Zwierciadła membranowe startują do użytku w dużych teleskopach kosmicznych

Ekstremalnie duże teleskopy w kosmosie lub obserwatoria balonowe będą wymagały zwierciadeł, które są znacznie większe, bardziej czułe i lżejsze niż obecnie używane. Duże zwierciadła membranowe o małej masie powierzchniowej są obiecujące w tym kontekście, ale są trudne do wyprodukowania z wymaganą jakością optyczną.

Naukowcy z Niemiec opracowali nowy sposób wytwarzania bardzo cienkich zwierciadeł polimerowych o wystarczająco wysokiej jakości, aby mogły służyć jako zwierciadła główne w teleskopach kosmicznych, stosując podejście, które bardzo różni się od konwencjonalnych procesów produkcji i polerowania zwierciadeł. Technika opracowana przez zespół ds Max Planck Instytut Fizyki Pozaziemskiej, polega na osadzeniu polimeru na powierzchni obracającej się cieczy, która tworzy idealny paraboliczny kształt. Powstałe zwierciadła są lekkie, mają średnicę około 30 cm i potencjalnie można je powiększyć do znacznie większych średnic metrów. Są również na tyle elastyczne, że można je zwinąć do transportu na statku kosmicznym i rozłożyć po dotarciu na miejsce.

W swojej pracy badacze, kierowani przez Sebastian Rabień, wykorzystali podstawowe zjawisko fizyczne: ciecz w wirującym pojemniku w naturalny sposób utworzy paraboliczny kształt powierzchni. Wykorzystali tę powierzchnię jako podstawę, na której nałożyli polimer – w tym przypadku Parylen – o pożądanej grubości. Po pokryciu powierzchnią odbijającą, taką jak aluminium lub złoto, membrana ta może służyć jako lustro.

Polimer jest hodowany przy użyciu chemicznego osadzania z fazy gazowej. Ta technika jest rutynowo stosowana do nakładania powłok na elektronikę, ale po raz pierwszy została użyta do stworzenia zwierciadeł z membraną paraboliczną. „Cały proces odbywa się w próżni, bez przeszkadzających wiatrów lub cząstek, co pozwala uzyskać powierzchnie o jakości optycznej” — wyjaśnia Rabien.

Naukowcy twierdzą, że mogą lokalnie manipulować parabolicznym kształtem zwierciadła za pomocą metody radiacyjnej optyki adaptacyjnej, która polega na rozszerzaniu termicznym materiału poprzez zastosowanie wiązki światła na przednią lub tylną powierzchnię konstrukcji.

Nowe zwierciadła można zwinąć i przechowywać kompaktowo w rakiecie nośnej, a następnie rozłożyć i dokładnie zmienić kształt po rozmieszczeniu – coś, co pomaga rozwiązać problemy z wagą i pakowaniem zwierciadeł teleskopowych, mówi Rabien.

„Chociaż z pewnością potrzeba więcej badań i inżynierii, myślę, że mamy proces, który można skalować do bardzo dużych średnic (15 do 20 m)”, mówi Świat Fizyki. „Płynny trzpień do kształtowania powierzchni jest również znacznie tańszy niż konwencjonalne metody produkcji optyki. Komory próżniowe o wielkości potrzebnej do stworzenia tych luster już istnieją do innych celów, a wymagane procesy wzrostu można dostosować z dostępnych technologii”.

Konstrukcje nanocząstek na lustrze mogą pomóc w tworzeniu wyświetlaczy zmieniających kolor

Jednym z rodzajów obiektów astrofizycznych, które można obrazować i wyszukiwać za pomocą takich luster, są egzoplanety, mówi Rabien. „Wizja oglądania tych odległych układów planetarnych w wysokiej rozdzielczości i czułości, rozdzielenia pogody lub kontynentów, a nawet świateł na linii brzegowej wymagałaby umieszczenia na orbicie wielu dużych teleskopów z takimi lustrami. Urzeczywistnienie tego marzenia wymaga znacznego zmniejszenia masy powierzchniowej i kosztu zwierciadła głównego oraz sposobu spakowania ich do rakiety nośnej. Techniki opisane w naszej pracy mogą być drogą do takiej wizji”.

Badacze, którzy zgłaszają swoją pracę w: Zastosowana optyka, mówią, że chcieliby teraz wykorzystać swoją technikę do wykonania luster o wielkości kilku metrów. „Pozwoliłoby nam to lepiej zrozumieć funkcję powierzchni zwierciadeł oraz sposób wpływania na nią i kontrolowania jej, a także określić ilościowo wymagane parametry kontrolne na dużą skalę”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/membrane-mirrors-take-off-for-use-in-large-space-telescopes/