Инженерное чудо: отливка шестого зеркала для Гигантского Магелланова телескопа

Эти зеркала позволят астрономам заглянуть во Вселенную с большей детализацией, чем любой другой оптический телескоп. Шестое 8,4-метровое (27,5 фута) зеркало изготавливается в лаборатории зеркал Ричарда Ф. Кариса Университета Аризоны, и на его изготовление уйдет почти 4 года. Отливка зеркал считается чудом современной инженерии и обычно отмечается большим личным мероприятием с участием участников со всего мира. Из-за пандемии коронавируса работа над шестым зеркалом началась за закрытыми дверями, чтобы защитить здоровье команды из 10 человек в лаборатории.

«Самая важная часть телескопа - это собирающее свет зеркало», - сказал Джеймс Фэнсон, руководитель проекта Giant Magellan Telescope. «Чем больше зеркало, тем глубже мы можем заглянуть во Вселенную и тем больше деталей сможем наблюдать. Уникальная конструкция главного зеркала Гигантского Магелланова телескопа состоит из семи самых больших зеркал в мире. Отливка шестого зеркала - важный шаг к завершению. После запуска Гигантский Магелланов телескоп будет давать изображения в 10 раз четче, чем космический телескоп Хаббла. Открытия, которые сделают эти зеркала, изменят наше понимание Вселенной».

Процесс литья гигантского зеркала в лаборатории Ричарда Ф. Кариса в Аризоне включает плавление почти 20 тонн высокочистого боросиликатного стекла с низким коэффициентом расширения в единственной в мире печи, предназначенной для литья гигантских зеркала для телескопов. На пике процесса плавления печь вращается со скоростью 5 оборотов в минуту, нагревая стекло до 1165 градусов Цельсия (2129 F) в течение примерно 5 часов, пока оно не превратится в жидкость в форму. Событие пиковой температуры называется «сильным возгоранием» и произошло 6 марта 2021 года. Затем зеркало переходит в процесс отжига в течение одного месяца, при котором стекло охлаждается, а печь вращается с меньшей скоростью, чтобы снять внутренние напряжения и сделать стекло прочнее. Остынет до комнатной температуры оно через 1,5 месяца. Этот процесс "центробежного литья" придает зеркальной поверхности особую параболическую форму. После охлаждения зеркало будет полироваться в течение двух лет до достижения точности оптической поверхности менее одной тысячной ширины человеческого волоса.

«Я чрезвычайно горжусь тем, как работа зеркальной лаборатории адаптировалась к пандемии, что позволило нашим талантливым и преданным членам зеркальной лаборатории Ричарда Ф. Кариса безопасно продолжать производство зеркал для гигантского Магелланова телескопа», - сказал Буэлл Яннузи, директор обсерватории Стюарда и заведующий кафедрой астрономии Университета Аризоны.

Первые два гигантских зеркала завершены и хранятся в Тусоне, штат Аризона, шестое зеркало присоединится к трем другим, находящимся на разных этапах производства в зеркальной лаборатории. Полировка лицевой поверхности третьего зеркала достигла точности 70 нанометров, и прошло менее одного года с момента завершения. Четвертое зеркало завершило полировку задней поверхности, и уже прикреплены распределители нагрузки, чтобы можно было манипулировать зеркалом во время работы. Пятое зеркало было отлито в ноябре 2017 года, а седьмое зеркало будет отлито в 2023 году. Кроме того, планируется сделать восьмое запасное зеркало, которое можно будет заменить, когда какое-то из зеркал потребует обслуживания.

В конце 2020-х годов гигантские зеркала будут доставлены к будущему дому Гигантского Магелланова телескопа в чилийской пустыне Атакама в обсерватории Лас-Кампанас на высоте более 2500 метров над уровнем моря. Это место известно как одно из лучших астрономических мест на планете с чистым небом, низким уровнем светового загрязнения и стабильным воздушным потоком, обеспечивающим исключительно четкие изображения. Кроме того, расположение объекта в южном полушарии дает телескопу доступ к центру Млечного Пути, что представляет интерес по многим причинам, включая тот факт, что там располагается ближайшая сверхмассивная черная дыра, а также многие другие объекты.

Когда Гигантский Магелланов телескоп будет полностью готов к работе, его массив из 7 зеркал будет иметь общую светосилу 368 квадратных метров (3961 квадратный фут) - этого достаточно, чтобы увидеть выгравированный на монете факел с расстояния почти 160 километров (100 миль). Такая способность обзора в 10 раз больше, чем у знаменитого космического телескопа Хаббл, и в 4 раза больше, чем у долгожданного космического телескопа Джеймса Уэбба, запуск которого ожидается в конце 2021 года. Зеркала также являются важной частью оптической конструкции, которая позволяет Гигантскому Магеллановому телескопу иметь самое широкое поле зрения среди всех чрезвычайно больших телескопов (ELT) в 30-метровом классе. Уникальный оптический дизайн сделает Гигантский Телескоп Магеллана наиболее оптически эффективным ELT, когда дело доходит до использования каждого фотона света, собираемого зеркалами - требуется только два отражения, чтобы направить свет на широкоугольные приборы, и только три отражения, чтобы обеспечить свет для инструментов, которые используют малое поле зрения и максимально возможное пространственное разрешение.

«Эта беспрецедентная комбинация светосилы, эффективности и разрешения изображений позволит нам делать новые открытия во всех областях астрономии, особенно в областях, требующих высочайшего пространственного и спектрального разрешения, таких как поиск других планет», - сказала Ребекка Бернштейн, главный научный сотрудник Гигантского Магелланова телескопа. «У нас будут уникальные возможности для изучения планет с высоким разрешением, что является ключом к пониманию того, имеет ли планета каменистый состав, как Земля, содержит ли она жидкую воду и содержит ли ее атмосфера правильную комбинацию молекул, чтобы сигнализировать о присутствии жизни».