超薄“镜面薄膜”可能为建造更大的太空望远镜铺平道路

这种轻质、柔韧的材料有一天可能会制造出比詹姆斯·韦伯太空望远镜更大的望远镜镜面。
Illustration of space telescope array using mirror membranes above Earth
有一天,装有“反射膜”的太空望远镜可能会在地球上空运行。 塞巴斯蒂安·拉比恩,马克斯·普朗克地外物理研究所

为了成功将有史以来最大的望远镜镜面送入太空,耗费了多年的设计和工程。如今,直径6.5米的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)标志性的镀金阵列绕太阳运行,距离地球 150万公里,并定期提供 令人惊叹 的、以前无法企及的宇宙景象。然而,尽管它的成果令人难以置信,但一项新的、有前途的“反射膜”突破已经取得进展,有一天可能会以新的方式向科学家展示宇宙。

根据德国 马克斯·普朗克地外物理研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics) 最近的一份声明,研究员塞巴斯蒂安·拉比恩(Sebastian Rabien)据称设计了一种更轻、更薄、更具成本效益的反射材料,该材料理论上能够制造出15-20米宽的望远镜镜面。该研究发表在期刊 《应用光学》(Applied Optics) 上,拉比恩首先在真空室中蒸发了一种目前未指定的液体,该液体会缓慢地沉积在内表面上,然后结合形成一种聚合物,最终构成镜面的基底。

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望远镜镜面需要抛物面形状才能将光线聚焦到一个点上。为了实现这一点,拉比恩和他的团队在真空室中放置了一个装有额外液体的旋转容器。新引入的液体形成了一个“完美的抛物面形状”,聚合物随后在其上生长,形成镜面的基底。正如 《Space.com》 指出的那样,“通过蒸发在顶部涂覆一层反射金属层,然后将液体冲洗掉。”

拉比恩在声明中解释说:“利用这种基本的物理现象,我们将聚合物沉积在这个完美的抛物面表面上,形成了一个薄的抛物面薄膜,一旦涂覆有铝等反射表面,就可以用作望远镜的主镜。”

在这个阶段,尽管研究中的材料可以轻松折叠或卷起以便运往太空,但要恢复那种完美的抛物面形状将“几乎不可能”。为了解决这个问题,研究人员开发了一种新的热方法,利用局部、由光引起的温度变化来实现自适应形状控制,从而使薄膜恢复到必要的光学形状。

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除了望远镜应用之外,新的反射膜还可以用于自适应光学系统。这些系统依靠可变形镜面来补偿入射光畸变。考虑到这种新材料极高的可塑性,可以通过静电驱动器以比现有方法更便宜的方式塑造镜面。

展望未来,拉比恩的团队希望进行进一步的实验,以提高薄膜的可塑性,并改善其能够处理的初始畸变量。他们还计划制造更大尺寸的最终产品——这个目标可能对于将这项新进展送入太空至关重要。

 

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