探秘世界上最大的望远镜的内部

亚利桑那大学的科学家们需要一年时间来打磨每一个重达18吨的镜子。他们计划在2028年完成。

通过巨型麦哲伦望远镜观测的宇航员可能有一天会拍摄到系外行星,或者回溯时光,看到我们宇宙年轻时的样子。要比以往看得更远,就需要建造一个迄今为止最大的反射镜,它太大,无法送入轨道。这个在智利山顶上缓慢崛起的仪器将包含七个直径27.6英尺、像雏菊一样排列的镜子。它们正在亚利桑那大学的理查德·F·卡里斯镜子实验室铸造,每个镜子需要18吨玻璃和一年多的打磨时间才能获得其勺状的形状。当最后一个镜子安装完毕(目标是2028年),科学家们将以哈勃太空望远镜10倍的分辨率观测宇宙。

Borosilicate glass
第一步:进行玻璃质量检查。Spencer Lowell

耀眼

每块镜子都始于10,000块硼硅酸盐玻璃板——总计18吨。这种材料类似于你用来装剩菜的Pyrex玻璃。团队在将每一块拳头大小的玻璃块放入蜂窝状模具之前,都会对其进行清洁和缺陷检查。需要一天时间来放置这些玻璃块,以确保它们能够均匀地融化成形。当实验室的光线反射其上时,完成的图案创造出万花筒般的色彩。“这真是太棒了,”负责镜子制造的机械工程师杰夫·金斯利说。“我总会确保我能在场观看。”

Glass furnace
第二步:将所有玻璃融化。Spencer Lowell

烘烤时间

将所有玻璃融化至冷蜂蜜般的稠度需要六到十个小时,但将炉子预热到2129华氏度大约需要一周时间。这还需要足够1500户家庭使用的电力。这个两层楼高的机器直径相当于一个游乐场的旋转木马,其旋转速度比旋转木马略快,以便给镜子带来凹形。 (这种曲率在打磨过程中会得到进一步精炼。) 这台巨大的机器会继续旋转三个多月,让玻璃进行退火。到目前为止,该实验室已经为新望远镜铸造了五块镜子。

Framing the glass surface
第三步:确定形状并开始准备安装。Spencer Lowell

装框

玻璃冷却后,团队使用一个临时固定装置,通过超粘的粘合剂将其固定在表面,然后将玻璃板从炉子中取出。厚度为27.5英寸的圆盘,顶部和底部都要进行彻底的擦洗。然后,技术人员将笨重的玻璃块上下翻转,安装157个称为“载荷分配器”的支架,这些支架能尽可能均匀地分散镜子的重量。这些硬件(船员在这里(上图)准备安装),将成品固定在望远镜内的指定位置。

Load spreaders under the glass
第四步:添加散热设计。Spencer Lowell

防汗

虽然镜子的表面是光滑的,但底部有一个蜂窝状的1681个六边形空间,这里(对面)可以通过反射镜的顶部看到。这使得玻璃更坚硬,比同等大小的实心玻璃块轻80%。更重要的是,这种设计在夜晚时能更快地散热,最大限度地减少热畸变。想象一下,滚烫的空气在路面上闪烁,但却从你价值十亿美元的望远镜上散发出来,模糊了你的视野。结果图像在实际使用时将更清晰、更锐利。

finishing the glass surface
第五步:层叠上闪亮的顶层涂层。Spencer Lowell

顶层

成品玻璃直到团队成员在智利拉斯坎帕纳斯天文台的望远镜现场涂上一层薄如蝉翼的铝反射层后,才会真正闪耀。最后一步是在现场进行,以避免在运输过程中损坏表面。然而,在结构离开实验室之前,每个人都会花些时间庆祝又一个关键部件的完成。然后,继续制作下一块镜子。“你还有很多工作要做,”光学工程师巴迪·马丁说。已经铸造了五块,只剩两块了。


这个故事最初发表在《流行科学》的“在外面”一期中。

 

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