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Um jogo

May 27, 2023

Por Optica 13 de maio de 2023

Os pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de fazer espelhos de telescópio que poderiam permitir que telescópios muito maiores e, portanto, mais sensíveis fossem colocados em órbita. Crédito: Sebastian Rabien, Instituto Max Planck de Física Extraterrestre

Os espelhos que são leves e flexíveis podem ser enrolados de forma compacta para o lançamento e, em seguida, remodelados com precisão depois de implantados.

Os cientistas desenvolveram um novo método para produzir e moldar espelhos grandes e de alta qualidade, significativamente mais finos do que os espelhos primários tradicionalmente empregados em telescópios espaciais. Esses espelhos resultantes possuem flexibilidade suficiente para serem enrolados e embalados de forma eficiente dentro de uma espaçonave durante o lançamento.

“Lançar e implantar telescópios espaciais é um procedimento complicado e caro”, disse Sebastian Rabien, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, na Alemanha. "Esta nova abordagem - que é muito diferente dos procedimentos típicos de produção e polimento de espelhos - pode ajudar a resolver problemas de peso e embalagem para espelhos de telescópios, permitindo que telescópios muito maiores e, portanto, mais sensíveis sejam colocados em órbita."

Os pesquisadores criaram os espelhos usando deposição química de vapor para criar espelhos de membrana em um líquido rotativo dentro de uma câmara de vácuo. Isso lhes permitiu formar uma fina membrana parabólica que pode ser usada como espelho primário de um telescópio, uma vez revestida com uma superfície refletora como o alumínio. Crédito: Sebastian Rabien, Instituto Max Planck de Física Extraterrestre

Na revista Applied Optics do Optica Publishing Group, Rabien relata a fabricação bem-sucedida de protótipos de espelhos de membrana parabólica de até 30 cm de diâmetro. Esses espelhos, que podem ser dimensionados para os tamanhos necessários em telescópios espaciais, foram criados usando deposição de vapor químico para criar espelhos de membrana em um líquido rotativo dentro de uma câmara de vácuo. Ele também desenvolveu um método que usa o calor para corrigir de forma adaptativa as imperfeições que podem ocorrer depois que o espelho é desdobrado.

"Embora este trabalho apenas demonstre a viabilidade dos métodos, ele estabelece as bases para sistemas de espelhos embaláveis ​​maiores e mais baratos", disse Rabien. “Ele poderia tornar realidade espelhos leves com 15 ou 20 metros de diâmetro, permitindo telescópios espaciais com ordens de magnitude mais sensíveis do que os atualmente implantados ou planejados”.

O novo método foi desenvolvido durante a pandemia do COVID-19, que Rabien diz ter dado a ele algum tempo extra para pensar e experimentar novos conceitos. “Em uma longa série de testes, pesquisamos muitos líquidos para descobrir sua usabilidade no processo, investigamos como o crescimento do polímero pode ser realizado de forma homogênea e trabalhamos para otimizar o processo”, disse ele.

Para a deposição química de vapor, um material precursor é evaporado e dividido termicamente em moléculas monoméricas. Essas moléculas se depositam nas superfícies em uma câmara de vácuo e depois se combinam para formar um polímero. Esse processo é comumente usado para aplicar revestimentos como os que tornam os eletrônicos impermeáveis, mas é a primeira vez que é usado para criar espelhos de membrana parabólica com as qualidades óticas necessárias para uso em telescópios.

Os espelhos de membrana feitos com a nova técnica são flexíveis o suficiente para serem enrolados. Isso pode ser útil para armazenar os espelhos dentro de um veículo de lançamento. Crédito: Sebastian Rabien, Instituto Max Planck de Física Extraterrestre

Para criar a forma precisa necessária para um espelho de telescópio, os pesquisadores adicionaram um recipiente rotativo cheio de uma pequena quantidade de líquido no interior da câmara de vácuo. O líquido forma uma forma parabólica perfeita na qual o polímero pode crescer, formando a base do espelho. Quando o polímero é espesso o suficiente, uma camada de metal reflexiva é aplicada na parte superior por meio de evaporação e o líquido é lavado.

“Sabe-se há muito tempo que os líquidos rotativos alinhados com o eixo gravitacional local irão naturalmente formar uma forma de superfície parabolóide”, disse Rabien. "Utilizando este fenômeno físico básico, depositamos um polímero nesta superfície óptica perfeita, que formou uma fina membrana parabólica que pode ser usada como o espelho primário de um telescópio, uma vez revestida com uma superfície refletora como o alumínio."