Как собирают самое большое в мире зеркало для телескопа?

Легко не заметить зеркальную кузницу в Университете Аризоны. Обладая впечатляющими размерами, лаборатория Richard Caris Mirror находится в тени гигантского футбольного стадиона в университете с 56 000 мест. Даже самая выдающаяся деталь - восьмиугольная бетонная башня, украшенная эмблемой школы, выглядит как архитектурная деталь арены по соседству. Однако именно в этой башне расположено самое важное оборудование.

Внутри лаборатории узкая люминесцентная зеленая лестница поднимается на пять этажей до входа в башню. Вас встретит там руководитель лаборатории Стюарт Вайнбергер и попросит вас вытащить все из карманов.

«Очки, ключи, ручки. Все, что может упасть и повредить зеркало», - говорит он. Вайнбергер проводит экскурсию на подиум в 25 метрах над зеркалом диаметром 9 метров. Чтобы сделать это зеркало, потребовалось 20 миллионов долларов и около шести лет. «Большинство людей в лаборатории даже не могут войти сюда», - говорит он. Это объясняет нервозность Вайнбергера - он связал камеру с экскурсией на запястье. Затем - от первого лица, корреспондента Wired.

Вид второго сегмента зеркала с верхней части испытательной башни зеркальной лаборатории

Стеклянный диск выше меня - одно из семи зеркал, которые в конечном итоге собираются в Гигантском Магеллановом Телескопе. Он будет работать в полную силу в 2025 году в Обсерватории Лас Кампанас в пустыне Атакама в Чили и станет крупнейшей оптической обсерваторией в мире. Его зеркала, каждый весом 17 тонн, будут расположены в цветочно-лепестковой конфигурации с шестью асимметричными зеркалами, окружающими центральный симметричный сегмент. В совокупности они будут растягиваться на 25 метров (что в два раза превышает диаметр существующих оптических телескопов) и будут занимать общую площадь 1300 квадратных метров (приблизительная площадь двух теннисных кортов). С разрешающей способностью, в 10 раз превышающей разрешающую способность космического телескопа Хаббла, BMT будет захватывать и фокусировать фотоны галактик и черных дыр на заднем дворе Вселенной, изучать образование звезд и миров рядом с ними и искать следы жизни в атмосферы потенциально населенных планет.

Но прежде чем BMT начнет свою работу, ученые и инженеры из лаборатории зеркала должны создать эти гигантские стеклянные пластины. Сделать это, как и следовало ожидать, станет поистине монументальной задачей.

«Это одно из самых сложных зеркал, которые когда-либо делались. Они асферичны, очень большие и очень точные, - говорит Джефф Кингсли, помощник директора MirrorLab. «Наша цель - делать одно зеркало каждые четыре года, от начала до конца». Первое зеркало заняло около десяти лет. Второй сегмент, который так сильно защищает Вайнбергер, был запущен в январе 2012 года и не будет завершен до 2019 года.

В настоящее время MirrorLab размещает зеркала BMT на разных этапах производства. Последние начали делать только на прошлой неделе. Первый шаг - загрузить 20 тонн боросиликатного стекла E6 в огромную вращающуюся печь вручную. Внутри печи 1700 гексагональных столбов образуют сотовую форму, которая занимала около шести месяцев. В течение нескольких дней печь, нагретая до тысячи градусов Цельсия, переворачивается пять раз в минуту. Стекло, теперь жидкое, стекает вниз в соты и силы вращения вокруг расплавленной суспензии вдоль краев, придавая зеркалу ее вогнутую форму.

Чтобы вернуть духовку к комнатной температуре, требуется три месяца. Только тогда лабораторные работники очищают зеркало, кладут его лифтом и окунают в ванну под высоким давлением. «Мы по существу стреляем в нее пистолетом для мытья автомобилей, - говорит Кингсли. «Умный студент из университета пришел и переделал его для очистки стекла».

Затем работники лаборатории поворачивают зеркало сверху вниз на гигантскую плавучую доску и переносят ее в центральную камеру лаборатории, где есть две полировальные станции для зеркала. Они удаляют половину сантиметра стекла со спины литья. Как только он станет гладким, сотрудники MirrorLab присоединяют к нему 165 дистрибьюторов нагрузки, которые затем будут прикрепляться к дискам уже в пустыне Атакама.

Затем штат поворачивает зеркало вверх дном, и начинается тяжелая работа.

Шесть внешних сегментов зеркала BMT - лепестки на цветке, если хотите - имеют неправильную форму. Их контуры топографически идентичны чипам Pringles, только тоньше; кривые не видны невооруженным глазом, но из-за них образование зеркала становится больнее, чем спина.

«Мы хотим, чтобы телескоп был ограничен фундаментальной физикой - длиной волны света и диаметром зеркала, а не неровностями на поверхности зеркала», - говорит оптик Бадди Мартин, который следит за шлифованием и полировкой. Под «неровностями» он подразумевает дефекты более 20 нанометров - размер небольшого вируса. Но когда зеркало выходит из строя, его неровности могут достигать миллиметра или более.

Несколько шероховатых обработок могут сгладить эти неровности до 20 микрон - четверть ширины человеческого волоса. Но эти недостатки по-прежнему в 1000 раз больше, чем они должны быть.

Именно здесь в игру входит башня MirrorLab. На вершине находится набор лазеров и интерферометров, которые ищут эти субмикронные неровности. Процесс измерения настолько чувствителен, что зеркало должно быть на пневматической системе, отделяющей его от движения здания. «Вибрации происходят от футбольного стадиона, движения на соседних улицах, вертолетов по дороге в больницу, - говорит Мартин. «Вы их не почувствуете, но измерения очень чувствительны».

Датчики в тестовой башне создают контурную карту поверхности зеркала. Загрузите карту в полировальную машину и удалите всю шероховатость зеркала. Но не все сразу. Уже более года зеркало будет перемещаться между башней и полировочными станциями, пока оно не станет гладким ... «как стакан».

Только тогда зеркало будет разрешено покинуть лабораторию. Первый сегмент BMT покинул сайт в сентябре, чтобы освободить место для своих братьев и сестер. Теперь он находится во временном хранилище недалеко от международного аэропорта Тусон, ожидая отправки в пустыню Атакама, где тонкое алюминиевое покрытие толщиной 100 нанометров завершит долгий переход от 20-тонной кучи стеклянных кусков к расчесывающей отражающей поверхности.

«Знаешь, мы здесь даже не делаем зеркала, - говорит Мартин. «Мы делаем большие кусочки стекла».

Вам нужна помощь квалифицированных специалистов.
Мы готовы помочь вам в реализации ваших идей. Вы можете рассчитывать на максимальный результат от вашего бюджета.

Оставить сообщение на странице

Перед тем как нажать кнопку "Добавить комментарий". Докажите что вы не "Робот", а действительно реальный человек! Нажмите на кнопку "Я не робот".