Billedkredit: Gemini
For investorer, der er på udkig efter den næste sikre ting, kan sølvbelægningen på Gemini South 8 meter teleskopspejl muligvis virke som en insiders hemmelige tip til at investere i dette værdifulde metal til en enorm fortjeneste. Det viser sig imidlertid, at dette enorme spejl krævede mindre end to ounces (50 gram) sølv, ikke næsten nok til at registrere på ædelmetalmarkederne. Det reelle afkast på Gemini's skinnende investering er den måde, den giver en hidtil uset følsomhed fra jorden, når man studerer varme genstande i rummet.
Den nye belægning - den første af sin art nogensinde, der linjer overfladen på et meget stort astronomisk spejl - er blandt de sidste trin i at gøre Gemini til det mest kraftfulde infrarøde teleskop på vores planet. ”Der er ingen tvivl om, at Gemini South-teleskopet med denne belægning vil være i stand til at udforske regioner med stjerne- og planetdannelse, sorte huller i centrum af galakser og andre objekter, der har undgået andre teleskoper indtil nu,” sagde Charlie Telesco fra University of Florida, der har specialiseret sig i at studere stjerne- og planetdannelsesregioner i midten af infrarød.
Ved at dække Gemini-spejlet med sølv anvendes en proces, der er udviklet gennem flere års test og eksperimentering til at fremstille en belægning, der opfylder de strenge krav til astronomisk forskning. Gemini's førende optiske ingeniør, Maxime Boccas, der overvågede spejlbelægningsudviklingen, sagde: "Jeg gætte, du kunne sige, at efter flere års hårdt arbejde for at identificere og indstille den bedste coating, har vi fundet vores sølvfor!"
De fleste astronomiske spejle er belagt med aluminium ved hjælp af en fordampningsproces og kræver genbelægning hver 12-18 måned. Da de dobbelte Gemini-spejle er optimeret til at se objekter i både optiske og infrarøde bølgelængder, blev en anden belægning specificeret. Planlægning og implementering af sølvbelægningsprocessen for Gemini begyndte med design af to 9 meter brede belægningskamre placeret ved observatoriets faciliteter i Chile og Hawaii. Hver belægningsanlæg (oprindeligt bygget af Royal Greenwich Observatory i Storbritannien) indeholder enheder kaldet magnetroner for at "sputtere" en belægning på spejlet. Sputteringsprocessen er nødvendig, når du påfører flerlagsbelægninger på Gemini-spejle for at nøjagtigt kontrollere tykkelsen af de forskellige materialer, der er afsat på spejlets overflade. En lignende coatingproces bruges ofte til arkitektonisk glas for at reducere klimaanlæg og producere en æstetisk refleksion og farve på glas på bygninger, men dette er første gang, det anvendes til et stort astronomisk teleskopspejl.
Belægningen er opbygget i en stak med fire individuelle lag for at sikre, at sølvet klæber til spejlets glasbund og er beskyttet mod miljøelementer og kemiske reaktioner. Som enhver med sølvtøj ved, reducerer søl på sølv refleksionen af lys. Nedbrydningen af en ubeskyttet belægning på et teleskop spejl ville have en dyb indvirkning på dens ydeevne. Tests udført ved Gemini med snesevis af små spejleprøver i de seneste par år viser, at den sølvfarvede belægning, der påføres Gemini-spejlet, skal forblive meget reflekterende og anvendelig i mindst et år mellem genbelægninger.
Ud over det store primære spejl blev også teleskopets sekundære spejl på 1 meter og et tredje spejl, der leder lys ind i videnskabelige instrumenter, belagt ved hjælp af de samme beskyttede sølvbelægninger. Kombinationen af disse tre spejlbelægninger samt andre designovervejelser er alle ansvarlige for den dramatiske stigning i Gemini's følsomhed over for termisk infrarød stråling.
