Atrapando reflexos

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

• Teknologia

Na natureza hai superficies que nos devolven a nosa imaxe, como a auga e algúns metais. En ambos os casos, paira poder visualizar una imaxe clara, a superficie debe ser bastante lisa. Fai 4.000 anos viuse que ao puír os metais obtíñanse boas superficies reflectoras. Buscando mellores reflexos, os chineses descubriron que mesturaban os metais da natureza e puían una aliaxe de cobre e estaño, obtendo una superficie reflectora adecuada. Así naceron os espellos de bronce. Desde entón desenvolvéronse espellos de materiais, formas e tamaños moi diferentes, adaptados ás necesidades.

Como os chineses, gregos, etruscos e romanos desenvolveron os espellos suavizando o bronce. Durante séculos o bronce foi o material máis importante paira crear espellos. Así foi na época moderna ata que dous artesáns muranos cambiárono e conseguiron os primeiros espellos de vidro. O traballo destes artesáns muranos foi, sen dúbida, a maior revolución na fabricación de espellos.

A revolución de Murano

A idea básica era a mesma que os antecedentes: utilizar o metal paira obter reflexos, pero en cantidades moito menores. Os artesáns muranos comezaron a traballar o vidro hai séculos. Dous deles obtiveron un vidro suave e plano, e no seu parte posterior aplicaron una fina capa dun metal con capacidade reflectora. Foi una auténtica revolución.

Converteuse nun produto moi exclusivo. Sobre esta forma de fabricar os espellos xurdiu entón un gremio en Murano, paira cuxa fabricación o vidro e a composición do metal eran secretos; se se contaba o segredo castigábase coa pena de morte.

Desde entón, esta foi a tecnoloxía básica dos espellos: o vidro puído e una capa de metal. Con todo, os metais utilizados na elaboración da capa reflectora han ido cambiando. XVIII. No século XX utilizouse mercurio, xa que se trata dun metal con gran capacidade reflectora. Pero debido á toxicidade do mercurio, os que facían espellos sufrían vibracións, depresión, confusións, insomnio e perda de memoria, entre outros. Por iso, co tempo, o mercurio foi substituído por outros metais como galios ou indios.

XIX. No século XVIII dáse un novo paso revolucionario na fabricación de espellos, comezando a utilizar a prata. O químico alemán Justus von Liebig descubriu que a prata era moi apropiada. Devolve o 97% da luz que recibe entre a luz vermella e a verde, é dicir, a maior parte do espectro visible. Por estas propiedades, en 1857, Jean Focault utilizou por primeira vez a prata paira espellos de telescopios. Actualmente, a maioría dos espellos que hai nas casas fabrícanse en prata, aínda que uns poucos fanse en cobre ou aluminio.

Fiel reflexo

Os espellos comúns teñen a mesma estrutura que os inventados en Murano. Nos espellos de precisión, con todo, a estrutura é inversa. Paira evitar que o vidro desvíe a luz, a capa metálica aplícase sobre o soporte do espello. Como a luz non ten que atravesar o vidro, non se desvían os raios por iso.

Este tipo de espellos utilízanse nos telescopios, por exemplo. De feito, apenas chegan ao chan os raios de luz que proxectan as estrelas. Para que estas estrelas poidan verse o mellor posible é necesario un espello capaz de captar grandes cantidades de luz.

Hai outros problemas. A temperatura debe provocar una pequena dilatación no soporte destes espellos. Por iso utilízanse materiais vitrocerámicos. Ademais, paira reflectir a maior cantidade de luz posible, estes materiais deben ser dieléctricos, é dicir, non condutores. En definitiva, a luz é una onda electromagnética, e os soportes condutores absorberían parte desas ondas. Os soportes máis utilizados son materiais como Pirex e Zerodur.

Un espello perfecto reflicte en teoría o 100% da luz que recibe. Polo momento, os mellores dieléctricos reflicten o 99,998% da luz paira diferentes lonxitudes de onda. Por exemplo, os láseres de certas cores reflícteos dunha maneira moi concreta.

