It first started with a nice movie, which was around 10 years old. Back then, the work on the mirrors for the Large Binocular Telescope (LBT) were in progress and the enclosure on the mountain was halfway finished.
The biggest mirrors they can fabricate have a diameter of 8.4m. That does not sound big to the laymen (a bus is twice as long), but if you consider that it is a circular shape and if you had the chance to stand right in front of such a monster (see my blog entry on the LBT), you will have a hard time not to be awestruck.
The process has been evolved here in Tucson and is called spin-casting. Depending on the size of the mirror to be cast, several dozen up to more than a thousand hexagonal cores are put in place with small gaps in between. Then the fluid glass (which actually is a low-expansion glass, not to be compared to your windows or windscreen) is poured over the structures. It slowly flows into the gaps between the cores and finally coveres all of those with a couple centimeters of glass. By spinning the whole chamber, a parabola evolves which helps to keep the future grinding efforts to a minimum. In the next few months, the chamber is cooled down slowly while still spinning around. It takes several months because you do not want to induce any stresses in the glass which would boost the risk of cracks in the structure. There are huge generators to always have the required power available (Dean told us, that especially in the summer monsoons power failures are quite frequent). If that wasn't the case, the shape would be destroyed and you have a huge glass structure costing millions of dollars but worth practically nothing.
Once this process is finished the hexagonal cores are washed out and the demanding grinding and polishing work can start. It takes a while to get the surface to the required accuracy, which is a couple tens on nanometers. Since I did a similar job in Switzerland, I have a slight idea, how much efforts that means. The biggest lenses I polished had around 15 cm in diameter - the mirrors here are more than 3000 times bigger in area.
You can only have deference to the engineers and the staff that enabled that technology in order to provide us with the largest and finest telescope mirrors mankind has seen so far.
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Die größten monolithischen Teleskopspiegel werden im Steward Observatory Spiegellabor (SOML), welches sich unter dem großen Stadium, in welchem die Arizona Wildcats ihre Gegner zerstören, befindet, gegossen, geschliffen und poliert. Dean Ketelsen, Freund und Technikexperte, war so höflich uns (eine Gruppe aus 6 Personen) eine spezielle VIP-Tour durch die Produktionshalle zu geben. Die Tour startete zunächst mit einem netten Film, der etwa 10 Jahre alt war. Damals waren die Arbeiten an den Spiegeln für das Large Binocular Telescope (LBT) im Gange und das Gebäude auf dem Berg war halb fertig.
Die größten Spiegel, die hier gefertigt werden können, haben einen Durchmesser von 8,4 m. Für den laien klingt das erstmal nicht besonders groß (ein Bus ist doppelt so lang), aber wenn man bedenkt, dass es sich um eine Kreisfläche handelt und wenn man die Möglichkeit hatte, direkt vor einem solchen Ungetüm zu stehen (siehe z.B. meinen Blogeintrag über das LBT), wird man es schwer haben, nicht vor Ehrfurcht zu erstarren.
Der Prozess, der "Spin-Casting" (zu deutsch etwa Drehguß) genannt wird, wurde hier in Tucson entwickelt. Abhängig von der Größe der zu gießenden Spiegel werden mehrere Dutzend bis über ein tausend sechseckige Kerne platziert, die kleine Lücken zueinander aufweisen. Das flüssige Glas (um genau zu sein eines mit einem sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, nicht vergleichbar mit dem Fensterglas oder der Windschutzscheibe) wird dann über die Struktur gegossen. Es fließt langsam zwischen die Kerne und bedeckt schließlich diese mit einigen Zentimetern Glas. Durch die Drehung der Kammer entwickelt sich eine Parabel die hilft, die spätere Schleifarbeit auf ein Minimum zu reduzieren. In den nächsten Monaten wird die Kammer langsam heruntergekühlt während sie sich weiterhin dreht. Das dauert mehrere Monate, da man keine Spannungen im Glas induzieren möchte, die das Risiko für Risse in derStruktur in sich birgen. Es gibt riesige Generatoren, damit man immer die notwendige Energie verfügbar hat (Dean erzählte uns, daß speziell während des Sommermonsuns Netzausfälle recht häufig sind). Wäre das nicht der Fall, dann würde die Form zerstört und man hätte eine enorme Glasstruktur die Millionen Dollar kostet aber praktisch wertlos ist.
Ist dieser Prozess beendet, werden die sechseckigen Kerne ausgeschwemmt und die anstrengende Schleif- und Polierarbeit kann beginnen. Es dauert seine Zeit, bis man die Oberflächen auf die geforderten Genauigkeiten von ein paar zehn Nanometern hinbekommt. Da ich eine ähnliche Tätigkeit in der Schweiz ausgeübt habe, habe ich eine ungefähre Ahnung, wie viel Aufwand das bedeutet. Die größten Linsen die ich poliert habe, hatten etwa 15cm Durchmesser - die Spiegel hier sind über 3000 mal größer in Fläche.
Man kann nur Hochachtung haben vor den Ingenieuren und den Mitarbeitern, die diese Technologie ermöglicht haben um uns mit den größten und besten Teleskopspiegeln auszustatten, die die Menschheit bis dato gesehen hat.
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Pictures from top to bottom:
(1) 8.4m LSST mirror
(2) Spin-casting chamber (outer diameter is approx. 11m)
(3) Hexagonal cores
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Bilder von oben nach unten:
(1) 8,4m LSST Spiegel
(2) Spin-casting Kammer (Außendurchmesser is etwa 11m)
(3) Sechseckige Kerne
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