周末福利之二:Arizona大学Steward天文台Mirror Lab

(今天是周末福利的第二天,给大家带来的是参观Arizona大学Steward天文台的Mirror Lab的照片,这里是世界上少有的可以制造大型望远镜主镜的地方;整理这些照片时候发现大多数室内的照片照的都很搓,没办法,镜头和我都很搓,大家凑或看吧)

在所有的大型光学望远镜中,最重要的部件大概就是望远镜的主镜了吧,现代的大望远镜几乎全部采用反射式设计,而且越大的口径就意味着越大的集光能力,因此,制作大口径反射主镜的能力也就成为了设计,建造大光学望远镜所需要的必须能力,虽然,目前以Keck望远镜为代表的望远镜已经开始采用了薄镜面拼接技术,但是很多大望远镜依然使用的是传统的单镜面设计,比如VLT, LBT, Magellan等等,而这些看似简单的单镜面制造,其实也是很多技术革新的结晶;我们今天介绍给大家的Arizona大学Steward天文台的镜面实验室(Mirror Lab)就是这个领域之内的一个佼佼者,这里不仅是世界上极少数的几个能制作6m以上主镜的地方,而且也是唯一一个掌握了蜂窝型轻制主镜技术以及其他独特的抛光技术的实验室之一;Arizona大学的深厚光学天文背景使得这里很早就是天文学仪器的研制中心之一,上个世纪80年代开始,这里的一位天才,Roger Angle领导的小组就开始进行蜂窝结构镜面的制作研究,1985年,在美国空军,NSF和Arizona大学的资助下,在大学橄榄球场的旁边建立了这个镜面实验室,这里发展的技术已经成功的应用在了一系列的大型望远镜上。

我个人对望远镜技术方面的了解实在有限,虽然这次参观增加了很多具象的认识,但是离能认真的介绍给大家还差的很远,不过我可以推荐大家学习下Mirror Lab主页上图文并茂的技术介绍,简单的说,一架大望远镜主镜的建造过程可以分成材料准备铸造成镜起竖镜面清洁打磨抛光光学检验结构整合运输等步骤,镜面的镀膜都是在望远镜圆顶中现场完成的,这里面几乎每一个步骤都有很多有意思的东西可以介绍,比如,在准备材料阶段,用来制造主镜的没一块硅晶体都需要经过人工的仔细检查,确保其纯度能够有保障。好了,以后有机会再慢慢的介绍吧,大家看照片吧


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从天文系走到Mirror Lab的路上,可以看到一街之隔的美国国家光学天文台(NOAO)的大楼,不过这个最明显的标志似乎不是办公楼,更像是什么设备实验场所,不太清楚。。。。


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Mirror Lab就位于Arizona大学橄榄球场的旁边,看上去都在一座建筑里面,沿着体育场旁一排巨大的蓝色橄榄球就可以走到Mirror Lab


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这是我们的导游大叔,Vern,这里介绍的是目前Mirror Lab的最大项目,等效口径24.5m的Giant Magellan望远镜,这个望远镜的7面主镜都会在这里完成建造


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走进Mirror Lab,隔着玻璃首先看到的就是一面美丽的主镜,这就是去年刚刚完成铸造的GMT第一面主镜,待会儿我们还会回来看她


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参观的第一个部分是在会议室内了解镜面铸造的过程,这里展示的是蜂窝主镜的结构,制造镜面的晶体,和后面链接主动光学设备的部件


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Vern这里介绍的是Mirror Lab目前正在努力中的另一个大项目,同样将位于智利的10m LSST巡天望远镜的主镜,这个项目将来有机会一定要更好的介绍给大家


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Mirror Lab的光荣榜,将来,估计还会有更多的大家伙从这里走出


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Vern这里讲解的是望远镜主镜建造的具体步骤,这里的模型展示的是蜂窝状主镜的结构和建造时的细节,包括了模具的制造和固定等等


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这个部分非常好玩,利用一些简单的泡沫模型,Vern大叔精确的“重现”了主镜从铸造完成到运输的每一个主要步骤


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会议室墙上悬挂着的Mirror Lab为某高能望远镜制作的反射镜面,忍不住照了一张


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进入了Mirror Lab的抛光和测试车间,可以更近距离的看到GMT的第一面8.4米主镜的全貌,真的是个大家伙,这个镜面目前在进行细致的抛光步骤,由于GMT的设计需要6面主镜离轴共焦,镜面实际需要被抛光到轻微的非对称的形状,这是一项创新性的,难度极大的工程


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Mirror Lab独有的抛光设备的两个抛光工作界面之一,这个较小的似乎是用于后期的细致抛光的过程


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这个更大的工作界面上面有很多个不同的抛光单元,以不同颜色区分,用于不同阶段和需要的抛光。


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在检验车间的远端静静躺着的是LSST的10米主镜,她已经完成了抛光,正在被细致的检测


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离近一点儿看,不过似乎还是挡住了;LSST巡天望远镜采用了很独特的3镜面设计,10m的主镜实际上分成了两个部分,外部的M1和中间的M3拥有着不同的曲率,但是整个镜面是一次铸造成型,然后再打磨成不同的曲率,这也是第一次实现的技术,难度极大


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这位很勇敢的大哥正在用脚拖着抹布擦镜面,看的我心惊胆战,但是Vern说,这些镜面的承重大概是每平方英寸200磅左右,所有的检验工作都是靠工作人员直接在镜面上完成的


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也不知道为啥,情不自禁的照了很多张GMT的主镜,GMT的下一面主镜明年年初就要开始铸造了,真心希望这个项目进展一切顺利


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现在看到的是望远镜的镜面铸造车间,这个看上去和科幻小说中的某些家伙差不多的东西就是望远镜的铸造设备


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在车间的另一侧,放着一面已经完成了铸造的6.5米主镜,可能在未来会用到一个红外巡天项目中去,地上摆着的大量纸箱子则是从日本运来的硅晶体,将用于下一面GMT主镜的制造


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主镜制造设备上部的特写,具体的用途不知道,不过很像是用来散热的设备


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Arizona大学,Mirror Lab和生产玻璃材料的OHARA公司的标志


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Vern大叔在这里给我们用图片的形式重现了主镜铸造过程中的具体步骤


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墙上悬挂着的是大双筒望远镜的主镜的制造过程的讲解


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偷拍了一下这里的工作人员,应该说在这里的工作可能更像是在工厂,而不是科研机构,不过能看着这些美丽的镜面一点点儿成型,应该是一件很幸福的事情吧


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擦镜面的大哥走了,在这张照片上,如果更仔细的看,应该可以看到LSST主镜中心曲率更高的M3部分和外面的差别


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LPM:in-place 大型抛光机,这也是Mirror Lab的看家设备之一


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参观结束前,再深情的回望一下GMT的主镜


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地面上的这个三角形区域是完成抛光后的GMT的主镜将要安家的位置,在图片中你可以看到一个白色三角高塔状设备的底部,这里是为GMT量身定作的光学检测塔


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最后,再送给大家一张Arizona大学Steward天文台的主楼的照片


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以及Arizona大学美丽的校园风景

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