月球液体镜望远镜是如何工作的

原则上，LMT与普通反射望远镜没有区别。检查望远镜的工作原理对望远镜的详细解释。这里是一个快速的概述。

一个反射式望远镜用镜子观察远处的物体。主镜聚集光从物体，而副镜聚焦图像到目镜。在传统的反射镜中，主镜是通过辛苦地研磨和抛光玻璃制成所需的形状，通常是抛物线。一旦玻璃准备好了，这个过程叫做渗铝法使其反射。镀铝涉及在真空中蒸发铝，使一层约100纳米厚的金属薄膜沉积在玻璃上。镜面的缺陷会影响望远镜的性能。这就是哈勃望远镜的问题:主镜的曲线偏差仅为头发宽度的一小部分，这导致光线从镜的中心反射，导致图像模糊。

液体镜望远镜，顾名思义，使用液体而不是镀铝玻璃作为主镜。液体,通常汞，倒入一个旋转的盘子里。这种旋转产生了两种作用在水银上的基本力重力和惯性．重力将液体表面向下拉，而惯性将液体侧向盘子边缘。结果，液体形成了一个均匀而完美的抛物线，这是望远镜的理想反射面。最好的是，液体镜面保持光滑和完美，很少或不需要维护。如果液体受到扰动，重力和惯性就会作用于液体，使其恢复到原来的状态。

埃内斯托Capocci他是1850年第一个描述LMT如何工作的人。他是在阅读了艾萨克·牛顿和其他人做的有关旋转液体的实验后想到这个想法的。在20世纪早期，美国物理学家R.W.伍德实际上建造了卡波奇在50年前描述的东西。伍德的LMT特色是一厘米的汞层放置在一个旋转的盘子。他能够观察月球，但注意到图像是扭曲的。现代天文学家发现，如果使用更薄的汞层，LMT的图像质量会大大提高，所以今天的LMT使用一毫米汞层。

地球上最大的LMT是大天顶仪在不列颠哥伦比亚省。它的旋转液体镜直径近20英尺，重3吨，是世界第三大望远镜望远镜在北美。装水银的盘子是由六边形的部分粘在一起形成一个外壳。每一件都有一个高密度的泡沫核心，覆盖着玻璃纤维。为了使外壳呈凹形，要在一个大的烤箱中加热。镜子边缘有一堵墙，防止水银溢出。

一个钢桁架和19个可调节垫支撑着盘子。桁架则由不锈钢支撑空气轴承专为大型天顶望远镜设计的。空气轴承是一种特殊类型的轴承，它使用一层压缩空气薄膜作为润滑油围绕着转动镜子的轴。正常的轴承使用润滑油的效果较差，因为它们会产生振动和不稳定的旋转，从而降低图像质量。作为一个零摩擦的解决方案，空气轴承消除了这些问题，导致一个完美的平稳，无振动的旋转。一个内置的无刷直流电机旋转空气轴承主轴，可旋转负载高达10吨，大约每分钟10转。

六个支腿将主镜固定在望远镜顶部的一个环上。这个环支持探测器和一个较小的折射透镜，帮助聚焦图像。探测器包括电荷耦合器件(CCD)，它收集光子光并将它们转换成图像元素或像素。这些像素被转移到计算机屏幕上，并被拼接在一起形成一幅图像，这幅图像可以被操纵和增强，以改善图像的细节。这台计算机并没有安装在望远镜的观测台结构中，而是安装在附近的一栋建筑中。

大型天顶望远镜的一个问题是它的位置，这也是所有地面望远镜都存在的问题。即使在海拔1295英尺的高空，大气层仍然挡住了天空的视线。如果能在月球上安装一架液体镜面望远镜，因为月球上没有大气层阻挡紫外线、红外线和其他形式的能量，它将会提供更壮观的结果。但是，正如我们将在下一节中看到的，在月球上构建一个LMT有它自己的挑战。

