التلسكوبات ذات المرايا السائلة قد تُحدث ثورة في علم الفلك
خبير اقتصادي
تلسكوب بمرآة سائلة؟ يبدو مفيدًا مثل إبريق الشاي بالشوكولاتة. تزن المرايا العملاقة الصلبة، التي تلتقط الضوء وتركزه في تلسكوبات كبيرة، عدة أطنان، وتتطلب سنوات من الجهد المضني لصب وتشكيل وتلميع أسطحها بدقة تصل إلى عدة أجزاء من المليار من المتر. فكيف يمكن لمجموعة من الزئبق المنصهر أن تقوم بنفس الوظيفة؟ الجواب مفاجئ. صب أي سائل في حاوية أسطوانية، وقم بتدوير الحاوية بسرعة ثابتة، وسيصبح سطح السائل على شكل قطع مكافئ (سطح ذو مقطع عرضي للقطع المكافئ)، والذي يصادف أنه الشكل المثالي لمرايا التلسكوب .
الفكرة ليست جديدة. وفي الواقع، قد يعود تاريخه إلى أيام نيوتن، الذي كان أيضًا أحد آباء التلسكوب العاكس. لكن التلسكوبات المرآة السائلة (LMTs) كانت لفترة طويلة تعتبر مسألة نظرية بحتة. وفي العقد الماضي فقط بدت الفكرة أكثر جاذبية، لأسباب اقتصادية وفنية. تم بناء العديد من هذه التلسكوبات في التسعينيات، وأكبرها حتى الآن، بمرآة يبلغ قطرها 90 أمتار، سوف تلتقط قريبًا أشعة الضوء الأولى في غابة شرق فانكوفر بكندا. يعتقد أنصار هذه التلسكوبات أن التكنولوجيا وصلت الآن إلى مرحلة النضج، وأنها يمكن أن تعني نهاية التلسكوبات التقليدية.
بالمقارنة مع صنع مرآة صلبة، فإن صنع مرآة سائلة أمر سهل للغاية. المكون الرئيسي هو كمية صغيرة من الزئبق، والتي يتم وضعها في حاوية قوية ولكن خفيفة من المواد المركبة. ومن بين كل هذا فهو عبارة عن قطع مكافئ، ولكن ليس من الضروري تشكيل شكله بدرجة الدقة المطلوبة للحصول على مظهر صلب. وبمجرد أن تدور الحاوية حول محورها بالسرعة المناسبة (عادة بضع دورات في الدقيقة)، ينتشر الزئبق ويشكل طبقة سمكها أقل من ملليمتر؛ تعوض الاختلافات في سمك طبقة الزئبق عن الشكل غير المثالي للحاوية. والنتيجة هي مرآة سائلة تم تصميم شكلها بنفس مستوى الدقة مثل المرآة الصلبة التقليدية، ولكن التكلفة تبلغ حوالي مائة من تكلفة المرآة العادية.
التلسكوب هو أكثر من مجرد مظهره بالطبع. ولكن عند أخذ المكونات الأخرى بعين الاعتبار، فإن تكلفة التلسكوب المزود بمرآة سائلة (تامان) تصل فقط إلى حوالي 5% من سعر التلسكوب التقليدي. "تلسكوب زينيث الكبير"، التلسكوب الذي يقوم ببنائه حاليا بول هيكسون وفريقه في جامعة كولومبيا البريطانية في فانكوفر، تم بناؤه مقابل أجر زهيد - ومن المتوقع أن يكلف أقل من مليون دولار. وللمقارنة، تبلغ تكلفة بناء تلسكوبي «جيميني» في هاواي 184 مليون دولار، وتلسكوب «الأبحاث الفلكية الجنوبية» الذي يجري بناؤه في البرازيل 28 مليون دولار.
ومن المؤكد أن القدرة على بناء تلسكوبات كبيرة بهذه التكلفة المنخفضة، مقارنة بالسعر العادي، ستغير وجه علم الفلك. بهذه الطريقة، ستتمكن مجموعات البحث الصغيرة من استخدام التلسكوبات الخاصة بها، ولن يضطروا إلى حجز وقت المشاهدة في التلسكوبات المشتركة قبل عدة أشهر، كما يفعلون الآن. كما أن الاستخدام الحصري للتلسكوب أحادي الغرض سيجعل أنواعًا جديدة من الأبحاث ممكنة. في الوقت الحالي، من المستحيل تخصيص كل وقت المشاهدة للتلسكوب المزود بمرآة قطرها ستة أو ثمانية أمتار للبحث عن نجوم متفجرة، تسمى المستعرات الأعظم، في مجرات أخرى. وهذا أمر مؤسف، لأنه في عالم مثالي، يمكن أن تتضمن دراسات من هذا النوع عمليات رصد متكررة لنفس المجرات كل بضعة أيام. ومع تيمان، سيصبح من الممكن استخدام تلسكوب كبير لهذا النوع من الأبحاث المركزة.
