Гигантский Магелланов телескоп – один из важнейших научных проектов XXI века, по завершении которого учёные получат в своё распоряжение самый большой наземный телескоп в мире. При помощи устройства, в 10 раз более мощного, чем Хаббл, к концу 2020-х астрономы смогут гораздо более эффективно изучать космические тела, расположенные в миллионах световых лет от Земли, и исследовать свойства тёмной материи. В нашей статье мы расскажем Вам о сложном и продолжительном процессе изготовления оптической системы для Гигантского Магелланова телескопа.
Строительство самого большого в мире наземного телескопа началось в 2015 году. Гигантский Магелланов телескоп было решено установить в обсерватории Лас-Кампанас в чилийской пустыне Атакаме. Его фундамент и купол уже установлены на одном из песчаных холмов на высоте 2516 метров над уровнем моря. Самый важный элемент устройства – оптическая система, которая представляет собой огромное зеркало диаметром 24,5 метра, будет состоять из 7 первичных зеркал. Их изготовление началось ещё в 2005 году, а окончание производственных и конструкционных работ запланировано на 2028 год. Площадь отражающей поверхности Гигантского Магелланова телескопа составит 368 м2.
Первый этап
Каждое из 7 зеркал телескопа состоит из 10 тысяч блоков боросиликатного стекла марки E6 производства Ohara Corporation. Малый коэффициент температурного расширения делает этот материал весьма удобным как для бытовых, так и для научных нужд. Команда специалистов тщательно очищает и изучает каждый блок на предмет дефектов, прежде чем поместить их в шестиугольную форму, которая напоминает пчелиные соты. Работники вручную выкладывают каждый элемент, чтобы при плавлении блоков поверхность была максимально ровной. Только этот нехитрый процесс может занять целый день, так как общий вес одного зеркала превышает 18 тонн.
Время «приготовления»
Плавление боросиликатного стекла до консистенции жидкого мёда занимает от шести до десяти часов, однако подготовка к этому процессу занимает гораздо больше времени. Для достижения необходимой температуры – около 1165 °C – специальную двухэтажную печь нужно разогревать около недели. При этом печь потребляет количество электроэнергии, достаточное для питания 1500 домов. Сама она больше напоминает громадную карусель из парка аттракционов: для придания зеркалу вогнутой форму печь должна постоянно вращаться со скоростью до 5 оборотов в минуту. Более того, она продолжает вращение на протяжении трёх месяцев, в течение которых происходит закаливание зеркала. Кроме того, постоянное движение помогает добиться более однородной структуры диска.
Обрамление зеркал Гигантского Магелланова телескопа
По истечении нескольких месяцев зеркало полностью остывает. Тогда его аккуратно извлекают из формы при помощи временных креплений, которые устанавливают прямо на поверхность стекла. Толщина каждого отлитого стеклянного диска составляет почти 70 см. Техники тщательно полируют громоздкое зеркало с обеих сторон, а затем аккуратно переворачивают его. Следующим этапом является обрамление зеркал Гигантского Магелланова телескопа. На задней поверхности зеркал устанавливают 157 скоб, которые выполняют функцию распределителей нагрузки. Кроме того, именно за них отражатель будет крепиться к приводам основания телескопа.
Устойчивость к передам температур
Хотя верхняя поверхностью зеркала должна быть идеально гладкой, внизу 10 тысяч блоков боросиликатного стекла сливаются в 1681 шестиугольник благодаря матрице формы, в которой плавится и закаляется диск. Такая форма позволяет сохранить плотность и твёрдость стекла, но при этом готовое «сотообразное» зеркало получается на 80% легче, чем цельное зеркало с аналогичными габаритами. Самым важным достоинством этой формы является более быстрое охлаждение поверхности зеркала. В жаркий день над разогретыми поверхностями хорошо видно горячий воздух, который преломляет световые лучи – появление такого эффекта над зеркалами телескопа может значительно ухудшить его работоспособность. Благодаря более стремительному охлаждению зеркал телескопу не грозит искажение изображений.
Обработка
Зеркала Гигантского Магелланова телескопа подвергаются экстремальной обработке. Любой огрех и неровности на поверхности его лепестков ограничивают работоспособность всей оптической системы и могут привести к грубым ошибкам. Команда специалистов упорно стремится к тому, чтобы телескоп работал на пределах фундаментальной физики, потому шлифовка и полировка зеркал являются важнейшей составляющей процесса создания телескопа. Грубая обработка поверхностей сглаживает неровности до 20 микрон – около четверти толщины человеческого волоса, однако даже такие цифры в тысячу раз превышают цель учёных. Более тонкая полировка происходит в лаборатории MirrorLab. Там при помощи лазеров и интерферометров создаётся «рельефная» карта зеркала, которая учитывает даже субмикронные шероховатости. Затем полировальная машина сглаживает все неровности – этот процесс может продолжаться год и даже больше. В итоге на поверхности зеркала не остаётся дефектов размером более 20 нанометров. Завершающим этапом перед транспортировкой готового зеркала во временное хранилище является покрытие тончайшим слоем алюминия.
С начала работ лаборатория отлила пять из семи зеркал, которые в будущем станут глазами Гигантского Магелланова телескопа. Эксперты ожидают, что первые снимки удастся получить уже в 2025 году, когда своё место в конструкции телескопа займут четыре зеркала: одно центральное и три внеосевых. По окончании основных работ к 7 первичным зеркалам добавится ещё и вспомогательное. Гигантский Магелланов телескоп станет первым устройством в классе «экстремально больших телескопов».
