Bildnachweis: Gemini
Für Anleger, die nach der nächsten sicheren Sache suchen, scheint die Silberbeschichtung des 8-Meter-Teleskopspiegels Gemini South ein Geheimtipp für Insider zu sein, um mit großem Gewinn in dieses wertvolle Metall zu investieren. Es stellt sich jedoch heraus, dass für diesen riesigen Spiegel weniger als 50 Gramm Silber benötigt wurden, was bei weitem nicht ausreicht, um sich auf den Edelmetallmärkten zu registrieren. Die wirkliche Rendite von Geminis glänzender Investition ist die Art und Weise, wie sie beim Studium warmer Objekte im Weltraum eine beispiellose Empfindlichkeit vom Boden aus bietet.
Die neue Beschichtung - die erste ihrer Art, die jemals die Oberfläche eines sehr großen astronomischen Spiegels auskleidet - gehört zu den letzten Schritten, um Gemini zum leistungsstärksten Infrarot-Teleskop auf unserem Planeten zu machen. "Es steht außer Frage, dass das Gemini-Süd-Teleskop mit dieser Beschichtung Regionen der Stern- und Planetenbildung, Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien und andere Objekte erforschen kann, die sich bisher anderen Teleskopen entzogen haben", sagte Charlie Telesco vom Universität von Florida, die sich auf die Untersuchung von Stern- und Planetenbildungsregionen im mittleren Infrarot spezialisiert hat.
Das Bedecken des Gemini-Spiegels mit Silber verwendet ein Verfahren, das über mehrere Jahre von Tests und Experimenten entwickelt wurde, um eine Beschichtung herzustellen, die den strengen Anforderungen der astronomischen Forschung entspricht. Der führende optische Ingenieur von Gemini, Maxime Boccas, der die Entwicklung der Spiegelbeschichtung beaufsichtigte, sagte: "Ich denke, man kann sagen, dass wir nach mehreren Jahren harter Arbeit, um die beste Beschichtung zu identifizieren und abzustimmen, unseren Silberstreifen gefunden haben!"
Die meisten astronomischen Spiegel werden im Verdampfungsprozess mit Aluminium beschichtet und müssen alle 12 bis 18 Monate neu beschichtet werden. Da die beiden Gemini-Spiegel für die Betrachtung von Objekten sowohl in optischen als auch in infraroten Wellenlängen optimiert sind, wurde eine andere Beschichtung angegeben. Die Planung und Durchführung des Silberbeschichtungsprozesses für Gemini begann mit dem Entwurf von zwei 9 Meter breiten Beschichtungskammern in den Observatorien in Chile und Hawaii. Jede Beschichtungsanlage (ursprünglich vom Royal Greenwich Observatory in Großbritannien gebaut) enthält Vorrichtungen, die als Magnetrons bezeichnet werden, um eine Beschichtung auf dem Spiegel zu „sputtern“. Der Sputterprozess ist erforderlich, wenn mehrschichtige Beschichtungen auf die Gemini-Spiegel aufgebracht werden, um die Dicke der verschiedenen auf der Oberfläche des Spiegels abgelagerten Materialien genau zu steuern. Ein ähnliches Beschichtungsverfahren wird üblicherweise für Architekturglas verwendet, um die Kosten für die Klimatisierung zu senken und eine ästhetische Reflexion und Farbe des Glases auf Gebäuden zu erzeugen. Dies ist jedoch das erste Mal, dass es auf einen großen astronomischen Teleskopspiegel angewendet wird.
Die Beschichtung besteht aus vier einzelnen Schichten, um sicherzustellen, dass das Silber an der Glasbasis des Spiegels haftet und vor Umwelteinflüssen und chemischen Reaktionen geschützt ist. Wie jeder mit Besteck weiß, reduziert Anlaufen auf Silber die Lichtreflexion. Der Abbau einer ungeschützten Beschichtung auf einem Teleskopspiegel hätte einen tiefgreifenden Einfluss auf dessen Leistung. Tests, die in den letzten Jahren bei Gemini mit Dutzenden kleiner Spiegelproben durchgeführt wurden, zeigen, dass die versilberte Beschichtung des Gemini-Spiegels zwischen den Überlackierungen mindestens ein Jahr lang hochreflektierend und verwendbar bleiben sollte.
Neben dem großen Primärspiegel wurden auch der 1-Meter-Sekundärspiegel des Teleskops und ein dritter Spiegel, der Licht in wissenschaftliche Instrumente lenkt, mit denselben geschützten Silberbeschichtungen beschichtet. Die Kombination dieser drei Spiegelbeschichtungen sowie andere Designüberlegungen sind alle für den dramatischen Anstieg der Empfindlichkeit von Gemini gegenüber thermischer Infrarotstrahlung verantwortlich.
