IMG49

6.3. Zwierciadła dużych teleskopów

Największy na świecie teleskop jest umieszczony na górze w pobliżu miejscowości Zie-lenczucka w górach Kaukazu. Jego zwierciadło ma średnicę 6 m (ok. 90 cm większą od największego teleskopu świata zachodniego na Mount Palomar). W celu zachowania odpowiedniej sztywności, zrobione ze szkła zwierciadło ma grubość ok. 1 m i waży 70 ton. Planuje się budowę większych teleskopów, ale ich koszt jest poważną przeszkodą".

Całkowity koszt dużego (5,5 m) teleskopu jest astronomiczny - ok. 100 min GBP lub 200 min USD. Koszt zwierciadła pochłania jedynie około 5%; resztę stanowi koszt mechanizmu podtrzymującego zwierciadło, poruszającego go i ustawiającego we właściwym położeniu podczas przeglądania nieba. Mechanizm ten musi być na tyle sztywny, aby można było ustawić teleskop względem układu detektorów z precyzją sięgającą długości fali świetlnej. Na pierwsi rzut oka wydaje się, że jeśli masę zwierciadła m zwiększy się dwukrotnie, to w celu zachowania naprężeń (a więc także odkształceń i przemieszczeń) na tym samym poziomie należałoby zwiększyć dwukrotnie przekroje konstrukcji podtrzymującej zwierciadło. Cięższa konstrukcja łatwiej będzie jednak odkształcać się pod wpływem własnego ciężaru. W praktyce konieczne jest zwiększenie przekrojów proporcjonalnie do kwadratu masy zwierciadła ni i w tym samym stopniu wzrasta koszt.

Do końca ubiegłego wieku zwierciadła wykonywano ze stopu speculum^}> o gęstości około 8 Mg/m³. Obecnie wykonuje się je ze szkła (gęstość 2,3 Mg/m³), srebrząc czołową powierzchnię, a więc nie korzystając z żadnych optycznych właściwości szkła. Szkło wybiera się jedynie ze względu na jego właściwości mechaniczne; 70 ton szkła jest tylko kosztownym oparciem dla warstewki srebra o grubości 100 run (ok. 30 g).

Jakie rozwiązania konstrukcyjne można by zasugerować, zrywając radykalnie z dotychczasową praktyką doboru materiału na zwierciadła, w celu zbudowania lżejszych i tańszych teleskopów?

RtSl

Model

Traktując rzecz najprościej, zwierciadło jest okrągłą tarczą o średnicy 2a i średniej grubości r, podpartą na obrzeżu ( rys. 6.3). W położeniu poziomym będzie się ono odkształcało pod wpływem własnej masy nr, w położeniu pionowym odkształcenie to będzie nieistotne. Odkształcenie zwierciadła (zmieniające jego ogniskową i wprowadzające aberracje optyczne) powinno być na tyle małe, aby nie zmieniało właściwości użytkowych teleskopu. W praktyce oznacza to, że odkształcenie S w środkowym punkcie zwierciadła nie może być większe niż długość fali świetlnej. Dodatkowymi wymaganiami są: duża stabilność wymiarowa (brak pełzania) i mała rozszerzalność cieplna.

110