Технологии больших телескопических зеркал

Технологии больших телескопических зеркал охватывают изготовление, полировку и активную поддержку первичных зеркал, которые определяют апертуру телескопа, от монолитных тонких менисковых заготовок до мозаики из шестиугольных сегментов.

Definition

Технология больших телескопических зеркал — это совокупность материалов, методов производства, поддержки и контроля, используемых для создания и поддержания первичных зеркал диаметром в несколько метров и более, которые сохраняют оптическую форму с точностью до малой доли наблюдаемой длины волны.

Scope

Эта тема охватывает литье и формирование больших стеклокерамических заготовок, облегчение конструкции с помощью сотовой структуры и тонкого мениска, архитектуры сегментированных зеркал с краевыми датчиками и фазированием, активную оптику, которая поддерживает форму с помощью актуаторов, покрытия зеркал и метрологию, используемую для тестирования поверхностей с точностью до долей длины волны.

Core questions

• Как отливаются и формируются очень большие зеркальные заготовки с оптической точностью?
• Когда сегментированное зеркало предпочтительнее монолитного?
• Как поддерживается форма зеркала при воздействии гравитации, ветра и температуры?
• Как тестируются и покрываются поверхности зеркал?

Key theories

Активная оптика и контроль формы

Тонкие или сегментированные зеркала слишком гибки, чтобы пассивно сохранять свою форму, поэтому массив актуаторов постоянно корректирует низкопорядковые ошибки формы, используя обратную связь от датчиков волнового фронта.

Сегментация и фазирование

Разделение большой апертуры на шестиугольные сегменты облегчает изготовление и транспортировку, но сегменты должны быть выровнены и сфазированы с точностью до доли длины волны с помощью краевых датчиков, чтобы они действовали как единая оптическая поверхность.

Стратегии облегчения конструкции

Заготовки с сотовой структурой, тонким мениском и центробежным литьем из боросиликатного стекла уменьшают массу и тепловую инерцию, благодаря чему зеркала быстро достигают температуры окружающей среды и оказывают меньшую нагрузку на конструкцию.

Clinical relevance

Технология зеркал является основным ограничением апертуры телескопа и, следовательно, его чувствительности и разрешения; сегментация и активная оптика сделали возможными современные 8-10-метровые телескопы и играют центральную роль в создании чрезвычайно больших телескопов, находящихся в стадии строительства.

History

После того как 5-метровое зеркало Хейла достигло практического предела жестких стеклянных заготовок, телескопы Кек первыми применили сегментированный подход в 1990-х годах, в то время как Новый Технологический Телескоп Европейской Южной Обсерватории продемонстрировал активную оптику на тонком мениске. Центробежное литье сотовых боросиликатных заготовок и постоянно увеличивающиеся сегментированные массивы теперь определяют эту область.

Key figures

• Jerry Nelson
• Roger Angel
• Raymond Wilson

Seminal works

• bely2003
• wilson1999

Frequently asked questions

Почему самые большие телескопы строятся из сегментов зеркал, а не из одного большого зеркала?

Единое зеркало значительно больше восьми метров становится чрезвычайно тяжелым, его трудно отлить без дефектов и невозможно транспортировать. Разделение апертуры на множество идентичных шестиугольных сегментов, которые выравниваются и фазируются в единую поверхность, обходит эти ограничения, поэтому чрезвычайно большие телескопы используют сотни сегментов.

В чем разница между активной оптикой и адаптивной оптикой?

Активная оптика корректирует медленные, крупномасштабные деформации самого телескопа, такие как провисание под действием гравитации и температурные изменения, со скоростью секунд или медленнее. Адаптивная оптика корректирует быстрые искажения, вызванные атмосферой, сотни раз в секунду, используя отдельное небольшое деформируемое зеркало, расположенное ниже по оптическому пути.