Atrapando reflejos

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

• Teknologia

En la naturaleza hay superficies que nos devuelven nuestra imagen, como el agua y algunos metales. En ambos casos, para poder visualizar una imagen clara, la superficie debe ser bastante lisa. Hace 4.000 años se vio que al pulir los metales se obtenían buenas superficies reflectantes. Buscando mejores reflejos, los chinos descubrieron que mezclaban los metales de la naturaleza y pulían una aleación de cobre y estaño, obteniendo una superficie reflectante adecuada. Así nacieron los espejos de bronce. Desde entonces se han desarrollado espejos de materiales, formas y tamaños muy diferentes, adaptados a las necesidades.

Como los chinos, griegos, etruscos y romanos desarrollaron los espejos suavizando el bronce. Durante siglos el bronce fue el material más importante para crear espejos. Así fue en la época moderna hasta que dos artesanos muranos lo cambiaron y consiguieron los primeros espejos de vidrio. El trabajo de estos artesanos muranos fue, sin duda, la mayor revolución en la fabricación de espejos.

La revolución de Murano

La idea básica era la misma que los antecedentes: utilizar el metal para obtener reflejos, pero en cantidades mucho menores. Los artesanos muranos comenzaron a trabajar el vidrio hace siglos. Dos de ellos obtuvieron un vidrio suave y plano, y en su parte posterior aplicaron una fina capa de un metal con capacidad reflectante. Fue una auténtica revolución.

Se convirtió en un producto muy exclusivo. Sobre esta forma de fabricar los espejos surgió entonces un gremio en Murano, para cuya fabricación el vidrio y la composición del metal eran secretos; si se contaba el secreto se castigaba con la pena de muerte.

Desde entonces, esta ha sido la tecnología básica de los espejos: el vidrio pulido y una capa de metal. Sin embargo, los metales utilizados en la elaboración de la capa reflectante han ido cambiando. XVIII. En el siglo XX se utilizó mercurio, ya que se trata de un metal con gran capacidad reflectante. Pero debido a la toxicidad del mercurio, los que hacían espejos sufrían vibraciones, depresión, confusiones, insomnio y pérdida de memoria, entre otros. Por ello, con el tiempo, el mercurio fue sustituido por otros metales como galios o indios.

XIX. En el siglo XVIII se da un nuevo paso revolucionario en la fabricación de espejos, comenzando a utilizar la plata. El químico alemán Justus von Liebig descubrió que la plata era muy apropiada. Devuelve el 97% de la luz que recibe entre la luz roja y la verde, es decir, la mayor parte del espectro visible. Por estas propiedades, en 1857, Jean Focault utilizó por primera vez la plata para espejos de telescopios. Actualmente, la mayoría de los espejos que hay en las casas se fabrican en plata, aunque unos pocos se hacen en cobre o aluminio.

Fiel reflejo

Los espejos comunes tienen la misma estructura que los inventados en Murano. En los espejos de precisión, sin embargo, la estructura es inversa. Para evitar que el vidrio desvíe la luz, la capa metálica se aplica sobre el soporte del espejo. Como la luz no tiene que atravesar el vidrio, no se desvían los rayos por ello.

Este tipo de espejos se utilizan en los telescopios, por ejemplo. De hecho, apenas llegan al suelo los rayos de luz que proyectan las estrellas. Para que estas estrellas puedan verse lo mejor posible es necesario un espejo capaz de captar grandes cantidades de luz.

Hay otros problemas. La temperatura debe provocar una pequeña dilatación en el soporte de estos espejos. Por ello se utilizan materiales vitrocerámicos. Además, para reflejar la mayor cantidad de luz posible, estos materiales deben ser dieléctricos, es decir, no conductores. En definitiva, la luz es una onda electromagnética, y los soportes conductores absorberían parte de esas ondas. Los soportes más utilizados son materiales como Pirex y Zerodur.

Un espejo perfecto refleja en teoría el 100% de la luz que recibe. Por el momento, los mejores dieléctricos reflejan el 99,998% de la luz para diferentes longitudes de onda. Por ejemplo, los láseres de ciertos colores los refleja de una manera muy concreta.