建在月球表面的液体镜望远镜是一种月球液体镜望远镜．它和上一节描述的大型天顶望远镜没有什么不同，除了选择的液体必须有正确的性质，如果它要在月球的恶劣气候中保持液体状态。水星不能工作，因为它的冰点是-101.966°F(-74.43°C).月球上的低温可以达到-243°F(-153°C)，所以水星会凝固，这使主镜不适合选择它。

最近，科学家们发现了一类液体，可能使LLMT成为可能。他们被称为离子液体，它们有这些重要的特性:

最重要的是，离子液体可以被涂上具有高反射率的材料。1-乙基-3-甲基-是一种很有前途的离子流体

咪达唑胺硫酸乙酯，商业上称为ECOENG 212．ECOENG 212可以镀上银，使其具有高反射性。通过先沉积一层铬膜，然后再沉积一层银膜，可以进一步提高其反射率。然而，ECOENG 212的冰点是-144华氏度(-98摄氏度)，所以它仍然可以在月球的严寒温度下凝固。考虑到有数百万种离子液体，科学家们有信心找到另一种具有更好冰点分布的离子液体。

他们还必须找到另一种方法来支持主镜。大型天顶望远镜使用的空气轴承在月球上不起作用，因为没有空气供应系统。一个解是a超导体磁轴承。这样的轴承是基于相同的技术使用磁悬浮车辆，利用磁场使车辆悬浮在导轨上方。在这种情况下，磁场在主轴和外壳之间形成了一个零摩擦缓冲。

当然，所有这些材料都得用船运火箭在月球上集合即使考虑到这一点，液体镜面望远镜比传统的玻璃反射望远镜造成的后勤问题要少得多。因为镜子是液体，所以在望远镜基础设施准备好之前，它会被简单地放在罐子里储存。然后一个宇航员将液体倒入盘中形成主镜。用于支撑盘子和镜子的桁架系统可以预先建造和机器人展开，它的框架展开起来就像一把打开的雨伞。但是使用机器人在月球上建造一个LMT需要仪器保持相当小。正如我们将在下一节中看到的，天文学家和NASA工程师所设想的LMT一点也不小。

与地面望远镜相比，在月球上立即放置的液体镜面望远镜有一个主要优势:它不受大气畸变的影响，而大气畸变会影响天体图像。出于同样的原因，它还能探测到更多形式的电磁能量。大多数类型的电磁辐射，除了可见光光无线电波，被吸收地球的气氛。在完全没有大气的月球上，望远镜将暴露在电磁辐射的全光谱中——伽马射线，x射线，紫外线，可见光，红外辐射，微波和广播波。

使用离子液体作为主镜的望远镜对可见光和红外辐射特别敏感。这对于观察宇宙中最遥远的物体是很重要的，这些物体正迅速远离地球。多普勒效应使它们产生较长波长的辐射，即光谱的红外部分。

规模也是一个关键因素。在低收入重力在月球环境下，建造大型建筑要容易得多。设计LLMT的团队认为，它可以建造一个66英尺到328英尺宽的主液体镜。这种镜子将能够观测到比下一代望远镜(包括詹姆斯·韦伯太空望远镜)所能观测到的物体暗100到1000倍的物体。这意味着天文学家可以用这个仪器更深入地观察太空时间比以往任何时候都要多。这是我们第一次能够探测到宇宙大爆炸后的早期阶段，扩大了我们对新形成的宇宙的理解。

月球液体镜望远镜何时能成为现实?

目前，LLMT仍是一个概念。该项目获得了美国宇航局高级概念研究所的资助，用于研究月球上的望远镜如何支持天文学。这一点很重要，因为月球是“太空探索愿景”(Vision for Space Exploration)的第一个目标。该计划旨在探索如何走出地球轨道，进行人类探索和科学发现。如果美国国家航空航天局能够证明月球前哨站是可行的，具有经济和科学价值，那么公众——最终是国会——可能愿意提供适当的财政支持。

月球液体镜望远镜是帮助NASA证明太空探索可行性的几个项目之一。即便如此，它最早可能在2020年部署。在那之前，天文学家们只能满足于使用液体镜望远镜，比如从地球上观察天空的大型天顶望远镜。

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