Atrapant reflexos

2008/05/01 Álvarez Busca, Lucía - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Teknologia

En la naturalesa hi ha superfícies que ens retornen la nostra imatge, com l'aigua i alguns metalls. En tots dos casos, per a poder visualitzar una imatge clara, la superfície ha de ser bastant llisa. Fa 4.000 anys es va veure que en polir els metalls s'obtenien bones superfícies reflectores. Buscant millors reflexos, els xinesos van descobrir que barrejaven els metalls de la naturalesa i polien un aliatge de coure i estany, obtenint una superfície reflectora adequada. Així van néixer els miralls de bronze. Des de llavors s'han desenvolupat miralls de materials, formes i grandàries molt diferents, adaptats a les necessitats.

Com els xinesos, grecs, etruscos i romans van desenvolupar els miralls suavitzant el bronze. Durant segles el bronze va ser el material més important per a crear miralls. Així va ser en l'època moderna fins que dos artesans muranos ho van canviar i van aconseguir els primers miralls de vidre. El treball d'aquests artesans muranos va ser, sens dubte, la major revolució en la fabricació de miralls.

La revolució de Murano

La idea bàsica era la mateixa que els antecedents: utilitzar el metall per a obtenir reflexos, però en quantitats molt menors. Els artesans muranos van començar a treballar el vidre fa segles. Dos d'ells van obtenir un vidre suau i pla, i en la seva part posterior van aplicar una fina capa d'un metall amb capacitat reflectora. Va ser una autèntica revolució.

Es va convertir en un producte molt exclusiu. Sobre aquesta manera de fabricar els miralls va sorgir llavors un gremi en Murano, per a la fabricació del qual el vidre i la composició del metall eren secrets; si es comptava el secret es castigava amb la pena de mort.

Des de llavors, aquesta ha estat la tecnologia bàsica dels miralls: el vidre polit i una capa de metall. No obstant això, els metalls utilitzats en l'elaboració de la capa reflectora han anat canviant. XVIII. En el segle XX es va utilitzar mercuri, ja que es tracta d'un metall amb gran capacitat reflectora. Però a causa de la toxicitat del mercuri, els que feien miralls sofrien vibracions, depressió, confusions, insomni i pèrdua de memòria, entre altres. Per això, amb el temps, el mercuri va ser substituït per altres metalls com a gal·lis o indis.

XIX. En el segle XVIII es fa un nou pas revolucionari en la fabricació de miralls, començant a utilitzar la plata. El químic alemany Justus von Liebig va descobrir que la plata era molt apropiada. Retorna el 97% de la llum que rep entre la llum vermella i la verda, és a dir, la major part de l'espectre visible. Per aquestes propietats, en 1857, Jean Focault va utilitzar per primera vegada la plata per a miralls de telescopis. Actualment, la majoria dels miralls que hi ha a les cases es fabriquen en plata, encara que uns pocs es fan en coure o alumini.

Fidel reflex

Els miralls comuns tenen la mateixa estructura que els inventats en Murano. En els miralls de precisió, no obstant això, l'estructura és inversa. Per a evitar que el vidre desviï la llum, la capa metàl·lica s'aplica sobre el suport del mirall. Com la llum no ha de travessar el vidre, no es desvien els raigs per això.

Aquest tipus de miralls s'utilitzen en els telescopis, per exemple. De fet, a penes arriben al sòl els raigs de llum que projecten les estrelles. Perquè aquestes estrelles puguin veure's tan bé com sigui possible és necessari un mirall capaç de captar grans quantitats de llum.

Hi ha altres problemes. La temperatura ha de provocar una petita dilatació en el suport d'aquests miralls. Per això s'utilitzen materials vitroceràmics. A més, per a reflectir la major quantitat de llum possible, aquests materials han de ser dielèctrics, és a dir, no conductors. En definitiva, la llum és una ona electromagnètica, i els suports conductors absorbirien part d'aquestes ones. Els suports més utilitzats són materials com Pirex i Zerodur.

Un mirall perfecte reflecteix en teoria el 100% de la llum que rep. De moment, els millors dielèctrics reflecteixen el 99,998% de la llum per a diferents longituds d'ona. Per exemple, els làsers de certs colors els reflecteix d'una manera molt concreta.

