LZT – šestimetrový rtuťový dalekohled

Petr Kulhánek, 8. srpna 2005

Myšlenka, že ideální paraboloid lze získat rotací tekutiny, pochází již od sira Isaaca Newtona ze 17. století. První dalekohled s tekutým zrcadlem byl ale podle dochovaných zpráv zkonstruován až v roce 1872 Henry Skeyem. Šlo o 35 centimetrový přístroj. V roce 1909 zkonstruoval Robert Wood 51 centimetrový dalekohled s rozlišovací schopností 2,3″. Základním omezením dalekohledů s tekutým zrcadlem je to, že je nelze naklánět. Míří proto stále jen do zenitu. To bylo hlavním důvodem, že další pokusy s tekutými zrcadly se konaly až na konci 20. století, kdy bylo postaveno několik třímetrových zrcadel ve spolupráci UBCUBC – University of British Columbia. Univerzita, která byla založena v roce 1915 v kanadském Vancouceru., UCLAUCLA – University of California at Los Angeles. Univerzita, která byla založena jako jižní část Kalifornské univerzity v roce 1919. a NASA. Klíčovými osobnostmi projektů byli Ermanno Borra a Paul Hickson. Kvalita získaných snímků byla vynikající a pořizovací cena dalekohledů minimální ve srovnání s klasickými optickými dalekohledy. To vedlo k rozhodnutí postavit šestimetrový Velký zenitální dalekohled (LZTLZT – Large Zenith Telescope, šestimetrový rtuťový dalekohled umístěný v Kanadě 30 km od Vancouveru. Dalekohled byl uveden do provozu v roce 2004, na stavbě se podílela Universtity of British Columbia, Lavalova univerzita a Institut d'Astrophysique de Paris.), jehož zrcadlo bude tvořeno tekutou rtutí.

Známá Prstencová mlhovina M 57 v souhvězdí Lyry vyfotografovaná 2,7 m
rtuťovým dalekohledem observatoře UBC/Laval LMTUBC/Laval LMT – UBC/Laval Liquid Mirror Telescope. Jde o zkušební rtuťový dalekohled o průměru 2,7 metru, který postavila University of British Columbia ve spolupráci s Lavalovou univerzitou v blízkosti Vancouveru v roce 1990..

Velký zenitální dalekohled (LZT)

Projekt dalekohledu LZTLZT – Large Zenith Telescope, šestimetrový rtuťový dalekohled umístěný v Kanadě 30 km od Vancouveru. Dalekohled byl uveden do provozu v roce 2004, na stavbě se podílela Universtity of British Columbia, Lavalova univerzita a Institut d'Astrophysique de Paris. byl zahájen roku 1994, tehdy se na spolupráci domluvila univerzita UBCUBC – University of British Columbia. Univerzita, která byla založena v roce 1915 v kanadském Vancouceru., Lavalova UniverzitaLavalova Univerzita – kanadská univerzita se sídlem v Quibecku, která byla založena v roce 1663 biskupem Nové Francie, panem François de Lavalem. a IAPIAP – Institut d'Astrophysique de Paris, jde o jednu z laboratoří Národního centra pro vědecký výzkum přidruženého k Univerzitě Pierra a Marie Curriových ve Francii. Založena byla v roce 1938., později se přidala SUNYSUNY – State University of New York, univerzita založená v roce 1816, dnes má 64 fakult rozmístěných po celém státě New York.. Ke stavbě bylo vybráno místo 70 km východně od Vancouveru, na vrcholku malého kopce v nadmořské výšce 395 metrů ve výzkumném lese patřícímu univerzitě UBCUBC – University of British Columbia. Univerzita, která byla založena v roce 1915 v kanadském Vancouceru.. Šestimetrové rotující zrcadlo má hmotnost 3 tuny a dalekohled je třetím největším optickým dalekohledem Severní Ameriky. Konstrukce dalekohledu byla dokončena v roce 2003, od roku 2004 probíhají testy tohoto unikátního přístroje. Jde o největší dalekohled s tekutým zrcadlem na světě. V listopadu 2004 bylo dosaženo rozlišovací schopnosti 1,4″, což je blízko teoretické meze dané atmosférickými podmínkami.

Dalekohled se skládá z vodorovně uložené rotující podložky s podpůrnou konstrukcí, která je se zemí spojena hydraulickou oporou  na vzduchovém polštáři, sekundárních pomocných čoček, stejnosměrného motoru a detektoru. Dalekohled je propojen s řídícím centrem a kompresorovnou.

Podložka

Podložka je vyrobena ze sedmi šestiúhelníkových segmentů a šesti menších trojúhelníkových částí. Vše je slepeno do mísy kulového tvaru s průměrem 6,1 m a poloměrem křivosti 18 m. Podložka byla tvarována za teploty 100 °C po jednotlivých částech ve speciální troubě. Segmenty jsou vyrobeny z husté PVC pěny pokryté sklolaminátem, styk se rtutí obstarává vrstva epoxidové pryskyřice. Na okraji je kovový prstenec, který zabraňuje přetečení rtuti. Podložka je umístěna na šestiramenné konstrukci, v každém ramenu je namontován aktuátor, který pomocí počítače zajišťuje pozici ramene s přesností 10 μm. Celá konstrukce se otáčí pomocí vestavěného stejnosměrného bezkartáčového motoru.

Podpůrná konstrukce dalekohledu. Pod ní je patrné hydraulické uložení.
Povšimněte si bezpečnostní betonové vany 7×7 m pod dalekohledem.

