1609-ben járunk, amikor kiderül: a Holdon hegyek magasodnak, Napunk vándorló foltokkal tarkított, a Jupiter körül négy hold is kering, és − bár folytonos ködnek tűnik − a Tejút csillagok sokaságát rejti...

A részletek elővarázsolására a csillagászoknak egyre nagyobb és nagyobb átmérőjű távcsövekre van szükségük. Az optikára vonatkozó elvárásaink ma egyértelműek: minél nagyobb, annál jobb. Az elmúlt bő 100 évre visszatekintve pedig az egyre korszerűbb távcsövek átmérője gyorsan dublázódott. 1800-as évek vége: 60 cm, 1908: 120 cm, 1917: 250 cm, 1948: 500 cm, 1990: 1000 cm, 2015: 2000 cm. Az egyre hatalmasabb „szemek” öntése, csiszolása, illetve szállítása azonban hosszadalmas, rendkívül költséges és igen nagy precizitást igénylő feladat.

Európa Óriása. A 2022-ben üzembe helyezendő European Extremely Large Telescope (E-ELT) látványrajza (Forrás: ESO)

Forrás: ESO

Rég elmúltak már azok az idők, amikor a csillagászok eszközei kézzel csiszolt, 5-6 cm átmérőjű optikát rejtettek. A jövő félgömb alakú kupolái több 10 méteres tükröknek adnak majd otthont. De vajon hogyan készülnek e hatalmas, egybeöntött üvegpogácsák, és mi a titka a 40 méteres határ elérésének?

Méhsejtből születő óriás

2013 őszén átadták az Óriás Magellán-távcső (Giant Magellan Telescope, GMT) 7 db, egyenként 8,4 méter átmérőjű tükrei közül a harmadikat. Ahhoz, hogy ekkora méretben egybefüggő optikát lehessen készíteni, az első megoldandó probléma a tömeg, ugyanis egy ekkora üvegtömb akár 70 tonnát is nyomhat!
Ennek megoldására két módszert alkalmaznak a tükörgyártásnál. Az egyik az úgynevezett méhsejt-szerkezet, a másik a vékonytükrös technika. Előbbivel 60-70%-os tömegcsökkenés is elérhető! A GMT tükrei is ezzel a módszerrel készülnek egy arizonai futballpálya alatt megbúvó laboratóriumban.

Egykori nagyság. A kaliforniai, palomar hegyi Hale Teleszkópba készített 20 tonnás pyrexüveg lencse szállítása 1936-ban. Kényszerűségből két lencse készült, az első ugyanis megrepedt a hűtés során – ez ma a Corning Glass Museum kiállításának látványossága (Fotó: Donald Bonnell)

Fotó: Donald Bonnell

A gyártási folyamat első lépéseként a hatalmas öntőformát hatszögletű, alumínium-oxid szálas elemekkel bélelik ki, melyek magassága a forma pereme felé haladva növekszik. A kész vázra 18 tonna boroszilikát üvegdarabkát öntenek. A gyártás következő fázisa az olvasztás. A kemencébe helyezett öntőforma folyamatosan forog, így az üveg felülete parabolikus alakot vesz fel. Mivel a formába helyezett méhsejtszerkezet is ilyen alakú, a kész korong vastagsága mindenhol azonos lesz. Ezzel a módszerrel lerövidíthető a csiszolási idő, és mivel később kevesebb felesleges anyagot kell eltávolítani, több tonna üveg is megspórolható. A kemence hőmérsékletét 4 órán át 1160 °C-on tartják, majd, mikor az üveg megolvad, és kitölti a formát, lehűtik 900 °C-ra. Innentől kezdve az üvegpogácsa még 3 hosszú hónapot tölt a folyamatosan hűlő kemencében, majd miután teljesen kihűlt, leszedik róla az öntőformát. A tömböt függőleges helyzetbe állítva, nagy nyomású vízsugárral kitisztítják a hátulján lévő réseket. A gyártást hagyományos megmunkálási folyamat zárja, melynek során lecsiszolják a felületet. Folyamatos optikai ellenőrzés mellett, egyre finomabb csiszolóport használva alakítják a végső felületet. Zárásként jöhet a polírozás, a felszín kialakításának végső finomcsiszolása. Ezt egy speciális polírozófejjel végzik, mely végighaladva a tükrön, képes folyamatosan változtatni az alakját. Görbülete így minden pillanatban pontosan megegyezik az elérni kívánt optikai felülettel.

Vékony és hajlékony

A könnyített optika öntésének másik módszere, amikor a tükör anyaga nagyon vékony. Ez egy 8 méter átmérőjű tömbnél 17 centiméteres vastagságot és 23 tonnás tömeget jelent. Az öntési folyamat az előzővel megegyezik, azzal a különbséggel, hogy itt nem a méhsejtszerkezet adja a parabolaalakot, hanem maga a forma, ennek köszönhetően az olvasztás során itt is elérhető az egyenletes üvegvastagság. A kész korong tömegéhez képest annyira vékony, hogy saját súlya alatt meghajlik, mint egy papírlap. Az ideális felület megtartását több száz alátámasztással oldják meg. Ahhoz, hogy a tükör leg­apróbb torzulásai is korrigálhatóak legyenek, a felfüggesztések által kifejtett erő szabályozható. A távcsövek átmérőjének növelése ezen a ponton átcsap a számítástechnikába, hiszen az egyidejűleg beérkező több ezer adat kezeléséhez már nem óriás kemencékre vagy speciális csiszológépekre van szükség, egyre fontosabbá válnak a megfelelő informatikai megoldások is.

Hatalmas sivatagi szem. A Chilében, az Atacama-sivatagban, a 3060 m-es Cerro Armazonesen felépítendő E-ELT 39 méteres tükrével a Föld legnagyobb optikai/infravörös távcsöve lesz – a Föld leghatalmasabb, világűrt fürkésző szeme (Forrás: ESO/L. Calçada)

Forrás: ESO/L. Calçada

A folytonos felületű, egybeöntött tükrök méretének növelése a GMT tükreivel elérte azt a határt, ahonnan nincs tovább. Nem arról van szó, hogy elméleti korlátokba ütköztünk, csupán a kialakított infrastruktúra nem alkalmas ennél nagyobb átmérő elérésére. Egyszerűen nem érné meg új gépeket építeni pár tükör legyártása érdekében, arról nem is beszélve, hogy az ekkora méretekkel rendelkező üvegkorongok szállítása is komoly logisztikát igényel. A sérülékeny darabokat általában nem a szomszéd településig, hanem több ezer kilométerrel távolabb fekvő, gyakran extrém helyszínekre − magas hegytetőkre, szigetekre vagy épp a sivatag közepére – kell szállítani, az utat pedig – nincs mese – túl kell élniük.