Afbeelding tegoed: Gemini
Voor beleggers die op zoek zijn naar het volgende zekere ding, lijkt de zilveren coating op de Gemini South 8-meter telescoopspiegel een geheime tip van een insider om voor een enorme winst in dit waardevolle metaal te investeren. Het blijkt echter dat deze immense spiegel minder dan twee ons (50 gram) zilver nodig had, lang niet genoeg om te registreren op de edelmetaalmarkten. Het echte rendement op de glanzende investering van Gemini is de manier waarop het ongekende gevoeligheid vanaf de grond biedt bij het bestuderen van warme objecten in de ruimte.
De nieuwe coating - de eerste in zijn soort die ooit het oppervlak van een zeer grote astronomische spiegel heeft bekleed - is een van de laatste stappen om Gemini tot de krachtigste infraroodtelescoop op onze planeet te maken. "Het lijdt geen twijfel dat de Gemini South-telescoop met deze coating gebieden van ster- en planeetvorming, zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels en andere objecten die tot nu toe aan andere telescopen zijn ontsnapt, kan verkennen", zei Charlie Telesco van de Universiteit van Florida die gespecialiseerd is in het bestuderen van ster- en planeetvormingsgebieden in het midden-infrarood.
Het bedekken van de Gemini-spiegel met zilver maakt gebruik van een proces dat is ontwikkeld gedurende meerdere jaren van testen en experimenteren om een coating te produceren die voldoet aan de strenge eisen van astronomisch onderzoek. Gemime's leidende optische ingenieur, Maxime Boccas, die toezicht hield op de ontwikkeling van spiegelcoating, zei: "Ik denk dat je zou kunnen zeggen dat we na jarenlang hard werken om de beste coating te identificeren en af te stemmen, onze zilveren voering hebben gevonden!"
De meeste astronomische spiegels zijn bedekt met aluminium door middel van een verdampingsproces en moeten elke 12-18 maanden opnieuw worden geverfd. Omdat de dubbele Gemini-spiegels zijn geoptimaliseerd voor het bekijken van objecten in zowel optische als infrarode golflengten, werd een andere coating gespecificeerd. De planning en implementatie van het zilvercoatingproces voor Gemini begon met het ontwerp van twee 9 meter brede coatingkamers in de observatoriumfaciliteiten in Chili en Hawaï. Elke coatingfabriek (oorspronkelijk gebouwd door de Royal Greenwich Observatory in het VK) bevat apparaten die magnetrons worden genoemd om een coating op de spiegel te “sputteren”. Het sputterproces is nodig bij het aanbrengen van meerlagige coatings op de Gemini-spiegels om de dikte van de verschillende materialen die op het spiegeloppervlak zijn aangebracht nauwkeurig te regelen. Een soortgelijk coatingproces wordt vaak gebruikt voor architecturaal glas om de kosten van airconditioning te verlagen en een esthetische reflectie en kleur op glas op gebouwen te produceren, maar dit is de eerste keer dat het op een grote astronomische telescoopspiegel is aangebracht.
De coating is opgebouwd uit een stapel van vier afzonderlijke lagen om ervoor te zorgen dat het zilver hecht aan de glazen voet van de spiegel en wordt beschermd tegen omgevingselementen en chemische reacties. Zoals iedereen met zilverwerk weet, vermindert aanslag op zilver de weerkaatsing van licht. De aantasting van een onbeschermde coating op een telescoopspiegel zou de prestaties sterk beïnvloeden. Tests uitgevoerd bij Gemini met tientallen kleine spiegelmonsters van de afgelopen jaren tonen aan dat de verzilverde coating die op de Gemini-spiegel is aangebracht, sterk reflecterend en bruikbaar moet blijven gedurende ten minste een jaar tussen het overschilderen.
Naast de grote primaire spiegel werden ook de secundaire spiegel van 1 meter van de telescoop en een derde spiegel die licht op wetenschappelijke instrumenten richt, gecoat met dezelfde beschermde zilveren coatings. De combinatie van deze drie spiegelcoatings en andere ontwerpoverwegingen zijn allemaal verantwoordelijk voor de dramatische toename van de gevoeligheid van Gemini voor thermische infraroodstraling.