Nahrubo uložené segmenty podložky před tepelným tvarováním. Jde o sedm základních
šestiúhelníků a šest pomocných trojúhelníků, které ještě nejsou na snímku
osazeny. Segmenty budou tvarovány v peci a poté slepeny.

Hotová slepená podložka. Patrný je okrajový lem zabraňující přetečení rtuti
a konstrukce pro umístění dalších optických prvků.

Uložení dalekohledu

Kvalita obrazu záleží zejména na třech parametrech: na vlastnostech styčné vrstvy rtuti se vzduchem, na vibracích a na svislém směru rotační osy. Hydraulické uložení dalekohledů tohoto typu bylo technologicky vyřešeno na konci osmdesátých let 20. století a otestováno na menších dalekohledech. Uložení na vzduchovém polštáři zabraňuje zbytečným vibracím a směr osy je snadno upravitelný povely z počítače. Centrální čep má průměr 56 cm a je schopen unést až desetitunovou zátěž.

Hydraulické uložení dalekohledu, které vyrobila firma Profesional Instruments Company.
Nalevo přesun pomocí jeřábu s nosností 2 tuny, který byl instalován na střeše budovy.

Rtuťové výpary

Asi největší problémy se očekávaly s odpařováním jedovaté rtuti z velké plochy zrcadla. Podrobné testy byly provedeny na 2,7 metrovém zrcadle observatoře UBC/Laval LMTUBC/Laval LMT – UBC/Laval Liquid Mirror Telescope. Jde o zkušební rtuťový dalekohled o průměru 2,7 metru, který postavila University of British Columbia ve spolupráci s Lavalovou univerzitou v blízkosti Vancouveru v roce 1990.. Koncentrace par velmi závisela na větrání. Pokud byla otevřena střecha observatoře, byla již po hodině provozu koncentrace par nižší než 0,1 mg/m³. Kanadská norma pro pětidenní pracovní úvazek s osmihodinovou pracovní dobou je 0,05 mg/m³. V časové škále několika hodin se nad povrchem rtuti samovolně vytvořila izolující vrstva kyslíku. Katalyzátorem jsou vodní páry a nečistoty v ovzduší, samotná rtuť neoxiduje. Tato vrstvička snížila odpařování rtuti o pět řádů. Po dvou týdnech provozu bylo vypařování rtuti zanedbatelné. Nucenou ventilaci je proto nutné použít jen v prvních hodinách po uvedení dalekohledu do provozu, v dalších hodinách je provoz dalekohledu bezpečný.

Budova

Budova není řešena jako klasická kopule. Jde o domek ze dřeva a oceli s velmi šikmou střechou, která zabraňuje ulpívání sněhu. Celou střechu lze při pozorování odsunout do strany, je pojízdná po ocelových kolejnicích. Dalekohled je umístěn na bezpečnostní betonové vaně o průřezu 7×7 m², která by zabránila případnému úniku rtuti. Pod ní jsou betonové stěny o tloušťce 1 m. Řídící centrum je v oddělené místnosti. Podzemím je dalekohled propojen se sousední budovou, ve které je kompresor zajišťující vzduch pro hydraulické uložení dalekohledu.

Budova dalekohledu je postavena na žulovém podloží a je 45 minut chůze od brány
výzkumného pozemku Research Forest. Z místa je nádherný výhled do okolí.

Jeden z prvních snímků pořízených dalekohledem LZT.

Dalekohled by při úplném provozu měl systematicky pořizovat spektra pozorovaných objektů, předpokládá se, že proměří červené posuvy 100 000 galaxií a kvazarů. Doufejme, že brzy uslyšíme o výsledcích z tohoto zajímavého projektu. A budoucnost? Již dnes je na prknech konstruktérů UBCUBC – University of British Columbia. Univerzita, která byla založena v roce 1915 v kanadském Vancouceru. ambiciózní projekt LAMALAMA – Large-Aperture Mirror Array, projekt sítě tekutých zrcadel o rozměru každého zrcadla 10 metrů. Soustava by se měla chovat jako jeden přístroj o průměru 54 metrů. Koordinaci projektu provádí UBC (University of British Columbia). O místě stavby není dosud rozhodnuto., který by měl propojit 18 desetimetrových tekutých zrcadel do jednoho přístroje o účinném průměru 54 m!

Bonus: Klip „Rtuťový dalekohled NODO“

NODO (NASA Orbital Debris Observatory) byl prvním větším dalekohledem využívajícím rotující rtuť jako zrcadlo. Byl postaven v Novém Mexiku v nadmořské výšce 2772 m, 3 km severně od vesničky Cloudcroft. K jeho provozu postačilo 5 litrů rtuti, která rotovala rychlostí 6 otáček za sekundu. Rotující rtuť vytvořila parabolický profil o průměru 3 metry. Kvalita získaných snímků je srovnatelná s obdobnými klasickými systémy. Nevýhodou jsou jedovaté rtuťové výpary a nemožnost naklánět dalekohled (míří stále do zenitu). Pořizovací cena je zhruba 10 % ceny obdobného zrcadlového přístroje. Na klipu vidíte animaci zastavení rotujícího zrcadla. Činnost dalekohledu byla ukončena v roce 2002, části se použily při stavbě šestimetrového rtuťového dalekohledu LZTLZT – Large Zenith Telescope, šestimetrový rtuťový dalekohled umístěný v Kanadě 30 km od Vancouveru. Dalekohled byl uveden do provozu v roce 2004, na stavbě se podílela Universtity of British Columbia, Lavalova univerzita a Institut d'Astrophysique de Paris..