A més dels materials adequats, el mirall ha de ser suau per a ser precís. En l'operació de poliment s'utilitzen silicats, ja que els vidres estan composts de silicat i es corroyen amb productes de composició similar. En primer lloc, amb els productes altament corrosius es dóna forma al vidre a base d'òxids de silici. Per a acostar una mica més la forma necessària s'utilitza òxid d'alumini i finalment un òxid de ferro per a deixar la superfície el més llisa possible. Aquest procés s'ha realitzat de manera manual durant molt de temps. I a pesar que en l'actualitat s'aconsegueixen suavitats molt precises a través de les màquines, en molts casos el poliment final es realitza manualment.

Mirall no fraccionable

També van inventar un mirall parabòlic sense necessitat de polir: un mirall líquid. En girar un líquid, la seva superfície adopta la forma de la paràbola. En ells, com en els sòlids, s'utilitza un metall per a reflectir, però com el seu nom indica, el metall està en estat líquid.

Per als miralls líquids s'utilitza mercuri, únic metall líquid a temperatura ambient, però també s'està investigant si els aliatges eutèctics indi-gal·li poden ser utilitzades per a aquest treball. El metall líquid s'aboca en un recipient que gira a velocitat constant. S'espera que la superfície del metall s'estabilitzi, i la superfície del líquid adopta la forma i capacitats d'un mirall.

Per a girar el mirall s'utilitzen injectors d'aire d'alta pressió. Desgraciadament, aquestes estructures no poden suportar estructures molt pesades, la qual cosa limita el diàmetre dels miralls líquids que es poden obtenir. Per això, és necessari construir un recipient amb un pes limitat i utilitzar la menor quantitat possible de metalls. Es construeixen recipients de manera parabòlica, la qual cosa permet l'ús de capes molt fines de mercuri de tan sols 1 o 2 mm.

Tenen un problema. Els miralls líquids són necessàriament zenitals, és a dir, miren cap amunt i no poden moure's per aquesta posició. No suporten oscil·lacions ni es poden moure de lloc ni en angle. Això limita l'ús d'aquests miralls. I, alhora, la grandària del mirall és un límit. Teòricament es poden obtenir miralls líquids de fins a 15 metres, encara que encara no s'han aconseguit aquestes mesures. El mirall líquid més gran que existeix actualment es troba al Canadà. The Large és un mirall primari de Zenit Telescope de 6 metres de diàmetre.

Dividint, major

Els telescopis, com més grans són els miralls, més precisos aconsegueixen les imatges. Però, igual que en els líquids, en els sòlids existeixen limitacions tècniques per a la fabricació de grans miralls.

La major limitació la produeix el material reflector. Per a la fabricació de miralls d'alta precisió és necessari pegar les partícules d'alumini en la superfície per a aconseguir una capa el més fina possible. Per a això cal treballar en un entorn de buit. Les campanes de buit més grans actualment existents tenen un diàmetre de 8,5 metres. Aquest és el límit teòric del diàmetre dels miralls. Els miralls que més s'acosten a aquest límit són els Grans Telescopis Binoculars d'Arizona. Aquest telescopi utilitza dos miralls de 8,4 metres de diàmetre, límit pràctic. Almenys en miralls d'una peça.

Però també es poden fer miralls segmentats. De fet, la unió de molts miralls hexagonals 'petits' supera els vuit metres de diàmetre. Així, cada segment està dins del límit de la màquina d'aluminizar. En l'actualitat, el major mirall segmentat s'està construint a les illes Canàries. El mirall primari del Gran Telescopi de Canàries tindrà un diàmetre de 11,3 metres i estarà format per 36 miralls hexagonals.

Els miralls segmentats permetran construir miralls cada vegada més grans. En l'European Southern Observatory (ESO), juntament amb empreses i universitats europees, volen construir un mirall segmentat de 100 metres de diàmetre per a ser utilitzat en un telescopi. El projecte, conegut com ELT (Extremely Large Telescope), seria sens dubte el mirall més gran d'un telescopi. I, per descomptat, el més gran del món.