Además de los materiales adecuados, el espejo debe ser suave para ser preciso. En la operación de pulido se utilizan silicatos, ya que los vidrios están compuestos de silicato y se corroyen con productos de composición similar. En primer lugar, con los productos altamente corrosivos se da forma al vidrio a base de óxidos de silicio. Para acercar un poco más la forma necesaria se utiliza óxido de aluminio y finalmente un óxido de hierro para dejar la superficie lo más lisa posible. Este proceso se ha realizado de forma manual durante mucho tiempo. Y a pesar de que en la actualidad se consiguen suavidades muy precisas a través de las máquinas, en muchos casos el pulido final se realiza manualmente.

Espejo no fraccionable

También inventaron un espejo parabólico sin necesidad de pulir: un espejo líquido. Al girar un líquido, su superficie adopta la forma de la parábola. En ellos, como en los sólidos, se utiliza un metal para reflejar, pero como su nombre indica, el metal está en estado líquido.

Para los espejos líquidos se utiliza mercurio, único metal líquido a temperatura ambiente, pero también se está investigando si las aleaciones eutécticas indio-galio pueden ser utilizadas para este trabajo. El metal líquido se vierte en un recipiente que gira a velocidad constante. Se espera a que la superficie del metal se estabilice, y la superficie del líquido adopta la forma y capacidades de un espejo.

Para girar el espejo se utilizan inyectores de aire de alta presión. Desgraciadamente, estas estructuras no pueden soportar estructuras muy pesadas, lo que limita el diámetro de los espejos líquidos que se pueden obtener. Por ello, es necesario construir un recipiente con un peso limitado y utilizar la menor cantidad posible de metales. Se construyen recipientes de forma parabólica, lo que permite el uso de capas muy finas de mercurio de tan sólo 1 o 2 mm.

Tienen un problema. Los espejos líquidos son necesariamente cenitales, es decir, miran hacia arriba y no pueden moverse por esa posición. No soportan oscilaciones ni se pueden mover de lugar ni en ángulo. Esto limita el uso de estos espejos. Y, a la vez, el tamaño del espejo es un límite. Teóricamente se pueden obtener espejos líquidos de hasta 15 metros, aunque todavía no se han alcanzado estas medidas. El espejo líquido más grande que existe actualmente se encuentra en Canadá. The Large es un espejo primario de Zenit Telescope de 6 metros de diámetro.

Dividiendo, mayor

Los telescopios, cuanto más grandes son los espejos, más precisos consiguen las imágenes. Pero, al igual que en los líquidos, en los sólidos existen limitaciones técnicas para la fabricación de grandes espejos.

La mayor limitación la produce el material reflectante. Para la fabricación de espejos de alta precisión es necesario pegar las partículas de aluminio en la superficie para conseguir una capa lo más fina posible. Para ello hay que trabajar en un entorno de vacío. Las campanas de vacío más grandes actualmente existentes tienen un diámetro de 8,5 metros. Este es el límite teórico del diámetro de los espejos. Los espejos que más se acercan a este límite son los Grandes Telescopios Binoculares de Arizona. Este telescopio utiliza dos espejos de 8,4 metros de diámetro, límite práctico. Al menos en espejos de una pieza.

Pero también se pueden hacer espejos segmentados. De hecho, la unión de muchos espejos hexagonales 'pequeños' supera los ocho metros de diámetro. Así, cada segmento está dentro del límite de la máquina de aluminizar. En la actualidad, el mayor espejo segmentado se está construyendo en las islas Canarias. El espejo primario del Gran Telescopio de Canarias tendrá un diámetro de 11,3 metros y estará formado por 36 espejos hexagonales.

Los espejos segmentados permitirán construir espejos cada vez más grandes. En el European Southern Observatory (ESO), junto con empresas y universidades europeas, quieren construir un espejo segmentado de 100 metros de diámetro para ser utilizado en un telescopio. El proyecto, conocido como ELT (Extremely Large Telescope), sería sin duda el espejo más grande de un telescopio. Y, por supuesto, el más grande del mundo.