Et vigtigt mål for et teleskops ydeevne i den infrarøde er dens emission (hvor meget varme det faktisk udsender sammenlignet med den samlede mængde, det teoretisk kan udsende) i den termiske eller midtinfrarøde del af spektret. Disse emissioner resulterer i en baggrundsstøj, som astronomiske kilder skal måles mod. Tvillingene har den laveste samlede termiske udsendelse af et stort astronomisk teleskop på jorden, med værdier under 4% inden modtagelse af dets sølvbelægning. Med denne nye belægning falder Gemini Syds emission til ca. 2%. På nogle bølgelængder har dette den samme effekt på følsomheden som at øge diameteren af Gemini-teleskopet fra 8 til mere end 11 meter! Resultatet er en betydelig stigning i kvaliteten og mængden af Gemini's infrarøde data, som tillader detektion af objekter, der ellers ville gå tabt i støjen, der genereres ved varme, der stråler fra teleskopet. Det er almindeligt blandt andre jordbaserede teleskoper at have emissivitetsværdier på over 10%
Genbelægningsproceduren blev udført med succes den 31. maj, og det nyovertrukne Gemini South-spejl er blevet geninstalleret og kalibreret i teleskopet. Ingeniører tester i øjeblikket systemerne, før teleskopet returneres til fulde operationer. Gemini North-spejlet på Mauna Kea gennemgår den samme belægningsproces inden udgangen af dette år.
Hvorfor sølv?
Årsagen til at astronomer ønsker at bruge sølv som overfladen på et teleskop spejl ligger i dets evne til at reflektere nogle typer af infrarød stråling mere effektivt end aluminium. Imidlertid er det ikke kun mængden af infrarødt lys, der reflekteres, men også mængden af stråling, der faktisk udsendes fra spejlet (dets termiske emissivitet), der gør sølv så attraktivt. Dette er et væsentligt spørgsmål, når man observerer spektrumets midtinfrarøde (termiske) region, som i det væsentlige er studiet af varme fra rummet. ? Den største fordel ved sølv er, at det reducerer den samlede termiske emission af teleskopet. Dette øger igen følsomheden for de midtinfrarøde instrumenter på teleskopet og gør det muligt for os at se varme genstande som stjernernes og planetariske planteskoler markant bedre ,? sagde Scott Fisher en melleminfrarød astronom hos Gemini.
Fordelen kommer dog til en pris. For at bruge sølv skal belægningen påføres i flere lag, hver med en meget præcis og ensartet tykkelse. For at gøre dette bruges enheder kaldet magnetroner til at påføre belægningen. De arbejder ved at omgiver en ekstremt ren metalplade (kaldet målet) med en plasmasky af gas (argon eller nitrogen), der banker atomer ud fra målet og aflejrer dem ensartet på spejlet (som roterer langsomt under magnetronen). Hvert lag er ekstremt tynd; med sølvlaget kun ca. 0,1 mikron tykt eller ca. 1/200 tykkelsen af et menneskehår. Den samlede mængde sølv, der er anbragt på spejlet, er omtrent lig med 50 gram.
Studerer varme stammer fra rummet
Nogle af de mest spændende objekter i universet udsender stråling i den infrarøde del af spektret. Ofte beskrevet som "varmestråling" er infrarødt lys rødere end det røde lys, vi ser med vores øjne. Kilder, der udsender i disse bølgelængder, er efterspurgt af astronomer, da det meste af deres infrarøde stråling kan passere gennem skyer af skjult gasstøv og afsløre hemmeligheder, der ellers er indhyllet fra synet. Den infrarøde bølgelængdeordning er opdelt i tre hovedregioner, nær-, midt- og fjerninfrarød. Næsten-infrarød er lige ud over, hvad det menneskelige øje kan se (rødere end rødt), melleminfrarød (ofte kaldet termisk infrarød) repræsenterer længere bølgelængder af lys, der normalt er forbundet med varmekilder i rummet, og langt-infrarød repræsenterer køligere regioner.
Gemini's sølvbelægning muliggør de mest markante forbedringer i den termiske infrarøde del af spektret. Undersøgelser inden for dette bølgelængdeområde inkluderer stjerne- og planetdannelsesregioner med intens forskning, der søger at forstå, hvordan vores eget solsystem blev dannet for omkring fem milliarder år siden.
Originalkilde: Gemini News Release
