Ein einzigartiges Teleskop, das Licht mit einer langsam rotierenden Schale aus flüssigem Quecksilber anstelle eines festen Spiegels fokussierte, öffnete seine Augen zum Himmel über Indien. Solche Teleskope wurden schon früher gebaut, aber das 4 m breite International Liquid Mirror Telescope (ILMT) ist das erste große Teleskop, das zu Zwecken der Astronomie gebaut wurde, in einer Art Preis für Beobachter in großer Höhe – das 2.450 m große Devasthal Prize Observatory in der Himalaya.
Obwohl Astronomen damit zufrieden sein müssen, nur geradeaus zu schauen, ist das 2-Millionen-Dollar-Instrument, das von einem Konsortium aus Belgien, Kanada und Indien gebaut wurde, viel billiger als Glasspiegelteleskope. Nur einen Steinwurf vom ILMT entfernt befindet sich das 3,6-Meter-Devasthal Optical Steering Telescope (DOT), das zur gleichen Zeit von derselben belgischen Firma gebaut wurde, jedoch für 18 Millionen US-Dollar. „Einfache Dinge sind oft die besten“, sagte Projektmanager Jean Sorge von der Universität Lüttich. Einige Astronomen sagen, Flüssigspiegel seien eine ideale Technologie für ein riesiges Teleskop auf dem Mond, das bis in die Zeit der ersten Sterne des Universums zurückreichen könnte.
Wenn eine Schüssel mit reflektierendem flüssigem Quecksilber gedreht wird, zwingt die Kombination aus Schwerkraft und Zentrifugalkraft die Flüssigkeit in eine perfekte parabolische Form, genau wie ein herkömmlicher Teleskopspiegel – aber ohne die Kosten für das Gießen eines leeren Glasspiegels, das Schleifen seiner Oberfläche in Parabeln, und es mit reflektierendem Aluminium beschichten.
Der Traum von ILMT entstand ursprünglich in den späten 1990er Jahren. Das schüsselförmige Gefäß mit dem Quecksilber wurde 2012 nach Indien geliefert, der Bau des Teleskopbehälters verzögerte sich jedoch. Dann stellten die Forscher fest, dass sie nicht genug Quecksilber hatten. Mit mehr Warten auf sie ist die Covid-19-Pandemie getroffen, was die Reise nach Indien unmöglich macht. Schließlich kartierte das Team im April 50 Liter Mercury Spinning und schuf eine 3,5 mm dicke äquivalente Schicht. Nach einer so langen Schwangerschaft „sind wir alle sehr glücklich“, sagt Teammitglied Paul Hickson von der University of British Columbia, Vancouver.
Der rotierende Spiegel, der gerade nach oben starrt, wird einen Himmelsfleck sehen, der fast so groß ist wie der Vollmond, wenn die Erdrotation ihn von der Dämmerung bis zum Morgengrauen über den Himmel scannt. „Einfach einschalten und loslassen“, sagt Hickson. Objekte erscheinen im Bild als lange Linien; Die einzelnen Pixel können dann zu einer Langzeitbelichtung zusammengefügt werden. Da das Teleskop in aufeinanderfolgenden Nächten ungefähr denselben Himmelsstreifen sieht, können Aufnahmen aus mehreren Nächten addiert werden, um hochempfindliche Bilder von schwachen Objekten zu erhalten.
Alternativ kann das Bild einer Nacht von der nächsten subtrahiert werden, um zu sehen, was sich verändert hat, wodurch vergängliche Objekte wie Supernovae und Quasare sichtbar werden, die hellen Kerne entfernter Galaxien, die schwinden und verblassen, wenn supermassereiche Schwarze Löcher Materie verschlingen. Surdej will nach Gravitationslinsen suchen, in denen die Schwerkraft einer Galaxie oder eines Galaxienhaufens das Licht eines entfernten Objekts wie eine riesige Lupe beugt. Empfindliche ILMT-Messungen der Objekthelligkeit zeigen die Masse von Linsengalaxien und können helfen, die Expansionsrate des Universums abzuschätzen. Eine Studie deutete darauf hin, dass bis zu 50 Linsen im Himmelsband bei ILMT sichtbar sein könnten.
Konventionelle Vermessung von Teleskopen wie der Zwicky Transit -Einrichtung in Kalifornien und dem kommenden Vera C. Rubin Observatory in Chile bedecken einen viel größeren Bereich des Himmels. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass sie jede Nacht zum selben Patch zurückkehren, um nach Änderungen zu suchen. „Wir sind gezwungen, eine Nische zu haben“, sagt Hickson. Der Ilmt hat die zusätzliche Stärke, neben dem Punkt zu sitzen, und ist mit Instrumenten ausgestattet, mit denen alle vorbeifahrenden Objekte, die sein Nachbarn erkennt, schnell scannen können. Der Ansatz dieses Markerteams ist „umfassender und wissenschaftlich reichhaltiger“, sagt Dipankar Banerjee, Direktor des Aryabhata Observation Science Research Institute, das das Devastal Observatory betreibt.
Wenn das ILMT erfolgreich ist, könnte die Technologie laut Surdej skaliert werden, um viel größere Flüssigkeitsspiegel auf dem Mond zu bauen, einem attraktiven Standort für zukünftige Riesenteleskope, da er weniger seismisch aktiv ist als die Erde und keine Atmosphäre hat. Auf der Erde würde der Coriolis-Effekt aufgrund der Rotation des Planeten die Bewegung des Merkur in Spiegeln mit einer Größe von mehr als 8 Metern verzerren. Aber der Mond dreht sich langsamer, was viel größere Flüssigkeitsspiegel zulässt – wenn auch nicht von Merkur. Es ist zu schwer, um zum Mond getragen zu werden, gefriert nachts und verdunstet tagsüber. Aber vor mehr als einem Jahrzehnt demonstrierte der Flüssigspiegel-Pionier Ermanno Porra von der Laval University, dass „ionische Flüssigkeiten“, leichte geschmolzene Salze mit niedrigen Gefrierpunkten, den Mondbedingungen standhalten und mit einer dünnen Silberschicht reflektierend gemacht werden könnten.
In den 2000er Jahren beauftragten sowohl die NASA als auch die Canadian Space Agency Studien zu Flüssigkeits-Mirror-Teleskopen auf der Mondoberfläche, gingen jedoch nicht weiter. Die Astronomen hoffen, dass das derzeitige Interesse an der Mondforschung und die billigen Einführungen von privaten Weltraumunternehmen wie SpaceX eine Wiederbelebung anregen werden. Im Jahr 2020 schlug ein Team der University of Texas, Austin, das ultimative große Teleskop vor, einen 100-Meter-Flüssigkeitsspiegel, der jahrelang von einem der Pole des Mondes aus ständig auf denselben Himmelsfleck starren würde. Ein solcher Riese könnte schwache Tröpfchen von Photonen von den ersten Sternen sammeln, die das Universum beleuchteten, noch bevor Galaxien existierten. Der erfahrene Spiegelhersteller Roger Angel von der Universität von Arizona sagt, es gibt eine „einzigartige Nische für eine großartige Firma [liquid] Ein Spiegel, der über das hinausgeht, was andere tun können. “