Um jogo

Por Optica13 de maio de 2023

Os pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de fazer espelhos de telescópios que poderia permitir que telescópios muito maiores e, portanto, mais sensíveis fossem colocados em órbita. Crédito: Sebastian Rabien, Instituto Max Planck de Física Extraterrestre

Espelhos que são leves e flexíveis podem ser enrolados de forma compacta para o lançamento e, em seguida, remodelados com precisão quando forem implantados.

Os cientistas desenvolveram um novo método para produzir e moldar espelhos grandes e de alta qualidade, significativamente mais finos do que os espelhos primários tradicionalmente empregados em telescópios espaciais. Esses espelhos resultantes possuem flexibilidade suficiente para serem enrolados e embalados de forma eficiente dentro de uma espaçonave durante o lançamento.

“Lançar e implantar telescópios espaciais é um procedimento complicado e caro”, disse Sebastian Rabien, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, na Alemanha. “Esta nova abordagem – que é muito diferente dos procedimentos típicos de produção e polimento de espelhos – poderia ajudar a resolver problemas de peso e embalagem para espelhos de telescópios, permitindo que telescópios muito maiores e, portanto, mais sensíveis, sejam colocados em órbita.”

Os pesquisadores criaram os espelhos usando deposição química de vapor para fazer crescer espelhos de membrana em um líquido rotativo dentro de uma câmara de vácuo. Isso permitiu que formassem uma fina membrana parabólica que pode ser usada como espelho primário de um telescópio, uma vez revestido com uma superfície refletora como o alumínio. Crédito: Sebastian Rabien, Instituto Max Planck de Física Extraterrestre

Na revista Applied Optics do Optica Publishing Group, Rabien relata a fabricação bem-sucedida de protótipos de espelhos de membrana parabólica de até 30 cm de diâmetro. Esses espelhos, que poderiam ser ampliados até os tamanhos necessários em telescópios espaciais, foram criados usando deposição química de vapor para fazer crescer espelhos de membrana em um líquido giratório dentro de uma câmara de vácuo. Ele também desenvolveu um método que usa calor para corrigir de forma adaptativa imperfeições que podem ocorrer após o desdobramento do espelho.

“Embora este trabalho apenas tenha demonstrado a viabilidade dos métodos, ele estabelece as bases para sistemas de espelhos compactados maiores e mais baratos”, disse Rabien. “Isso poderia tornar realidade espelhos leves com 15 ou 20 metros de diâmetro, permitindo telescópios espaciais que são ordens de magnitude mais sensíveis do que os atualmente implantados ou planejados.”

O novo método foi desenvolvido durante a pandemia de COVID-19, o que, segundo Rabien, lhe deu algum tempo extra para pensar e experimentar novos conceitos. “Em uma longa série de testes, pesquisamos diversos líquidos para saber sua usabilidade no processo, investigamos como o crescimento do polímero pode ser feito de maneira homogênea e trabalhamos para otimizar o processo”, disse.

Para a deposição química de vapor, um material precursor é evaporado e dividido termicamente em moléculas monoméricas. Essas moléculas se depositam nas superfícies de uma câmara de vácuo e depois se combinam para formar um polímero. Esse processo é comumente usado para aplicar revestimentos como os que tornam os eletrônicos resistentes à água, mas é a primeira vez que é usado para criar espelhos de membrana parabólica com as qualidades ópticas necessárias para uso em telescópios.

Os espelhos de membrana feitos com a nova técnica são flexíveis o suficiente para serem enrolados. Isso pode ser útil para armazenar os espelhos dentro de um veículo lançador. Crédito: Sebastian Rabien, Instituto Max Planck de Física Extraterrestre

Para criar a forma precisa necessária para um espelho telescópico, os pesquisadores adicionaram um recipiente giratório cheio de uma pequena quantidade de líquido no interior da câmara de vácuo. O líquido forma uma forma parabólica perfeita na qual o polímero pode crescer, formando a base do espelho. Quando o polímero é espesso o suficiente, uma camada metálica reflexiva é aplicada na parte superior por meio de evaporação e o líquido é removido.

“Sabe-se há muito tempo que líquidos em rotação alinhados com o eixo gravitacional local formarão naturalmente uma superfície parabolóide”, disse Rabien. “Utilizando este fenômeno físico básico, depositamos um polímero nesta superfície óptica perfeita, que formou uma fina membrana parabólica que pode ser usada como espelho primário de um telescópio, uma vez revestido com uma superfície refletora como o alumínio.”