لكن بالنسبة لها وشوكة في جنبها: لا يمكنك توجيه تامان إلا للأعلى مباشرة؛ تؤدي إمالة الحاوية الدوارة إلى فقدان المرآة لشكلها. وبالتالي، لا يمكن أن يستهدف مثل هذا التلسكوب نقطة محددة في السماء، وحتى عندما يكون هناك جسم سماوي محل الاهتمام فوق الرأس مباشرة، لا يمكن تتبعه عن طريق تحريك التلسكوب لتعويض دوران الأرض.
ومع ذلك، فإن هذا القيد ليس مشكلة كما يبدو، على الأقل عندما يتعلق الأمر بأنواع معينة من علم الفلك. إن علماء الكون، الذين يدرسون بنية الكون، لا يهتمون بالمكان الذي يشير إليه التلسكوب، لأن الكون متناحٍ ومتجانس - وهي طريقة متطورة للقول إنه يبدو متماثلاً في كل الاتجاهات. وبالمثل، يمكن تنفيذ مهمات المراقبة طويلة المدى باستخدام تلسكوب موجه نحو السمت. وهكذا، لمدة عام كامل، يمكن للتلسكوب مراقبة شريط كامل من السماء.
أحد أتباع تامان الرئيسيين هو الدكتور أرمانو بورا، عالم الفيزياء في جامعة لافال في كيبيك. كان فريق بورا أول من قام بتكوين طبقة من الزئبق يقل سمكها عن المليمتر. أجرى بورا أيضًا سلسلة من التجارب الرئيسية في التسعينيات، والتي أظهرت أن براعم التذوق تؤدي وظيفتها. وقد حفز بحثه علماء ناسا على بناء مثل هذا التلسكوب، الذي يبلغ قطره ثلاثة أمتار. يقوم هذا التلسكوب الآن بتتبع "الخردة الفضائية" (بقايا الأقمار الصناعية وما شابه): تطبيق آخر حيث القدرة على توجيه التلسكوب في اتجاه معين لا تعني الكثير.
الدكتور بورا متحمس بشكل خاص لاحتمال تخصيص مساحة كبيرة للبحث عن المستعرات الأعظم، لأن علماء الفلك يستخدمونها كمساطر لقياس المسافات بين المجرات. إن الاكتشاف الذي تم في العام الماضي، والذي يبدو أن معدل توسع الكون آخذ في الازدياد، كان مبنيًا على ملاحظات لعشرات المستعرات الأعظم. من المفترض أن يكون التلسكوب المرآة السائلة قادرًا على العثور على آلاف المستعرات الأعظم سنويًا، وتأكيد هذا الاكتشاف أو دحضه.
بالإضافة إلى نشر الأخبار حول مزايا التامان، يبذل بورا قصارى جهده للتغلب على عيبه الكبير: عدم القدرة على النظر في اتجاهات مختلفة. المشكلة اليوم هي أنه عندما تميل المرآة السائلة فإنها تشوه. الحل هو زيادة لزوجة السائل. قام بورا بحساب مدى لزوجة السائل بدقة، ووجد أنه يجب أن يكون قوامه مثل العسل السميك. والمشكلة هي أن الزئبق أقل لزوجة من العسل بكثير، والعسل لا يعكس الضوء، لذلك لا يمكن استخدامه. وهكذا بدأ البحث عن سائل لزج ويعكس الضوء بشكل فعال.
عثر الدكتور بورا على مجموعة من المواد المناسبة. يطلق عليها اسم الأغشية المعدنية الشبيهة بالسائل، وهي عبارة عن جزيئات صغيرة من الفضة، يتم تغليفها بجزيئات عضوية لتغطيتها ثم تضاف إلى زيت السيليكون. والنتيجة هي طبقة عاكسة رقيقة تطفو على سطح الزيت. وقد حقق الدكتور بورا حتى الآن انعكاسا بنسبة 50% (أي أن نصف الضوء الساقط على المرآة ينعكس)، لكنه واثق من أنه سيتمكن من مطابقة انعكاس الزئبق بنسبة 80%. ويعتقد بورا أنه إذا تمكن من بناء مرصد يبلغ قطره أربعة أمتار ويمكنه المراقبة بزاوية لا تقل عن 30 درجة، فسيكون ذلك نهاية التلسكوب الكلاسيكي.
خبير اقتصادي
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 28/11/2000}
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~327844603~~~249&SiteName=hayadan
