טלסקופים עם מראות נוזליות עשויים לחולל מהפכה באסטרונומיה
אקונומיסט
טלסקופ עם מראה נוזלית? נשמע שימושי בערך כמו קומקום משוקולד. מראות הענק המוצקות, הלוכדות וממקדות את האור לתוך טלסקופים גדולים, שוקלות כמה טונות, ונדרשות שנים של מאמץ מדוקדק כדי לצקת, לעצב וללטש את פני השטח שלהן ברמת דיוק של כמה מליארדיות המטר. אז איך תוכל בריכה של כספית מותכת לעשות את אותה עבודה? התשובה מפתיעה. שפכו כל נוזל לתוך מכל גלילי, סובבו את המכל במהירות קבועה, ופני השטח של הנוזל יהפכו לפרבולואיד (משטח בעל חתך של פרבולה) שלגמרי במקרה היא הצורה המושלמת בשביל מראות טלסקופ.
הרעיון אינו חדש. למעשה, ייתכן שראשיתו עוד בימי ניוטון, שהיה גם אחד מאבות הטלסקופ מחזיר האור. אך טלסקופים עם מראות נוזליות (LMT) נתפשו במשך זמן רב כעניין תיאורטי בלבד. רק בעשור האחרון נראה היה הרעיון אטרקטיווי יותר ויותר, מסיבות כלכליות וטכניות כאחת. כמה טלסקופים כאלה נבנו בשנות ה-90, והגדול ביותר שנבנה עד כה, עם מראה בקוטר 6 מטר, ילכוד בקרוב את קרני האור הראשונות שלו ביער ממזרח לוונקובר שבקנדה. תומכי הטלסקופים הללו מאמינים שהטכנולוגיה הגיעה כעת לבשלות ושהיא יכולה אפילו להביא לסופם של הטלסקופים הקונוונציונליים.
בהשוואה לייצור מראה מוצקה, ייצור מראה נוזלית קל להפליא. המרכיב העיקרי הוא כמות קטנה של כספית, המוכנסת למכל חזק אך קל של חומר מרוכב. מכל זה הוא פרבולואיד, אך אין צורך לעצב את צורתו במידת הדיוק הנדרשת למראה מוצקה. ברגע שהמכל מסתובב סביב צירו במהירות הנכונה (בדרך כלל כמה סיבובים בדקה) מתפשטת הכספית ויוצרת שכבה שעוביה פחות ממילימטר; ההבדלים בעובי שכבת הכספית מפצים על הצורה הלא מושלמת של המכל. התוצאה היא מראה נוזלית שצורתה מעוצבת באותה רמת דיוק של מראה מוצקה קונוונציונלית, אך עלותה היא כמאית מעלות המראה הרגילה.
טלסקופ הוא יותר מהמראה שלו, כמובן. אך כשנלקחים בחשבון יתר המרכיבים, עדיין עלותו של טלסקופ עם מראה נוזלית (טעמ”ן) מגיעה רק לכ-%5 ממחיר טלסקופ קונוונציונלי. “טלסקופ הזנית הגדול” (Large Zenith Telescope), הטעמ”ן שנבנה כעת על ידי פול היקסון וצוותו באוניברסיטת בריטיש קולומביה בוונקובר, נבנה בסכום זעום – הוא צפוי לעלות פחות ממיליון דולר. לשם השוואה, עלות הבנייה של שני הטלסקופים “התאומים” (Gemini) בהוואי היא 184 מיליון דולר, וטלסקופ “המחקר האסטרונומי הדרומי” (Astronomical Research Southern) הנבנה בברזיל יעלה 28 מיליון דולר.
היכולת לבנות טלסקופים גדולים בעלות כה קטנה, יחסית למחיר הרגיל, תשנה בוודאי את פני האסטרונומיה. כך, קבוצות מחקר קטנות יוכלו להשתמש בטלסקופים משלהן, והן לא יצטרכו להזמין זמן-צפייה בטלסקופים משותפים כמה חודשים מראש, כפי שהן עושות כעת. שימוש בלעדי בטלסקופ המוקדש למטרה אחת בלבד גם יהפוך סוגים חדשים של מחקר לאפשריים. כרגע אי אפשר להקדיש את כל זמן הצפייה בטלסקופ בעל מראה בקוטר שישה או שמונה מטרים לחיפוש כוכבים מתפוצצים, הנקראים סופרנובות, בגלקסיות אחרות. זה חבל, משום שבעולם אידיאלי אפשר היה לכלול במחקרים מסוג זה צפיות חוזרות באותן גלקסיות מדי כמה ימים. עם טעמ”ן, השימוש בטלסקופ גדול למחקר ממוקד מסוג זה יהפוך לאפשרי.