Ademais dos materiais adecuados, o espello debe ser suave paira ser preciso. Na operación de pulido utilízanse silicatos, xa que os vidros están compostos de silicato e se corroyen con produtos de composición similar. En primeiro lugar, cos produtos altamente corrosivos dáse forma ao vidro a base de óxidos de silicio. Paira achegar un pouco máis a forma necesaria utilízase óxido de aluminio e finalmente un óxido de ferro paira deixar a superficie o máis lisa posible. Este proceso realizouse de forma manual durante moito tempo. E a pesar de que na actualidade conséguense suavidades moi precisas a través das máquinas, en moitos casos o pulido final realízase manualmente.

Espello non fraccionable

Tamén inventaron un espello parabólico sen necesidade de puír: un espello líquido. Ao virar un líquido, a súa superficie adopta a forma da parábola. Neles, como nos sólidos, utilízase un metal paira reflectir, pero como o seu nome indica, o metal está en estado líquido.

Paira os espellos líquidos utilízase mercurio, único metal líquido a temperatura ambiente, pero tamén se está investigando se as aliaxes eutécticas indio-galio poden ser utilizadas paira este traballo. O metal líquido vértese nun recipiente que vira a velocidade constante. Espérase a que a superficie do metal estabilícese, e a superficie do líquido adopta a forma e capacidades dun espello.

Paira virar o espello utilízanse inyectores de aire de alta presión. Desgraciadamente, estas estruturas non poden soportar estruturas moi pesadas, o que limita o diámetro dos espellos líquidos que se poden obter. Por iso, é necesario construír un recipiente cun peso limitado e utilizar a menor cantidade posible de metais. Constrúense recipientes de forma parabólica, o que permite o uso de capas moi finas de mercurio de tan só 1 ou 2 mm.

Teñen un problema. Os espellos líquidos son necesariamente cenitales, é dicir, miran cara arriba e non poden moverse por esa posición. Non soportan oscilacións nin se poden mover de lugar nin en ángulo. Isto limita o uso destes espellos. E, á vez, o tamaño do espello é un límite. Teoricamente pódense obter espellos líquidos de até 15 metros, aínda que aínda non se alcanzaron estas medidas. O espello líquido máis grande que existe actualmente atópase en Canadá. The Large é un espello primario de Zenit Telescope de 6 metros de diámetro.

Dividindo, maior

Os telescopios, canto máis grandes son os espellos, máis precisos conseguen as imaxes. Pero, do mesmo xeito que nos líquidos, nos sólidos existen limitacións técnicas paira a fabricación de grandes espellos.

A maior limitación prodúcea o material reflector. Paira a fabricación de espellos de alta precisión é necesario pegar as partículas de aluminio na superficie paira conseguir una capa o máis fina posible. Paira iso hai que traballar nunha contorna sen carga. As campás sen carga máis grandes actualmente existentes teñen un diámetro de 8,5 metros. Este é o límite teórico do diámetro dos espellos. Os espellos que máis se achegan a este límite son os Grandes Telescopios Binoculares de Arizona. Este telescopio utiliza dous espellos de 8,4 metros de diámetro, límite práctico. Polo menos en espellos dunha peza.

Pero tamén se poden facer espellos segmentados. De feito, a unión de moitos espellos hexagonales 'pequenos' supera os oito metros de diámetro. Así, cada segmento está dentro do límite da máquina de aluminizar. Na actualidade, o maior espello segmentado está a construírse nas illas Canarias. O espello primario do Gran Telescopio de Canarias terá un diámetro de 11,3 metros e estará formado por 36 espellos hexagonales.

Os espellos segmentados permitirán construír espellos cada vez máis grandes. No European Southern Observatory (ESO), xunto con empresas e universidades europeas, queren construír un espello segmentado de 100 metros de diámetro paira ser utilizado nun telescopio. O proxecto, coñecido como ELT (Extremely Large Telescope), sería sen dúbida o espello máis grande dun telescopio. E, por suposto, o máis grande do mundo.