Gli specchi a membrana decollano per l'uso in grandi telescopi spaziali

Telescopi estremamente grandi nello spazio o osservatori basati su palloni richiederanno specchi molto più grandi, più sensibili e più leggeri di quelli attualmente in funzione. Grandi specchi a membrana con basso peso areale sono promettenti in questo contesto, ma sono difficili da produrre con la qualità ottica richiesta.

I ricercatori in Germania hanno escogitato un nuovo modo per realizzare specchi polimerici molto sottili di qualità sufficientemente elevata da fungere da specchi primari nei telescopi spaziali, utilizzando un approccio molto diverso dai tradizionali processi di produzione e lucidatura degli specchi. La tecnica, sviluppata da un team del Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre, comporta il deposito di un polimero sulla superficie di un liquido rotante che forma una perfetta forma parabolica. Gli specchi risultanti sono leggeri, misurano circa 30 cm di diametro e potrebbero potenzialmente essere scalati fino a diametri molto più grandi di metri. Sono anche abbastanza flessibili da poter essere arrotolati per il trasporto su un veicolo spaziale e aperti una volta raggiunta la destinazione.

Nel loro lavoro, i ricercatori, guidati da Sebastiano Rabien, ha fatto uso di un fenomeno fisico di base: che un liquido in un contenitore rotante formerà naturalmente una forma superficiale parabolica. Hanno usato questa superficie come base su cui depositare un polimero – Parylene, in questo caso – con lo spessore desiderato. Una volta rivestita con una superficie riflettente come l'alluminio o l'oro, questa membrana può essere utilizzata come specchio.

Il polimero viene coltivato mediante deposizione chimica da vapore. Questa tecnica viene abitualmente impiegata per applicare rivestimenti sull'elettronica, ma questa è la prima volta che viene utilizzata per creare specchi a membrana parabolica. "L'intero processo si svolge nel vuoto, privo di venti o particelle di disturbo, il che consente superfici di qualità ottica", spiega Rabien.

I ricercatori affermano di poter manipolare localmente la forma parabolica dello specchio utilizzando un metodo di ottica adattiva radiativa, che prevede l'espansione termica del materiale applicando un raggio di luce sulla superficie anteriore o posteriore della struttura.

I nuovi specchi potrebbero essere arrotolati e riposti in modo compatto all'interno di un veicolo di lancio, quindi aperti e rimodellati con precisione dopo il dispiegamento, cosa che aiuta a risolvere i problemi di peso e imballaggio per gli specchi dei telescopi, afferma Rabien.

"Sebbene siano sicuramente necessarie più ricerca e ingegneria, penso che abbiamo un processo scalabile a diametri molto grandi (da 15 a 20 m)", dice Mondo della fisica. “Il mandrino liquido per la forma della superficie è anche significativamente più economico rispetto ai tradizionali metodi di produzione di ottiche. Le camere a vuoto delle dimensioni necessarie per realizzare questi specchi esistono già per altri scopi e i processi di crescita richiesti possono essere adattati dalle tecnologie disponibili».

I costrutti di nanoparticelle su specchio potrebbero aiutare a realizzare display che cambiano colore

Un tipo di oggetto astrofisico che potrebbe essere ripreso e cercato usando tali specchi sono gli esopianeti, dice Rabien. “La visione di guardare quei sistemi planetari distanti ad alta risoluzione e sensibilità, risolvendo il tempo o i continenti, o anche le luci su una costa, richiederebbe che molti grandi telescopi con tali specchi fossero messi in orbita. Rendere possibile questo sogno richiede una significativa riduzione del peso areale e del costo dello specchio primario e un modo per inserirli in un veicolo di lancio. Le tecniche descritte nel nostro lavoro potrebbero essere un percorso verso tale visione”.

I ricercatori, che riportano il loro lavoro in Ottica applicata, affermano che ora vorrebbero utilizzare la loro tecnica per realizzare specchi di metri di grandezza. «Questo ci consentirebbe di comprendere meglio la funzione superficiale degli specchi e come influenzarla e controllarla, e quantificare i parametri di controllo su larga scala richiesti».

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/membrane-mirrors-take-off-for-use-in-large-space-telescopes/