韦伯望远镜的镜片有多光滑?

52赫兹科普 2024-06-16 07:45:50

这是造价100亿美金的韦伯望远镜,它的镜片有多光滑呢?

用光滑如镜都不足以说明, 因为这已经超越了日常生活中所见到的任何东西。

韦伯望远镜的主镜直径为6.5米,是由18块直径为1.32米的六边形子镜片组合而成。

每块子镜片的表面粗糙度都要求在20nm之内。

如果把韦伯望远镜的镜片放大到地球那么大,那它表面的起伏,也不过是几厘米高!

而且在进入太空后,每块镜片均能单独调整角度,最高调整精度甚至达到了10纳米。

为了打造出如此光滑的镜面,工程师也是费了不少心思。

首先,镜片材料使用的是高纯度金属铍。

这玩意,不仅比传统的镜面材料石英玻璃轻得多,而且热膨胀系数较低,能在极低温下保持稳定,不变形。

毕竟,韦伯在太空环境下的工作温度要低到零下233摄氏度。

接下来,是镜片制造最关键的步骤,精细化研磨和抛光。

使用人工研磨当然太慢了,而且效果也不好控制,当然要上计算机。

于是,工程师咔咔咔整来了8台研磨机,并让它们同时工作,原本4年才能搞定的活,现在几个月就行了。

当然了,机器只是一方面,关键还采用了几种新型的抛光方法,比如磁流变抛光、 射流抛光、以及离子束抛光等。

抛光研磨完成后,还会对镜片进行高精度检测,确保其表面误差在纳米级别以内。

由于铍本身没有反射性,因此虽然镜片打磨好了,却用不上,这时候还要涂上一层反射层。

你可能会想到镜子背面的水银,但韦伯望远镜涂上的是土豪金,对,就是这层土豪金,让它看起来全身尽带黄金甲。

因为黄金对红外光谱反射性极好,对高频的可见光反而反射差。

而韦伯主要是观测宇宙中早期星体产生的红外光谱。

再加上,金是惰性元素,长时间在太空里不会变色和失去光泽。

此时,我知道大家心里在想什么?

大家的生活都不容易,但不要铤而走险啊。

我可以把韦伯望远镜的坐标发给你们,它位于日地系统的第二拉格朗日点,距离地球大约150万公里,不认识路没关系啊,开导航就行了。

哦,记得带上机械臂,最好是7自由度,还可以剪翅膀的那种。

当你得手后,你就会发现,它真的只是镀金而已,厚度只有100纳米,把所有镜片上的金子加起来,也就50克。

而且,为了防止柔软的金层被划伤,工程师在金层外面又喷涂了一层极薄的二氧化硅。

看吧?我就劝你不要有这样的想法。

最后一个问题,光刻机的镜片和韦伯望远镜相比,哪个更光滑?

目前,最先进的光刻机镜片,平整度可以做到0.1nm左右,因为原子的大小就是这个级别,你没法把原子也撸平了。

而韦伯望远镜的镜片,它的表面粗糙度在20nm以内,看起来它们之间的差距都有2个数量级,但两者并没有可比性。

韦伯是工作在红外波段下,它的观测范围达到上百亿光年的尺度,而且镜片是裸露的,还会受到微流星撞击的影响。

而EUV光刻机工作在地表,由于极紫外光的波长本身就很短,因此光刻机镜片的光滑程度堪称恐怖。

不过,作为空间望远镜来说,韦伯完全算得上是人类的巅峰之作。

通过它,人类能探测到宇宙第一批恒星所发出的微弱红外光,窥探到宇宙的婴儿时代。

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52赫兹科普

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