这听起来像是儒勒·凡尔纳故事的开端:月球上一个足球场大小的银色液体池,收集来自宇宙最古老星系的微弱光线。尽管距离建造这样的东西还有数年时间,但研究人员表示,他们已经朝着月球望远镜迈出了第一步,他们在一种所谓的离子液体小盘上铺设了一层光滑的银涂层。离子液体类似于液态食盐,不会蒸发,并且在月球上发现的寒冷温度下仍保持液态。
加拿大魁北克省拉瓦尔大学的天体物理学家埃尔曼诺·博拉表示,添加银衬里后,涂层液体也变得高度反光——满足了月球液体镜面望远镜的标准。这种镀银液体的反射率为80%,低于月球望远镜所需的95%或更高,并且在远高于130开尔文(零下225华氏度)的月球温度下就会冻结。然而,作为液体镜面长期倡导者的博拉表示,与成功镀上银涂层相比,这些小问题是次要的。“这完全不是一件显而易见可以做到的事,”他反思道。“这听起来有点疯狂。”
月基液体望远镜的想法备受争议,但它可以帮助天文学家解决建造更强大的望远镜的核心问题——需要更大的聚焦镜。哈勃太空望远镜有一个2.4米(94英寸)宽的镜面,而其拟议的继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜将拥有一个6.5米的镜面。最大的镜面位于夏威夷凯克天文台的双望远镜中,每个镜面的直径为10米。
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但是,天文学家需要一个宽达100米,或一个足球场长度的镜面,才能观测到诞生于近130亿年前的星系,那时宇宙只有10亿岁。博拉说,将如此巨大的物体送入太空将是一项巨大的工程。“有了液体镜面,”他指出,“基本上你可以用罐子携带它。”在一个大盘子里旋转液体会使其像陨石坑一样弯曲,并将光线聚焦成清晰的图像。
研究人员已经在地球上用汞制造了一些液体望远镜[见上方图片],但博拉说,它们吸收了太多光线,无法聚焦古代天体的微弱图像。为了寻找更闪亮的版本,他和同事让银蒸气聚集在离子液体的盘子上,形成了一个30纳米厚的薄层。该研究小组在今天在线发表在《自然》杂志上的一篇论文中报告称,虽然这种液体在冷却到175开尔文(零下144华氏度)以下时会冻结,但还有许多其他离子液体可以尝试。
哥伦比亚大学的天体物理学家阿林·克罗茨说,研究人员距离能够建造月球液体望远镜,更不用说将其送入太空,还有几十年的时间,但这个概念已经有了强烈的反对者,他们更希望未来的望远镜留在太空。克罗茨曾研究过液体望远镜。
与普通望远镜不同,液体望远镜只能指向一个方向。克罗茨说,月球版本还不得不应对灰尘在其表面形成斑点以及月球的干扰光芒。“有些人认为这就像你[会]花费所有这些钱去[月球],然后你却半途毁坏了它,”他说。
克罗茨同意这个想法是有风险的,但表示值得追求。考虑到它可以探测到的微弱图像,他说,“这将是革命性的。”