Tecnología de espejos para grandes telescopios

La tecnología de espejos para grandes telescopios abarca la fabricación, el pulido y el soporte activo de los espejos primarios que determinan la apertura de un telescopio, desde discos monolíticos delgados tipo menisco hasta mosaicos de segmentos hexagonales.

Definition

La tecnología de espejos para grandes telescopios es el conjunto de materiales, métodos de fabricación, soporte y control utilizados para producir y mantener espejos primarios de varios metros o más de diámetro que conservan una figura óptica precisa hasta una pequeña fracción de la longitud de onda de observación.

Scope

Este tema cubre la fundición y el tallado de grandes discos de vitrocerámica, el aligeramiento de tipo panal y de menisco delgado, las arquitecturas de espejos segmentados con sensores de borde y fase, la óptica activa que mantiene la forma con actuadores, los recubrimientos de espejos y la metrología utilizada para probar las superficies con fracciones de una longitud de onda.

Core questions

• ¿Cómo se funden y tallan los discos de espejos muy grandes con tolerancias ópticas?
• ¿Cuándo es preferible un espejo segmentado a uno monolítico?
• ¿Cómo se mantiene la forma del espejo frente a la gravedad, el viento y la temperatura?
• ¿Cómo se prueban y recubren las superficies de los espejos?

Key theories

Óptica activa y control de la figura

Los espejos delgados o segmentados son demasiado flexibles para mantener su forma pasivamente, por lo que una serie de actuadores corrige continuamente los errores de figura de bajo orden utilizando la retroalimentación de la detección del frente de onda.

Segmentación y fase

Dividir una gran apertura en segmentos hexagonales facilita la fabricación y el transporte, pero los segmentos deben alinearse y ponerse en fase dentro de una fracción de una longitud de onda utilizando sensores de borde para que actúen como una sola superficie óptica.

Estrategias de aligeramiento

Los discos de borosilicato con respaldo de panal, de menisco delgado y fundidos por rotación reducen la masa y la inercia térmica, de modo que los espejos alcanzan rápidamente la temperatura ambiente e imponen cargas más ligeras a la estructura.

Clinical relevance

La tecnología de espejos es el principal límite en la apertura del telescopio y, por lo tanto, en la sensibilidad y la resolución; la segmentación y la óptica activa hicieron posibles los telescopios actuales de 8 a 10 metros y son fundamentales para los telescopios extremadamente grandes que se encuentran actualmente en construcción.

History

Después de que el espejo Hale de 5 metros alcanzara el límite práctico de los discos de vidrio rígidos, los telescopios Keck fueron pioneros en el enfoque segmentado en la década de 1990, mientras que el New Technology Telescope del Observatorio Europeo Austral demostró la óptica activa en un menisco delgado. La fundición por rotación de discos de borosilicato tipo panal y los conjuntos segmentados cada vez más grandes definen ahora el campo.

Key figures

• Jerry Nelson
• Roger Angel
• Raymond Wilson

Seminal works

• bely2003
• wilson1999

Frequently asked questions

¿Por qué los telescopios más grandes se construyen con segmentos de espejo en lugar de un solo espejo grande?

Un solo espejo mucho más grande que unos ocho metros se vuelve extremadamente pesado, difícil de fundir sin defectos e imposible de transportar. Dividir la apertura en muchos segmentos hexagonales idénticos que se alinean y ponen en fase en una sola superficie elude estos límites, razón por la cual los telescopios extremadamente grandes utilizan cientos de segmentos.

¿Cuál es la diferencia entre óptica activa y óptica adaptativa?

La óptica activa corrige las deformaciones lentas y a gran escala del propio telescopio, como la flexión gravitacional y el cambio térmico, a velocidades de segundos o más lentas. La óptica adaptativa corrige las distorsiones rápidas impuestas por la atmósfera, cientos de veces por segundo, utilizando un espejo deformable pequeño y separado aguas abajo.