אבל אליה וקוץ בה: אפשר לכוון טעמ”ן רק ישירות למעלה; הטיית המכל המסתובב גורמת למראה לאבד את צורתה. וכך, אי אפשר לכוון טלסקופ כזה לנקודה מסוימת בשמים, ואפילו כשעצם שמימי מעורר עניין נמצא ישירות מעל הראש, אי אפשר לעקוב אחריו באמצעות הזזת הטלסקופ כדי לפצות על סיבוב כדור הארץ.
אולם מגבלה זו אינה בעייתית כפי שהיא נשמעת, לפחות בכל הקשור לסוגים מסוימים של אסטרונומיה. לקוסמולוגים, החוקרים את מבנה היקום, לא אכפת לאן מכוון הטלסקופ, משום שהיקום הוא איזוטרופי והומוגני – דרך מתוחכמת לומר שהוא נראה זהה בכל הכיוונים. בדומה לכך, משימות צפייה ארוכות טווח יכולות להתבצע באמצעות טלסקופ המכוון לזנית. כך, במשך שנה שלמה הטלסקופ יכול להתבונן על רצועה שלמה של השמים.
אחד החסידים המובילים של הטעמ”ן הוא ד”ר ארמנו בורה, פיסיקאי באוניברסיטת לוואל בקוויבק. צוותו של בורה היה זה שהצליח לראשונה ליצור שכבת כספית בעובי של פחות ממילימטר. בורה גם ביצע סדרה של ניסויי מפתח בשנות ה-90, שבהם הראה כי טעמ”נים אכן עובדים. המחקר שלו הניע את מדעני נאס”א לבנות טלסקופ כזה, בקוטר של שלושה מטר. טלסקופ זה עוקב כעת אחר “זבל חללי” (שרידי לוויינים וכדומה): עוד יישום שבו אין משמעות רבה ליכולת לכוון את הטלסקופ לכיוון מסוים.
ד”ר בורה נלהב במיוחד מהסיכוי להקדיש טעמ”ן גדול לחיפוש אחר סופרנובות, משום שאלה משמשות את האסטרונומים כסרגלים למדידת מרחקים בין-גלקטיים. התגלית מהשנה שעברה, שנראה כי קצב התפשטות היקום הולך וגובר, התבססה על תצפיות בכמה עשרות סופרנובות. טלסקופ מראה נוזלית אמור להיות מסוגל למצוא אלפי סופרנובות בשנה, ולאשש או להפריך את התגלית הזו.
בנוסף להפצת החדשות על יתרונות הטעמ”ן, עושה בורה כמיטב יכולתו להתגבר על חסרונו הגדול: אי היכולת לצפות לכיוונים שונים. הבעיה כיום היא שכשהמראה הנוזלית מוטה, היא מתעוותת. הפתרון הוא להגדיל את הצמיגות של הנוזל. בורה חישב בדיוק עד כמה צמיג הנוזל צריך להיות, ומצא שצריך להיות לו מרקם של דבש סמיך. הבעיה היא שכספית הרבה פחות צמיגה מדבש, ודבש אינו מחזיר אור ולכן אי אפשר להשתמש בו. כך החל החיפוש אחר נוזל שהוא גם צמיג וגם מחזיר אור בצורה יעילה.
ד”ר בורה נתקל בקבוצת חומרים מתאימים. הם נקראים קרומים מתכתיים דמויי-נוזל – חלקיקים קטנטנים של כסף, שמצפים אותם במולקולות אורגניות כדי שיצופו ולאחר מכן מוסיפים אותן לשמן סיליקון. התוצאה היא שכבה מחזירת אור דקה הצפה על פני השמן. עד כה, השיג ד”ר בורה החזרה של %50 (כלומר, מחצית מן האור הנופל על המראה מוחזר), אך הוא בטוח שיהיה מסוגל להשתוות ל-%80 השיקוף של הכספית. בורה סבור שאם יצליח לבנות טעמ”ן בקוטר ארבעה מטר שיוכל לצפות בזווית של 30 מעלות לפחות, יהיה זה סופו של הטלסקופ הקלאסי.
אקונומיסט
{הופיע בעיתון הארץ, 28/11/2000}
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~327844603~~~249&SiteName=hayadan
