Главная / Наука / Как собирают самое большое в мире зеркало для телескопа?

Как собирают самое большое в мире зеркало для телескопа?

Зеркальную кузницу в Университете Аризоны легко не заметить. Обладая внушительными размерами, Лаборатория зеркал Ричарда Кэриса находится в тени гигантского футбольного стадиона университета на 56 000 мест. Даже ее самая выдающаяся деталь — восьмиугольная бетонная вышка, 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 там встретит управляющий лабораторией Стюарт Вайнбергер и попросит вынуть 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, понадобилось 20 миллионов долларов и около шести лет. «Большинству людей в лаборатории даже не разрешают сюда заходить», говорит он. Это объясняет нервозность Вайнбергера — он привязал камеру экскурсанта к запястью.

Далее — от первого лица:

Стеклянный диск надо мной — одно из семи зеркал, которые в конечном итоге соберутся в Гигантский Магелланов Телескоп. Он заработает в полную силу в 2025 году в обсерватории Лас Кампанас в пустыне Атакама в Чили и станет крупнейшей оптической обсерваторией в мире. Его зеркала, каждое из которых весит 17 тонн, будут расположены в цветочно-лепестковой конфигурации с шестью асимметричными зеркалами, окружающими центральный симметричный сегмент.

Вид второго зеркального сегмента с вершины испытательной башни лаборатории зеркал

В совокупности они растянутся на 25 метров (что вдвое больше диаметра существующих оптических телескопов) и займут общую площадь в 1300 квадратных метров (примерная площадь двух теннисных кортов). Обладая разрешающей силой в 10 раз большей, чем у космического телескопа Хаббла, БМТ будет ловить и фокусировать фотоны галактик и черных дыр на задворках Вселенной, изучать формирование звезд и миров рядом с ними и искать следы жизни в атмосферах потенциально обитаемых планет.

Но прежде чем БМТ приступит к своей работе, ученым и инженерам из лаборатории зеркал нужно создать эти гигантские плиты из стекла. Сделать это, как и следовало ожидать, будет поистине монументальной задачей.

«Это одно из самых сложных зеркал, которые когда-либо делали. Они асферичные, очень большие и сверхточные», говорит помощник директора MirrorLab Джефф Кингсли. «Наша цель — делать по одному зеркалу каждые четыре года, от начала и до конца». На первое зеркало ушло около десяти лет. Второй сегмент — который так защищает Вайнбергер — начали делать в январе 2012 года и не закончат до 2019.

В настоящее время в MirrorLab находятся зеркала БМТ на разных этапах производства. Последнее начали делать буквально на прошлой неделе. Первый шаг — загрузить 20 тонн боросиликатного стекла E6 в огромную вращающуюся печь, вручную. Внутри печи 1700 шестиугольных столбов образуют форму сот, на постройку которых ушло около шести месяцев. В течение нескольких дней печь, разогретая до тысячи градусов по Цельсию, переворачивается пять раз в минуту. Стекло, теперь уже жидкое, стекает в соты, а силы вращения закругляют расплавленную жижу по краям, придавая зеркалу его вогнутую форму.

Чтобы печь вернулась к комнатной температуре, нужно три месяца. Только тогда сотрудники лаборатории убирают зеркало, ставят его при помощи подъемника и ввергают в ванну под высоким давлением. «Мы по сути обстреливаем ее пистолетом для мытья машин», говорит Кингсли. «Умный студентик из университета пришел и переделал его под очистку стекла».

Затем сотрудники лаборатории переворачивают зеркало сверху вниз на гигантскую парящую доску и перевозят в центральную камеру лаборатории, где находится две станции полирования зеркала. Они убирают полсантиметра стекла из задней части отливки. Как только она становится гладкой, сотрудники MirrorLab крепят к ней 165 распределителей нагрузки, которые затем будут крепиться к приводам уже в пустыне Атакама.

Затем сотрудники переворачивают зеркало лицом кверху, и начинается сложная работа.

Шесть внешних сегментов зеркала БМТ — лепестки на цветке, если угодно — имеют неправильную форму. Их контуры топографически идентичны чипсам Pringles, только более тонкие; кривые невозможно увидеть невооруженным глазом, но из-за них формирование зеркала становится болью пониже спины.

«Мы хотим, чтобы телескоп был ограничен фундаментальной физикой — длиной волны света и диаметром зеркала, а не неровностями на поверхности зеркала», говорит ученый-оптик Бадди Мартин, наблюдающий за шлифованием и полировкой. Под «неровностями» он имеет в виду дефекты больше 20 нанометров — размеры небольшого вируса. Но когда зеркало выходит из формы, его неровности могут достигать миллиметра или больше.

Несколько проходов грубой обработки могут сгладить эти неровности до 20 микрон — четверть ширины человеческого волоса. Но эти огрехи по-прежнему в 1000 раз больше, чем они должны быть.

Именно здесь в игру вступает башня MirrorLab. На ее вершине есть набор лазеров и интерферометров, которые ищут эти субмикронные шероховатости. Процесс измерения настолько чувствителен, что зеркало должно находиться на пневматической системе, отделяющей его от движения здания. «Вибрации поступают с футбольного стадиона, дорожного движения на прилегающих улицах, вертолетах на пути в больницу», говорит Мартин. «Вы их не почувствуете, но измерения очень чувствительные».

Датчики в испытательной башне создают контурную карту поверхности зеркала. Загрузите карту в полировальную машину, и она удалит все шероховатости зеркала. Но не все сразу. На протяжении более чем года зеркало будут двигать туда-сюда между башней и полировальными станциями, пока оно не станет гладким… «как стеклышко».

Только тогда зеркалу позволят покинуть лабораторию. Первый сегмент БМТ покинул объект в сентябре, чтобы освободить место для своих родных братьев и сестер. Сейчас он находится во временном хранилище недалеко от международного аэропорта Тусон, ожидая отгрузки в пустыню Атакама, где 100-нанометровое тонкое покрытие из алюминия завершит долгий переход от 20-тонной кучи стеклянных кусков в прочесывающую космос отражающую поверхность.

«Знаете, мы ведь даже зеркал тут не делаем», говорит Мартин. «Мы делаем большие куски стекла».

 

Источник

Загрузка...
   
        Загрузка...    
   

Посмотрите так же

Максимальная глубина погружения подводных лодок

Одна из важнейших характеристик подводной лодки – малозаметность, которая во многом зависит от глубины погружения. …