящей в космосе. Звучит как научная фантастика, но именно на этом принципе основана концепция Fluidic Telescope, или FLUTE — амбициозного проекта NASA и израильского Техниона, который может кардинально изменить способы изучения Вселенной.

Создание всё более крупных космических телескопов столкнулось с серьёзными ограничениями. Даже запуск телескопа Джеймс Уэбб с его сегментированным зеркалом диаметром 6,5 метра оказался на грани технических возможностей. Применить ту же архитектуру для зеркал в десятки метров уже невозможно — такие конструкции просто не помещаются в ракету.

В условиях невесомости жидкость может образовывать идеальную сферическую поверхность под действием поверхностного натяжения — именно такую форму нужно зеркалу телескопа. Концепция FLUTE предлагает использовать этот эффект, чтобы создавать оптические системы , которые невозможно было бы изготовить из твёрдых материалов на Земле.

Но возникает вопрос — что будет с зеркалом, если телескоп начнёт перемещаться, переключаясь с одной цели на другую? Исследование под руководством Израэля Габая из Техниона, размещённое в архиве arXiv, отвечает на этот ключевой вопрос. Учёные разработали математическую модель, описывающую, как жидкое зеркало деформируется во время манёвров, и провели эксперименты, чтобы проверить расчёты на практике.

Результаты оказались одновременно обнадёживающими и реалистичными. При типичных движениях 50-метрового зеркала толщиной всего в один миллиметр поверхность действительно искажается, особенно по краям, где отклонения могут достигать нескольких микрометров. Однако эти возмущения распространяются к центру зеркала чрезвычайно медленно — на это могут уйти годы.

Самое важное в том, что идеально ровной должна оставаться только внутренняя часть зеркала. По расчётам, даже спустя 10 лет активной работы и ежедневных манёвров, 80 процентов поверхности сохраняют необходимую точность для получения качественных астрономических изображений.

Кроме того, оказалось, что много небольших движений телескопа в разных направлениях могут быть даже лучше, чем одно большое — они создают симметричную картину деформации, которую проще компенсировать оптически. Это привело к понятию «манёвренного бюджета» — количества перемещений, которое телескоп может выполнить до того, как его точность начнёт снижаться.

Чтобы подтвердить свои модели, учёные провели впечатляющие эксперименты с микроскопическими жидкими плёнками, управляемыми электромагнитными полями. Несмотря на колоссальную разницу в масштабе, результаты экспериментов совпали с теоретическими расчётами.

Возможности такой технологии выходят далеко за пределы идеи создания большого зеркала. Жидкие телескопы смогут менять форму под разные задачи, самостоятельно корректировать оптические дефекты или даже восстанавливаться после повреждений от микрометеоритов . Исследование показывает, что они смогут служить десятилетиями, а в случае необходимости — «сбрасывать» форму и возвращаться к исходному состоянию.

Если такие идеи будут воплощены в ближайшие десятилетия, FLUTE может стать символом перехода от механической точности к управляемой текучести. Проблем ещё немало — в первую очередь нужно разработать системы, способные удерживать и контролировать жидкость в космосе . Но физика , лежащая в основе технологии, уже доказана.