Bildkredit: Tvillingarna
För investerare som letar efter nästa säkra sak kan silverbeläggningen på Gemini South 8-meter teleskopspegel verkar vara en insiders hemliga tips att investera i denna värdefulla metall för en enorm vinst. Det visar sig dock att denna enorma spegel krävde mindre än två gram (50 gram) silver, inte tillräckligt för att registrera sig på marknaden för ädelmetaller. Den verkliga avkastningen på Geminis glänsande investering är hur det ger en aldrig tidigare skådad känslighet från marken när man studerar varma föremål i rymden.
Den nya beläggningen - den första i sitt slag någonsin som linjer ytan på en mycket stor astronomisk spegel - är bland de sista stegen för att göra Gemini till det mest kraftfulla infraröda teleskopet på vår planet. "Det är ingen tvekan om att med denna beläggning kommer Gemini South-teleskopet att kunna utforska regioner av stjärn- och planetbildning, svarta hål i centrum av galaxer och andra föremål som har undvikit andra teleskoper tills nu," sade Charlie Telesco från University of Florida som specialiserat sig på att studera stjärn- och planetbildningsregioner i mitten av infraröd.
Täckning av Gemini-spegeln med silver använder en process som utvecklats under flera års testning och experiment för att producera en beläggning som uppfyller de stränga kraven i astronomisk forskning. Tvillingarnas ledande optiska ingenjör, Maxime Boccas som övervakade utvecklingen av spegelbeläggningen, sa, "Jag antar att du kan säga att efter flera år med hårt arbete för att identifiera och ställa in den bästa beläggningen, har vi hittat vårt silverfoder!"
De flesta astronomiska speglar är belagda med aluminium med hjälp av en förångningsprocess och kräver beläggning var 12-18 månad. Eftersom de två Tvillingarna-speglarna är optimerade för att titta på objekt i både optiska och infraröda våglängder specificerades en annan beläggning. Planering och implementering av silverbeläggningsprocessen för Gemini började med utformningen av två 9 meter breda beläggningskamrar belägna vid observationsanläggningarna i Chile och Hawaii. Varje beläggningsanläggning (som ursprungligen byggdes av Royal Greenwich Observatory i Storbritannien) innehåller enheter som kallas magnetroner för att ”sputtera” en beläggning i spegeln. Förstoftningsprocessen är nödvändig när du applicerar flerskiktsbeläggningar på Gemini-speglarna för att noggrant kontrollera tjockleken på de olika materialen som placeras på spegelns yta. En liknande beläggningsprocess används ofta för arkitektoniskt glas för att minska luftkonditioneringskostnaderna och ge en estetisk reflektion och färg på glas på byggnader, men det är första gången det appliceras på en stor astronomisk teleskopspegel.
Beläggningen är uppbyggd i en bunt med fyra enskilda lager för att säkerställa att silveret fäster vid spegelns glasbas och är skyddat från miljöelement och kemiska reaktioner. Som vem som helst med silverföremål vet, minskar silverplattan reflektionen av ljus. Nedbrytningen av en oskyddad beläggning på en teleskopspegel skulle ha en djup inverkan på dess prestanda. Tester gjorda på Gemini med dussintals små spegelprover under de senaste åren visar att den silverförsedda beläggningen som appliceras på Gemini-spegeln bör förbli mycket reflekterande och användbar i minst ett år mellan ombeläggningar.
Förutom den stora primära spegeln belades även teleskopets 1-meters sekundära spegel och en tredje spegel som leder ljus till vetenskapliga instrument med samma skyddade silverbeläggningar. Kombinationen av dessa tre spegelbeläggningar och andra designöverväganden är alla ansvariga för den dramatiska ökningen av Gemini's känslighet för termisk infraröd strålning.