Een belangrijke maatstaf voor de prestaties van een telescoop in het infrarood is de emissiviteit (hoeveel warmte hij daadwerkelijk uitstraalt in vergelijking met de totale hoeveelheid die hij theoretisch kan uitstoten) in het thermische of midden-infrarode deel van het spectrum. Deze emissies resulteren in een achtergrondgeluid waartegen astronomische bronnen moeten worden gemeten. Gemini heeft de laagste totale thermische emissiviteit van elke grote astronomische telescoop op de grond, met waarden onder 4% voordat het zijn zilveren coating ontving. Met deze nieuwe coating daalt het emissievermogen van Gemini South tot ongeveer 2%. Bij sommige golflengten heeft dit hetzelfde effect op de gevoeligheid als het vergroten van de diameter van de Gemini-telescoop van 8 naar meer dan 11 meter! Het resultaat is een aanzienlijke toename van de kwaliteit en hoeveelheid infraroodgegevens van Gemini, waarmee objecten kunnen worden gedetecteerd die anders verloren zouden gaan in het geluid dat wordt gegenereerd door de straling die door de telescoop wordt uitgestraald. Het is gebruikelijk onder andere telescopen op de grond om een emissiegraad van meer dan 10% te hebben
De overschilderprocedure werd met succes uitgevoerd op 31 mei en de nieuw gecoate Gemini South-spiegel is opnieuw geïnstalleerd en gekalibreerd in de telescoop. Ingenieurs testen momenteel de systemen voordat ze de telescoop weer volledig operationeel maken. De Gemini North-spiegel op Mauna Kea zal vóór het einde van dit jaar hetzelfde coatingproces ondergaan.
Waarom zilver?
De reden waarom astronomen zilver als het oppervlak van een telescoopspiegel willen gebruiken, ligt in het vermogen om sommige soorten infraroodstraling effectiever te weerkaatsen dan aluminium. Het is echter niet alleen de hoeveelheid infrarood licht die wordt gereflecteerd, maar ook de hoeveelheid straling die daadwerkelijk door de spiegel wordt uitgezonden (de thermische emissiviteit) die zilver zo aantrekkelijk maakt. Dit is een belangrijk probleem bij het observeren in het midden-infrarode (thermische) gebied van het spectrum, wat in wezen de studie is van warmte uit de ruimte. ? Het grote voordeel van zilver is dat het de totale warmteafgifte van de telescoop vermindert. Dit verhoogt op zijn beurt de gevoeligheid van de mid-infraroodinstrumenten op de telescoop en stelt ons in staat om warme objecten zoals sterren- en planetaire kraamkamers aanzienlijk beter te zien? zei Scott Fisher een mid-infrarood astronoom bij Gemini.
Het voordeel heeft echter een prijs. Om zilver te gebruiken, moet de coating in meerdere lagen worden aangebracht, elk met een zeer nauwkeurige en uniforme dikte. Om dit te doen, worden apparaten genaamd magnetrons gebruikt om de coating aan te brengen. Ze werken door een extreem zuivere metalen plaat (het doelwit genoemd) te omringen met een plasmawolk van gas (argon of stikstof) die atomen uit het doelwit klopt en deze uniform op de spiegel afzet (die langzaam onder de magnetron roteert). Elke laag is extreem dun; met de zilverlaag slechts ongeveer 0,1 micron dik of ongeveer 1/200 de dikte van een mensenhaar. De totale hoeveelheid op de spiegel afgezet zilver is ongeveer gelijk aan 50 gram.
Hitte bestuderen vanuit de ruimte
Enkele van de meest intrigerende objecten in het universum zenden straling uit in het infrarode deel van het spectrum. Vaak beschreven als "warmtestraling", is infrarood licht roder dan het rode licht dat we met onze ogen zien. Astronomen zijn op zoek naar bronnen die in deze golflengten uitstralen, aangezien het grootste deel van hun infraroodstraling door wolken van verduisterend gasstof kan gaan en geheimen kan onthullen die anders voor het oog verborgen zijn. Het infraroodgolflengteregime is opgesplitst in drie hoofdregio's, nabij-, midden- en ver-infrarood. Bijna-infrarood is net iets verder dan wat het menselijk oog kan zien (roder dan rood), midden-infrarood (vaak thermisch infrarood genoemd) vertegenwoordigt langere lichtgolflengten die gewoonlijk worden geassocieerd met warmtebronnen in de ruimte, en ver-infrarood vertegenwoordigt koelere gebieden.
Gemini's zilveren coating zal de belangrijkste verbeteringen in het thermische infrarode deel van het spectrum mogelijk maken. Studies in dit golflengtebereik omvatten ster- en planeetvormingsgebieden, met intensief onderzoek dat probeert te begrijpen hoe ons eigen zonnestelsel zo'n vijf miljard jaar geleden is ontstaan.
Oorspronkelijke bron: Gemini News Release
