Tecnologia de Espelhos para Grandes Telescópios

A tecnologia de espelhos para grandes telescópios abrange a fabricação, o polimento e o suporte ativo dos espelhos primários que definem a abertura de um telescópio, desde placas monolíticas finas em forma de menisco até mosaicos de segmentos hexagonais.

Definition

A tecnologia de espelhos para grandes telescópios é o conjunto de materiais, métodos de fabricação, suporte e controle usados para produzir e manter espelhos primários com vários metros ou mais de diâmetro que possuem uma figura óptica precisa em uma pequena fração do comprimento de onda de observação.

Scope

Este tópico aborda a fundição e a conformação de grandes placas de vitrocerâmica, o alívio de peso em forma de favo de mel e menisco fino, arquiteturas de espelhos segmentados com sensores de borda e faseamento, ótica ativa que mantém a forma com atuadores, revestimentos de espelhos e a metrologia usada para testar superfícies com frações de um comprimento de onda.

Core questions

• Como as placas de espelho muito grandes são fundidas e conformadas para tolerâncias ópticas?
• Quando um espelho segmentado é preferível a um monolítico?
• Como a forma do espelho é mantida contra a gravidade, o vento e a temperatura?
• Como as superfícies dos espelhos são testadas e revestidas?

Key theories

Ótica ativa e controle de forma

Espelhos finos ou segmentados são muito flexíveis para manter sua forma passivamente, então uma matriz de atuadores corrige continuamente erros de forma de baixa ordem usando feedback da detecção de frente de onda.

Segmentação e faseamento

Dividir uma grande abertura em segmentos hexagonais facilita a fabricação e o transporte, mas os segmentos devem ser alinhados e faseados dentro de uma fração de um comprimento de onda usando sensores de borda para que atuem como uma única superfície óptica.

Estratégias de alívio de peso

Placas de borossilicato com fundo em favo de mel, menisco fino e fundidas por rotação reduzem a massa e a inércia térmica para que os espelhos atinjam a temperatura ambiente rapidamente e imponham cargas mais leves na estrutura.

Clinical relevance

A tecnologia de espelhos é o principal limite para a abertura do telescópio e, portanto, para a sensibilidade e resolução; a segmentação e a ótica ativa tornaram possíveis os telescópios atuais de 8 a 10 metros e são centrais para os telescópios extremamente grandes agora em construção.

History

Depois que o espelho Hale de 5 metros atingiu o limite prático das placas de vidro rígidas, os telescópios Keck foram pioneiros na abordagem segmentada na década de 1990, enquanto o New Technology Telescope do European Southern Observatory demonstrou ótica ativa em um menisco fino. A fundição por rotação de placas de borossilicato em forma de favo de mel e arranjos segmentados cada vez maiores agora definem o campo.

Key figures

• Jerry Nelson
• Roger Angel
• Raymond Wilson

Seminal works

• bely2003
• wilson1999

Frequently asked questions

Por que os maiores telescópios são construídos com segmentos de espelho em vez de um único espelho grande?

Um único espelho muito maior do que cerca de oito metros torna-se extremamente pesado, difícil de fundir sem falhas e impossível de transportar. Dividir a abertura em muitos segmentos hexagonais idênticos que são alinhados e faseados em uma única superfície contorna esses limites, razão pela qual telescópios extremamente grandes usam centenas de segmentos.

Qual é a diferença entre ótica ativa e ótica adaptativa?

A ótica ativa corrige deformações lentas e em grande escala do próprio telescópio, como a deflexão gravitacional e a mudança térmica, em taxas de segundos ou mais lentas. A ótica adaptativa corrige distorções rápidas impostas pela atmosfera, centenas de vezes por segundo, usando um pequeno espelho deformável separado a jusante.