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直径达8.4米的天文镜面 误差不足19纳米

关键词 抛光 , 磨制 , 镜面|2012-11-16 09:48:17|来源 新浪科技
摘要 据物理学家组织网站报道,来自美国亚利桑那大学和加州的科学家们已经于近日制作完成了目前世界上最具挑战性的超大型天文镜片。在过去的数年间,一群在亚利桑那大学斯图尔特天文台镜面实验室工作...

  据物理学家组织网站报道,来自美国亚利桑那大学和加州的科学家们已经于近日制作完成了目前世界上最具挑战性的超大型天文镜片。
  在过去的数年间,一群在亚利桑那大学斯图尔特天文台镜面实验室工作的光学家和工程师们一直在忙着磨制一面口径达8.4米的镜面,这一镜面非常特别,它的形状并不对称。用光学家们的话来说,磨制这面镜面的难度是磨制此前任何大型镜面难度的10倍。该镜面的精度误差低于19纳米——这是惊人的光洁度,如果将它放大到美国大陆那么大,那么整个面积区域内的最高峰海拔将只有不到1厘米高。
  这块镜面制作成功之后,该团队还将继续磨制6面相同的镜面,并最终将其拼接在一起,制成口径达到25米,有效集光面积达380平米的大麦哲伦望远镜(GMT)。大麦哲伦望远镜将引领下一代望远镜,用于研究围绕其它恒星运行的行星,以及早期宇宙中恒星、星系以及黑洞的形成机制。

  布鲁尔·詹努兹(Buell Jannuzi)是亚利桑那大学斯图尔特天文台主管,同时也是天文学教授。他表示:“制作大麦哲伦望远镜的第一块镜面,需要用到这所大学过去25年间在磨制大型镜面的经历中所积累下来的技术和经验,同时也采用了大量创新,突破原有光学磨制和测试技术的极限。
  这次的成功是一个里程碑,研制小组以此充分展示并证明了他们的设备和技术,确保接下来其它镜面的磨制工作能够高效推进。”
  这块镜面的磨制耗费了20吨玻璃,这些玻璃被置于一座旋转熔炉中熔化,然后流入蜂窝状模具内。等这些玻璃熔体冷却下来,科学家们便撤去模具,然后使用各种打磨工具进行抛光作业,并使用一系列高精度光学测试手段进行测试。
  镜面之所以需要磨制成不对称的形状,因为它最终是一个25米直径镜面的组成部分。这块大镜面将包括7片这样的镜面,每一个都有8.4米的直径。

第一块镜面铸型后取出,图为镜面背后的散热孔

镜面抛光过程,抛光头会随着镜面曲率的变化自动调整

  巴迪·马丁(Buddy Martin)是镜面实验室的抛光作业科学家,他说:“我们必须确保这块镜面的离轴形状,以及其它6块镜面可以完美地拼接在一起。其精度必须达到所观测光谱波长的1/20以下。只有这样,当全部7块镜面最终在智利被组装起来工作时,整体上的大型镜面才能获取精确的天体图像。我们现在已经证明了我们的磨制技术可以达到所要求的精度水平。”
  亚利桑那大学光学学院教授吉姆·布吉(Jim Burge)及其小组研发的光学测试技术,同样也是制作这些高精密镜面产品的关键所在。用于大麦哲伦望远镜的第2块镜面在今年1月已完成铸型,而第3块镜面也将于2013年8月份开始铸型。
  完成之后的大麦哲伦望远镜将被建造在南美洲智利境内的安第斯山脉之中,这里夜晚漆黑通透,远离任何光污染源。目前,在智利北部山区中的预定建造地点:卡耐基研究所下属的拉斯·查帕纳斯天文台(Las Campanas Observatory),推土机正忙着移除超过11万立方米的土石,以便为未来大麦哲伦望远镜及其附属支持设备的建造预留一个平台区域。
  温迪·弗里德曼(Wendy Freedman)是大麦哲伦望远镜理事会主席,她说:“亚利桑那大学镜面实验室取得的技术成果,以及来自美国和全世界其它国际合作伙伴方的协作努力让我们得以开启窥探宇宙的一扇新的窗口。令人振奋的新发现正在前方等待着我们。”
  根据计划,这台超级望远镜将于未来10年内开光观测。届时,它将邀请全世界的科研人员来此进行宇宙学、天体物理学以及行星科学方面的研究,帮助解答这些领域的基本问题。马修·克拉斯(Matthew Colless)是澳大利亚天文观测台的主管,他说:“大麦哲伦望远镜将有望改变我们看待宇宙,以及我们在宇宙中所处位置的看法。” 
 











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