Un gioco

Da Optica13 maggio 2023

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo modo per realizzare specchi per telescopi che potrebbero consentire di posizionare in orbita telescopi molto più grandi, e quindi più sensibili. Credito: Sebastian Rabien, Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre

Gli specchi, leggeri e flessibili, potrebbero essere arrotolati in modo compatto per il lancio e quindi rimodellati con precisione una volta posizionati.

Gli scienziati hanno sviluppato un nuovo metodo per produrre e modellare specchi grandi e di alta qualità, significativamente più sottili degli specchi primari tradizionalmente utilizzati nei telescopi spaziali. Gli specchi risultanti possiedono una flessibilità sufficiente per essere arrotolati e imballati in modo efficiente all'interno di un veicolo spaziale durante il lancio.

"Il lancio e l'impiego di telescopi spaziali è una procedura complicata e costosa", ha affermato Sebastian Rabien dell'Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre in Germania. “Questo nuovo approccio – che è molto diverso dalle tipiche procedure di produzione e lucidatura degli specchi – potrebbe aiutare a risolvere i problemi di peso e imballaggio per gli specchi dei telescopi, consentendo di mettere in orbita telescopi molto più grandi, e quindi più sensibili”.

I ricercatori hanno creato gli specchi utilizzando la deposizione chimica del vapore per far crescere gli specchi a membrana su un liquido rotante all’interno di una camera a vuoto. Ciò ha permesso loro di formare una sottile membrana parabolica che può essere utilizzata come specchio primario di un telescopio una volta rivestita con una superficie riflettente come l'alluminio. Credito: Sebastian Rabien, Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre

Nella rivista Applied Optics dell'Optica Publishing Group, Rabien riporta la riuscita fabbricazione di prototipi di specchi a membrana parabolica fino a 30 cm di diametro. Questi specchi, che potrebbero essere ingranditi fino alle dimensioni necessarie nei telescopi spaziali, sono stati creati utilizzando la deposizione chimica di vapore per far crescere specchi a membrana su un liquido rotante all'interno di una camera a vuoto. Ha anche sviluppato un metodo che utilizza il calore per correggere in modo adattivo le imperfezioni che potrebbero verificarsi dopo l'apertura dello specchio.

"Sebbene questo lavoro abbia solo dimostrato la fattibilità dei metodi, pone le basi per sistemi di specchi impacchettabili più grandi e meno costosi", ha affermato Rabien. "Potrebbe trasformare in realtà specchi leggeri di 15 o 20 metri di diametro, consentendo telescopi spaziali che sono ordini di grandezza più sensibili di quelli attualmente dispiegati o in fase di progettazione."

Il nuovo metodo è stato sviluppato durante la pandemia di COVID-19 e, secondo Rabien, gli ha dato un po’ di tempo in più per pensare e provare nuovi concetti. "In una lunga serie di test, abbiamo studiato molti liquidi per scoprirne l'utilizzabilità per il processo, abbiamo studiato come la crescita del polimero può essere effettuata in modo omogeneo e abbiamo lavorato per ottimizzare il processo", ha affermato.

Per la deposizione chimica in fase vapore, un materiale precursore viene evaporato e suddiviso termicamente in molecole monomeriche. Queste molecole si depositano sulle superfici in una camera a vuoto e poi si combinano per formare un polimero. Questo processo viene comunemente utilizzato per applicare rivestimenti come quelli che rendono i dispositivi elettronici resistenti all'acqua, ma questa è la prima volta che viene utilizzato per creare specchi parabolici a membrana con le qualità ottiche necessarie per l'uso nei telescopi.

Gli specchi a membrana realizzati con la nuova tecnica sono sufficientemente flessibili da poter essere arrotolati. Questo potrebbe essere utile per riporre gli specchi all'interno di un veicolo di lancio. Credito: Sebastian Rabien, Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre

Per creare la forma precisa necessaria per uno specchio del telescopio, i ricercatori hanno aggiunto un contenitore rotante riempito con una piccola quantità di liquido all'interno della camera a vuoto. Il liquido forma una forma parabolica perfetta sulla quale il polimero può crescere, formando la base dello specchio. Quando il polimero è sufficientemente spesso, sulla parte superiore viene applicato uno strato metallico riflettente tramite evaporazione e il liquido viene lavato via.

"È noto da tempo che i liquidi rotanti allineati con l'asse gravitazionale locale formeranno naturalmente una forma superficiale paraboloide", ha affermato Rabien. "Utilizzando questo fenomeno fisico di base, abbiamo depositato un polimero su questa superficie ottica perfetta, che ha formato una sottile membrana parabolica che può essere utilizzata come specchio primario di un telescopio una volta rivestita con una superficie riflettente come l'alluminio."