Ein Schlüsselmaß für die Leistung eines Teleskops im Infrarotbereich ist sein Emissionsgrad (wie viel Wärme es tatsächlich abgibt, verglichen mit der Gesamtmenge, die es theoretisch abgeben kann) im thermischen oder mittleren Infrarotbereich des Spektrums. Diese Emissionen führen zu Hintergrundgeräuschen, an denen astronomische Quellen gemessen werden müssen. Zwillinge haben das niedrigste thermische Gesamtemissionsvermögen aller großen astronomischen Teleskope am Boden, mit Werten unter 4% vor Erhalt der Silberbeschichtung. Mit dieser neuen Beschichtung sinkt der Emissionsgrad von Gemini South auf etwa 2%. Bei einigen Wellenlängen hat dies den gleichen Effekt auf die Empfindlichkeit wie das Erhöhen des Durchmessers des Gemini-Teleskops von 8 auf mehr als 11 Meter! Das Ergebnis ist eine signifikante Steigerung der Qualität und Menge der Infrarotdaten von Gemini, die die Erkennung von Objekten ermöglicht, die sonst durch das vom Teleskop abgestrahlte Rauschen verloren gehen würden. Bei anderen bodengestützten Teleskopen ist es üblich, Emissionswerte von mehr als 10% zu haben
Das Überlackierungsverfahren wurde am 31. Mai erfolgreich durchgeführt, und der neu beschichtete Gemini South-Spiegel wurde wieder im Teleskop installiert und kalibriert. Derzeit testen Ingenieure die Systeme, bevor sie das Teleskop wieder in Betrieb nehmen. Der Gemini North-Spiegel auf Mauna Kea wird vor Ende dieses Jahres dem gleichen Beschichtungsprozess unterzogen.
Warum Silber?
Der Grund, warum Astronomen Silber als Oberfläche eines Teleskopspiegels verwenden möchten, liegt in seiner Fähigkeit, einige Arten von Infrarotstrahlung effektiver als Aluminium zu reflektieren. Es ist jedoch nicht nur die Menge des reflektierten Infrarotlichts, sondern auch die Menge der tatsächlich vom Spiegel emittierten Strahlung (sein thermisches Emissionsvermögen), die Silber so attraktiv macht. Dies ist ein wichtiges Problem bei der Beobachtung im mittleren (infraroten) Bereich des Spektrums, bei dem es sich im Wesentlichen um die Untersuchung der Wärme aus dem Weltraum handelt. Der Hauptvorteil von Silber besteht darin, dass es die gesamte Wärmeabgabe des Teleskops reduziert. Dies wiederum erhöht die Empfindlichkeit der Instrumente im mittleren Infrarotbereich am Teleskop und ermöglicht es uns, warme Objekte wie Stern- und Planetenkindergärten deutlich besser zu sehen. sagte Scott Fisher, ein Astronom im mittleren Infrarot bei Gemini.
Der Vorteil hat jedoch seinen Preis. Um Silber verwenden zu können, muss die Beschichtung in mehreren Schichten mit jeweils sehr präziser und gleichmäßiger Dicke aufgetragen werden. Zu diesem Zweck werden zum Aufbringen der Beschichtung als Magnetrons bezeichnete Vorrichtungen verwendet. Sie arbeiten, indem sie eine extrem reine Metallplatte (als Ziel bezeichnet) mit einer Plasmawolke aus Gas (Argon oder Stickstoff) umgeben, die Atome aus dem Ziel ausstößt und sie gleichmäßig auf dem Spiegel ablagert (der sich langsam unter dem Magnetron dreht). Jede Schicht ist extrem dünn; mit der Silberschicht nur etwa 0,1 Mikrometer dick oder etwa 1/200 der Dicke eines menschlichen Haares. Die Gesamtmenge an Silber, die auf dem Spiegel abgelagert ist, entspricht ungefähr 50 Gramm.
Untersuchung der aus dem Weltraum stammenden Wärme
Einige der faszinierendsten Objekte im Universum emittieren Strahlung im infraroten Teil des Spektrums. Infrarotlicht wird oft als „Wärmestrahlung“ bezeichnet und ist roter als das rote Licht, das wir mit unseren Augen sehen. Quellen, die in diesen Wellenlängen emittieren, werden von Astronomen gesucht, da der größte Teil ihrer Infrarotstrahlung durch Wolken aus undurchsichtigem Gasstaub hindurchtreten und Geheimnisse preisgeben kann, die sonst nicht sichtbar sind. Das Infrarotwellenlängenregime ist in drei Hauptbereiche unterteilt: nahes, mittleres und fernes Infrarot. Das nahe Infrarot liegt knapp über dem, was das menschliche Auge sehen kann (roter als rot), das mittlere Infrarot (oft als thermisches Infrarot bezeichnet) repräsentiert längere Lichtwellenlängen, die normalerweise mit Wärmequellen im Weltraum verbunden sind, und das ferne Infrarot repräsentiert kühlere Regionen.
Die Silberbeschichtung von Gemini ermöglicht die bedeutendsten Verbesserungen im thermischen Infrarotbereich des Spektrums. Studien in diesem Wellenlängenbereich umfassen Stern- und Planetenbildungsregionen mit intensiven Forschungen, die verstehen wollen, wie sich unser eigenes Sonnensystem vor etwa fünf Milliarden Jahren gebildet hat.
Originalquelle: Gemini-Pressemitteilung