Ett viktigt mått på ett teleskops prestanda i det infraröda är dess emissivitet (hur mycket värme det faktiskt avger jämfört med den totala mängden det teoretiskt kan släppa ut) i den termiska eller mitt-infraröda delen av spektrumet. Dessa utsläpp resulterar i ett bakgrundsljud mot vilket astronomiska källor måste mätas. Tvillingarna har den lägsta totala termiska emissiviteten för något stort astronomiskt teleskop på marken, med värden under 4% innan de får sin silverbeläggning. Med den nya beläggningen kommer Gemini Souths emissivitet att sjunka till cirka 2%. Vid vissa våglängder har detta samma effekt på känsligheten som att öka diametern på Gemini-teleskopet från 8 till mer än 11 meter! Resultatet är en betydande ökning av kvaliteten och mängden av Gemini's infraröda data, vilket möjliggör upptäckt av föremål som annars skulle gå förlorade i bruset som genereras av värme som strålar från teleskopet. Det är vanligt bland andra markbaserade teleskoper att ha utsläppsvärden över 10%
Återbeläggningsförfarandet utfördes framgångsrikt den 31 maj och den nybelagda Gemini South-spegeln har installerats och kalibrerats i teleskopet. Ingenjörer testar för närvarande systemen innan teleskopet återgår till full drift. Gemini North-spegeln på Mauna Kea kommer att genomgå samma beläggningsprocess före slutet av detta år.
Varför silver?
Anledningen till att astronomer vill använda silver eftersom ytan i en teleskopspegel ligger i dess förmåga att reflektera vissa typer av infraröd strålning mer effektivt än aluminium. Det är emellertid inte bara mängden infrarött ljus som reflekteras utan också mängden strålning som faktiskt avges från spegeln (dess termiska emissivitet) som gör silver så attraktivt. Detta är en viktig fråga när man observerar spektrumets mitt-infraröda (termiska) område, vilket i huvudsak är studien av värme från rymden. ? Den största fördelen med silver är att det minskar den totala termiska emissionen av teleskopet. Detta ökar i sin tur känsligheten för de mellersta infraröda instrumenten i teleskopet och gör att vi kan se varma föremål som stjärna och planetariska plantskolor betydligt bättre ,? sade Scott Fisher en mellersin-infraröd astronom på Gemini.
Fördelen kommer dock till ett pris. För att använda silver måste beläggningen appliceras i flera lager, var och en med en mycket exakt och enhetlig tjocklek. För att göra detta används enheter som kallas magnetroner för att applicera beläggningen. De arbetar genom att omge en extremt ren metallplatta (kallad målet) med ett plasmamoln av gas (argon eller kväve) som slår ut atomer från målet och avsätter dem enhetligt på spegeln (som roterar långsamt under magnetronen). Varje lager är extremt tunn; med silverskiktet endast cirka 0,1 mikron tjockt eller ungefär 1/200 tjockleken på ett mänskligt hår. Den totala mängden silver som placerats på spegeln är ungefär lika med 50 gram.
Studera värme från rymden
Några av de mest spännande föremålen i universum avger strålning i den infraröda delen av spektrumet. Ofta beskrivs som "värmestrålning", infrarött ljus är rödare än det röda ljuset vi ser med våra ögon. Källor som släpper ut i dessa våglängder är eftertraktade av astronomer eftersom de flesta av deras infraröda strålning kan passera genom moln av dolda gasdamm och avslöja hemligheter som annars är höljda från synen. Den infraröda våglängdsregimen är uppdelad i tre huvudregioner, nära, mitt och långt infrarött. Nära-infraröd är precis utöver vad det mänskliga ögat kan se (rödare än rött), mitt-infrarött (ofta kallat termisk infraröd) representerar längre våglängder av ljus som vanligtvis förknippas med värmekällor i rymden, och långt-infraröd representerar svalare regioner.
Gemini's silverbeläggning möjliggör de viktigaste förbättringarna i den termiska infraröda delen av spektrumet. Studier inom detta våglängdsområde inkluderar stjärna- och planetbildningsregioner, med intensiv forskning som försöker förstå hur vårt eget solsystem bildades för cirka fem miljarder år sedan.
Ursprungskälla: Gemini News Release
