Jak zbierają największe na świecie lusterko do teleskopu?

Lustrzanki kuźnię na Uniwersytecie w Arizonie łatwo nie zauważyć. Dysponując dużymi rozmiarami, Pracownia luster Richarda Кэриса znajduje się w cieniu gigantycznego stadionu uniwersytetu na 56 000 miejsc. Nawet jej najbardziej wystająca część — ośmioboczna betonowa wieża, ozdobiona emblematem szkoły, wygląda jak element architektoniczny areny w sąsiedztwie. Jednak właśnie w tej wieży znajduje się najważniejszy sprzęt.

Wewnątrz laboratorium wąska fluorescencyjny zielony schody wznosi się na pięć pięter, aż do wejścia do wieży. Tam spotka się z kierownikiem laboratorium Stewart Weinberger i poprosi wyjąć wszystko z kieszeni.

"Okulary, klucze, długopisy. Wszystko, co może spaść i uszkodzić lusterko", mówi. Weinberger organizuje wycieczkę na podium w 25 metrów nad lustrem o średnicy 9 metrów. Aby to zrobić, lustro, zajęło 20 milionów dolarów i około sześciu lat. "Większość ludzi w laboratorium nawet nie wolno tam wchodzić", mówi. To wyjaśnia, nerwowość Вайнбергера — przywiązał aparat экскурсанта do nadgarstka. Dalej — od pierwszej osoby, korespondent Wired.

Widok drugiego lustra segmentu z góry testowej wieży laboratorium lusterek

Szklany dysk nade mną — jeden z siedmiu luster, które ostatecznie spotkają się w Gigantyczny Teleskop magellana są. On będzie w pełni sił w 2025 roku w obserwatorium Las Кампанас na pustyni Atacama w Chile i stać się największym optycznym obserwatorium na świecie. Jego luster, z których każde waży 17 ton, znajdują się w kwiatowo-listkowej konfiguracji z sześcioma asymetryczne lustrami, otaczającymi centralny, symetryczny segment. W całości są one rozciągają się na 25 metrów (dwa razy większa od średnicy istniejących teleskopów optycznych) i zajmą łączną powierzchnię 1300 metrów kwadratowych (przybliżona powierzchnia dwóch kortów tenisowych). Dzięki rozdzielczości siłą 10 razy większą, niż kosmicznego teleskopu Hubble ' a, БМТ będzie złapać i skupiać się fotony galaktyk i czarnych dziur na obrzeżach Wszechświata, studiować tworzenie się gwiazd i światów obok nich i szukać śladów życia w atmosferach potencjalnie zamieszkałych planet.

Ale zanim БМТ przystąpi do swojej pracy, naukowcy i inżynierowie z laboratorium lusterek trzeba stworzyć te gigantyczne płyty ze szkła. Aby to zrobić, jak można się spodziewać, będzie prawdziwie monumentalne zadanie.

"To jedno z najtrudniejszych lusterek, którzy kiedykolwiek robili. Oni асферичные, bardzo duże i niezwykle precyzyjny", mówi zastępca dyrektora MirrorLab Jeff Kingsley. "Nasz cel — robić pojedynczo lustra co cztery lata, od początku do końca". Na pierwsze lustro trwało około dziesięciu lat. Drugi segment — który chroni Weinberger — zaczął robić w styczniu 2012 roku i nie skończą do 2019.

Obecnie w MirrorLab znajdują się lustra БМТ na różnych etapach produkcji. Ostatnio zaczął robić dosłownie w zeszłym tygodniu. Pierwszy krok — załadować 20 ton szkła borokrzemianowego E6 w ogromną wirującą mikrofalowa, ręcznie. Wewnątrz pieca 1700 sześciokątnych słupów tworzą kształt plastra miodu, na budowę których trwało około sześciu miesięcy. W ciągu kilku dni mikrofalowa, rozgrzana do tysiąca stopni Celsjusza, odwraca się pięć razy na minutę. Szkło, teraz już płynny, spływa do miodu, a siły obrotowej zakończenie roztopionej błoto na krawędziach, nadając lustra go mają kształt wklęsły.

Aby mikrofalowa wróciła do temperatury pokojowej, trzeba trzy miesiące. Tylko wtedy pracownicy laboratorium czyste lustro, stawiają go za pomocą podnośnika i zanurzyć w wannie pod wysokim ciśnieniem. "Mamy w zasadzie обстреливаем jej pistolet do mycia maszyn", mówi Kingsley. "Inteligentny baru z uniwersytetu przyszedł i przerobił go pod czyszczenia szkła".

Następnie pracownicy laboratorium odwrócić lustro z góry na dół na ogromną strzelistego deskę i przewożą w komorze środkowej laboratorium, gdzie znajduje się dwie stacje polerowanie lustra. Sprzątają полсантиметра szyby z tyłu odlewy. Jak tylko staje się ona gładka, pracownicy MirrorLab przymocowany do niej 165 zaworów obciążenia, które następnie zostaną dołączone do członu już na pustyni Atacama.

Następnie pracownicy zmieniają lustro twarzą do góry i zaczyna się ciężka praca.

Sześć zewnętrznych segmentów lusterka БМТ — płatki kwiatka, jeśli chcesz — mają nieregularny kształt. Ich kontury topograficznie identyczne czipsy Pringles, tylko bardziej subtelne; krzywe nie można zobaczyć gołym okiem, ale ze względu na ich kształtowanie lusterka staje się bólem niżej pleców.

"chcemy, aby teleskop został ograniczony fundamentalnej fizyki — długość fali światła i średnicy lustra, a nie nierówności na powierzchni lustra", mówi naukowiec-optyk Buddy Martin, nadzorujący szlifowaniem i polerowaniem. Pod "nierównościami" ma na myśli wady więcej 20 nanometrów — wymiary małego wirusa. Ale kiedy lustro wychodzi z formy, nierówności mogą osiągnąć mm lub więcej.

W Kilku przejściach obróbki zgrubnej mogą wygładzić te nierówności do 20 mikronów — ćwierć szerokości ludzkiego włosa. Ale te błędy nadal 1000 razy więcej, niż muszą być.

To Właśnie tutaj w grę wchodzi wieża MirrorLab. Na jej szczycie jest zestaw laserów i interferometrów, którzy szukają te субмикронные chropowatości. Proces pomiaru jest tak czuły, że lustro powinno być na układzie pneumatycznym, oddzielającej go od ruchu budynku. "Wibracje pochodzą z piłkarskiego stadionu ruchu na przyległych ulicach, śmigłowcach w drodze do szpitala", mówi Martin. "Jeśli ich nie czuć, alepomiary są bardzo wrażliwe".

Czujniki w testach wieży tworzą mapę konturową powierzchni lustra. Pobierz mapę w полировальную samochód, a ona usunie wszystkie chropowatości lustra. Ale nie wszystko na raz. Od ponad roku lusterko będą poruszać tam i z powrotem między wieżą i super stacji, aż stanie się gładkie... "jak niemowlę".

Tylko wtedy lustra pozwolą opuścić laboratorium. Pierwszy segment БМТ opuścił obiekt we wrześniu, aby zrobić miejsce dla swoich braci i sióstr. Obecnie znajduje się on w tymczasowym magazynie w pobliżu międzynarodowego lotniska Tucson, czekając na przesyłkę w pustynię Atacama, gdzie 100-нанометровое cienka powłoka z aluminium zakończy długą przejście od 20-tonowy stos szklanych kawałków w прочесывающую kosmos innych, podobnych powierzchni.

"Wiesz, my przecież nawet lusterek tu nie robimy", mówi Martin. "Robimy duże kawałki szkła".