Membranspeil tar av for bruk i store romteleskoper

Ekstremt store teleskoper i verdensrommet eller ballongbaserte observatorier vil kreve speil som er mye større, mer følsomme og lettere enn de som er i drift i dag. Store membranspeil med lav arealvekt er lovende i denne sammenhengen, men de er vanskelige å produsere med den nødvendige optiske kvaliteten.

Forskere i Tyskland har kommet opp med en ny måte å lage svært tynne polymerspeil av høy nok kvalitet til å fungere som de primære speilene i romteleskoper, ved å bruke en tilnærming som er veldig forskjellig fra konvensjonelle speilproduksjons- og poleringsprosesser. Teknikken, utviklet av et team på Max Planck-instituttet for utenomjordisk fysikk, innebærer å avsette en polymer på overflaten av en roterende væske som danner en perfekt parabolsk form. De resulterende speilene er lette, måler rundt 30 cm i diameter og kan potensielt skaleres opp til mye større diametere på meter. De er også fleksible nok til å rulles sammen for transport på et romfartøy og brettes ut når de når målet.

I sitt arbeid har forskerne, ledet av Sebastian Rabien, gjort bruk av et grunnleggende fysikkfenomen: at en væske i en spinnende beholder naturlig vil danne en parabolsk overflateform. De brukte denne overflaten som en base for å avsette en polymer – Parylene, i dette tilfellet – med ønsket tykkelse. Når den er belagt med en reflekterende overflate som aluminium eller gull, kan denne membranen brukes som et speil.

Polymeren dyrkes ved bruk av kjemisk dampavsetning. Denne teknikken brukes rutinemessig for å påføre belegg på elektronikk, men dette er første gang den har blitt brukt til å lage parabolske membranspeil. "Hele prosessen foregår i vakuum, fri for forstyrrende vind eller partikler, noe som gir mulighet for overflater av optisk kvalitet," forklarer Rabien.

Forskerne sier at de lokalt kan manipulere den parabolske formen til speilet ved hjelp av en strålingsadaptiv optikkmetode, som innebærer termisk utvidelse av materialet ved å påføre en lysstråle på forsiden eller baksiden av strukturen.

De nye speilene kan rulles sammen og lagres kompakt inne i en bærerakett, og deretter foldes ut og omformes nøyaktig etter utplassering – noe som bidrar til å løse vekt- og emballasjeproblemer for teleskopspeil, sier Rabien.

"Selv om det sikkert er behov for mer forskning og ingeniørkunst, tror jeg at vi har en prosess som er skalerbar til veldig store diametre (15 til 20 m)," forteller han Fysikkens verden. "Væskedoren for overflateformen er også betydelig rimeligere enn konvensjonelle optikkproduksjonsmetoder. Vakuumkamre av den størrelsen som trengs for å lage disse speilene eksisterer allerede for andre formål, og vekstprosessene som kreves kan tilpasses fra tilgjengelig teknologi."

Nanopartikkel-på-speil-konstruksjoner kan bidra til å lage fargeskiftende skjermer

En type astrofysiske objekter som kan avbildes og søkes etter ved hjelp av slike speil er eksoplaneter, sier Rabien. «Visjonen om å se på de fjerne planetsystemer med høy oppløsning og følsomhet, løse vær eller kontinenter, eller til og med lys på en kystlinje, ville kreve at mange store teleskoper med slike speil plasseres i bane. Å gjøre denne drømmen mulig trenger en betydelig reduksjon i arealvekt og kostnadene for det primære speilet, og en måte å pakke disse inn i en bærerakett. Teknikkene som er beskrevet i vårt arbeid kan være en vei mot en slik visjon."

Forskerne, som rapporterer om sitt arbeid i Anvendt optikk, sier at de nå vil bruke teknikken sin til å lage speil i meter store. "Dette vil tillate oss å bedre forstå overflatefunksjonen til speilene og hvordan vi kan påvirke og kontrollere den, og kvantifisere de store kontrollparametrene som kreves."

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/membrane-mirrors-take-off-for-use-in-large-space-telescopes/