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By Optica2023年5月13日

研究者らは、はるかに大型で感度の高い望遠鏡を軌道上に設置できるようにする望遠鏡ミラーの新しい製造方法を開発した。 クレジット: Sebastian Rabien、マックス プランク地球外物理学研究所

軽量かつ柔軟なミラーは、打ち上げ時にはコンパクトに丸めて、展開後に正確に形状を変えることができます。

科学者たちは、宇宙望遠鏡で従来使用されてきた主鏡よりも大幅に薄い、大型で高品質の鏡を製造および成形する新しい方法を開発しました。 これらの結果として得られるミラーは、打ち上げ時に宇宙船内に効率的に丸めて詰め込むのに十分な柔軟性を備えています。

「宇宙望遠鏡の打ち上げと展開は複雑で費用のかかる手順です」とドイツのマックス・プランク地球外物理研究所のセバスティアン・ラビアン氏は言う。 「この新しいアプローチは、一般的な鏡の製造や研磨の手順とは大きく異なりますが、望遠鏡の鏡の重量とパッケージングの問題を解決するのに役立ち、はるかに大型で感度の高い望遠鏡を軌道上に設置できるようになる可能性があります。」

研究者らは、真空チャンバー内の回転液体上で膜ミラーを成長させる化学気相成長法を利用してミラーを作成した。 これにより、アルミニウムなどの反射面でコーティングすると、望遠鏡の主鏡として使用できる放物線状の薄膜を形成することができました。 クレジット: Sebastian Rabien、マックス プランク地球外物理学研究所

Optica Publishing Group のジャーナル Applied Optics で、ラビアン氏は直径 30 cm までの放物面膜ミラーのプロトタイプの製造に成功したと報告しています。 これらのミラーは宇宙望遠鏡で必要なサイズまで拡大でき、真空チャンバー内の回転液体上で膜ミラーを成長させる化学気相成長法を使用して作成されました。 彼はまた、鏡を広げた後に発生する可能性のある欠陥を熱を使って適応的に修正する方法も開発しました。

「この研究は方法の実現可能性を実証しただけですが、より安価で大型の収納可能なミラー システムの基礎を築きました」とラビアン氏は述べています。 「これにより、直径15～20メートルの軽量ミラーが実現し、現在配備されている、または計画されているものよりも桁違いに感度の高い宇宙望遠鏡が可能になる可能性があります。」

この新しい手法は新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミック中に開発されたもので、そのおかげで新しいコンセプトを考え、試すための余分な時間が得られたとラビアン氏は言う。 「長い一連のテストで、私たちは多くの液体を研究してプロセスでの有用性を調べ、ポリマーの成長を均一に行う方法を調査し、プロセスの最適化に取り組みました」と彼は言いました。

化学蒸着では、前駆体材料が蒸発し、熱によってモノマー分子に分解されます。 これらの分子は真空チャンバー内の表面に堆積し、結合してポリマーを形成します。 このプロセスは、電子機器の耐水性などのコーティングを施すために一般的に使用されていますが、望遠鏡での使用に必要な光学的品質を備えた放物面膜ミラーの作成にこのプロセスが使用されたのはこれが初めてです。

新しい技術で作られたメンブレンミラーは、丸めることができる柔軟性を備えています。 これは、打ち上げロケット内にミラーを保管するのに役立つ可能性があります。 クレジット: Sebastian Rabien、マックス プランク地球外物理学研究所

望遠鏡のミラーに必要な正確な形状を作成するために、研究者らは真空チャンバーの内側に少量の液体で満たされた回転容器を追加しました。 液体は完全な放物線形状を形成し、その上でポリマーが成長し、ミラーのベースを形成します。 ポリマーが十分に厚い場合、蒸着によって反射金属層が上部に適用され、液体が洗い流されます。

「局所的な重力軸に沿って回転する液体が自然に放物面形状を形成することは長い間知られていました」とラビアン氏は述べています。 「この基本的な物理現象を利用して、この完璧な光学面上にポリマーを堆積させ、アルミニウムなどの反射面でコーティングすると望遠鏡の主鏡として使用できる放物線状の薄膜を形成しました。」