巨型麦哲伦望远镜的第6面镜子铸造完成,还差最后一步

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预计到2029年,位于智利北部的巨型麦哲伦望远镜(GMT)将开始收集来自宇宙的第一束光线。作为被称为“超大望远镜”(ELTs)的新一代望远镜的一部分,GMT将结合复杂主镜、柔性副镜、自适应光学(AOs)和光谱仪的能力,比以往任何光学望远镜看得都更远、更详细。

GMT望远镜的中心是7个单片镜,每个镜片的直径为8.4米(27.6英尺),这将使它拥有24.5米(80.4英尺)主镜的分辨率。根据GMT组织(GMTO)最近的声明,亚利桑那大学的Richard F. Caris镜子实验室开始为望远镜的主镜铸造第六段和第七段(将需要四年时间完成)。

组成GMT望远镜的七个反射镜片是世界上最大的硬质整体镜。在它们的最终配置中,六个离轴段将围绕一个中心轴段,从而使其成为一面主要的反射镜,该反射镜能够从368平方米(约1200平方英尺)的表面积上收集光。 它还具有比哈勃太空望远镜(HST)高10倍的分辨率。

正如GMT项目经理詹姆斯·范森(James Fanson)在GMTO的新闻稿中所说:

镜片的铸造过程是在Richard F. Caris镜子实验室进行的,该实验室由亚利桑那州图森的亚利桑那大学监督。它开始于近17.5吨(38490磅)的高纯度硼硅酸盐玻璃(又名:E6玻璃),然后由世界上唯一的旋转炉熔化。这种“旋转浇铸”的过程会加热玻璃,直到它液化,最终这些部分会形成特殊的抛物线形状。

在最高温度(被称为“高火”)时,熔炉以每分钟5转的速度旋转,将玻璃加热到1165°C(2129°F),持续大约5个小时。到2021年3月6日,第六个和第七个镜段将达到“高火”。然后,它们将经历长达一个月的“退火”过程,在这个过程中,旋转炉放慢速度,以消除玻璃上的内部应力。

这将使镜子在冷却时变硬,在达到室温之前还会持续1.5个月。一旦冷却完毕,这些镜子将会用两年时间进行抛光,直到它们的表面达到只有几纳米(不到人类头发宽度的千分之一)的光学表面精度。

目前,前两段镜子已经完成,并储存在镜子实验室。第三段到第六段镜片现在正在经历不同的生产阶段。第五段镜子是在2017年11月铸造的,第四段镜子已经完成了后表面抛光,第三段镜子已经完成了一半以上(达到了70纳米的精度)。

此外,还计划生产第八个备用镜片,每当需要维护一个镜片段时,该备用镜片将启用。 镜子是光学设计的关键部分,它使GMT能够在30米(100英尺)级别的任何ELT望远镜中获得最宽的视野,例如,目前正在夏威夷莫纳克亚建造的30米望远镜(TMT)。

实际上,GMT如此强悍的秘密来源于其独特的光学设计,它可以利用反射镜收集到的每一个光子(因此确保了前所未有的光学效率)。正如GMT首席科学家丽贝卡·伯恩斯坦所解释的那样:

到本世纪20年代末,完成后的镜子将从亚利桑那州的图斯科,运往智利北部阿塔卡马沙漠的拉斯坎帕纳斯天文台。这个干旱地区位于海拔2500米(8200英尺)的地方,被认为是地球上进行天文学研究的最佳地点之一。在这个海拔高度,天空非常晴朗,而它与城市中心的距离也确保了这里几乎没有光污染。

最重要的是,该区域稳定的气流可以拍摄出异常清晰的图像,而且该位置(位于南半球)也让天文台可以观测到银河系的中心。另外,它也靠近该地区的其他天文台(进行观测的是其他波长的天文台),非常便于合作。

这将包括欧洲超大型望远镜(EELT),该望远镜目前正由欧洲南方天文台(ESO)在邻近的智利塞罗·阿马佐斯天文台(Cerro Armazone Observatory)进行建造。它还将协助ESO在该地区的其他主要天文台进行观测,比如,甚大望远镜(VLT)和阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)。

除了拥有比哈勃大10倍的观测能力外,GMT望远镜的观测能力还将是期待已久的詹姆斯·韦伯太空望远镜的4倍,该望远镜计划于2021年10月31日发射升空。一旦投入使用,GMT将能探索更多的宇宙奥秘,包括宇宙的早期历史、暗物质和暗能量在宇宙进化中的作用,以及附近系外行星的潜在宜居性。

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