Max Home IndustryВысоко на горе, в сухой пустыне Атакама в Чили, Европейская космическая обсерватория (ESO) в настоящее время строит самый большой в мире оптический телескоп.
На выбор названия времени не терялось – он будет называться Чрезвычайно Большой Телескоп или ELT.
Вместо этого огромная энергия была потрачена на проектирование и строительство «самого большого в мире глаза на небо», который должен начать собирать изображения в 2028 году и, скорее всего, расширит наше понимание Вселенной.
Ничего из этого было бы невозможно без самых совершенных зеркал, когда-либо созданных.
Доктор Элиза Верне — специалист по адаптивной оптике в ESO. Она курирует разработку пяти гигантских зеркал, которые будут собирать и направлять свет на измерительное оборудование телескопа.
Каждое из изготовленных на заказ зеркал ELT — это шедевр оптического дизайна.
Доктор Верне описывает выпуклое зеркало M2 высотой 14 футов (4,25 м) как «произведение искусства».
Но, возможно, зеркала M1 и M4 лучше всего отражают требуемый уровень сложности и точности.
Главное зеркало M1 — самое большое зеркало, когда-либо созданное для оптического телескопа.
«Оно диаметром 39 м [128 футов] состоит из [798] сегментов шестиугольного зеркала, выровненных так, что оно ведет себя как идеальное монолитное зеркало», — говорит доктор Верне.
M1 будет собирать в 100 миллионов раз больше света, чем человеческий глаз, и должен сохранять положение и форму с точностью, в 10 000 раз тоньше человеческого волоса.
M4 — самое большое из когда-либо созданных деформируемых зеркал, способное менять форму 1000 раз в секунду, чтобы корректировать атмосферную турбулентность и вибрации самого телескопа, которые в противном случае могли бы исказить изображения.
Его гибкая поверхность состоит из шести лепестков из стеклокерамического материала толщиной менее 2 мм (0,075 дюйма).
Лепестки были изготовлены компанией Schott в Майнце, Германия, а затем отправлены в инженерную фирму Safran Reosc недалеко от Парижа, где они были отполированы и собраны в целое зеркало.
Все пять зеркал близятся к завершению и вскоре будут отправлены в Чили для установки.
Хотя эти огромные зеркала будут использоваться для улавливания света космоса, соседи ESO в Гархинге из Института квантовой оптики Макса Планка создали квантовое зеркало, способное работать в самых крошечных масштабах, которые только можно себе представить.
В 2020 году исследовательская группа смогла заставить один слой из 200 выровненных атомов совместно отражать свет, создав таким образом зеркало настолько маленькое, что его невозможно увидеть невооруженным глазом.
В 2023 году им удалось поместить один контролируемый микроскопом атом в центр массива, чтобы создать «квантовый переключатель», который можно использовать для управления прозрачностью или отражающей способностью ато.
«Теоретики предсказывали, и мы наблюдали это экспериментально, что в этих упорядоченных структурах, как только вы поглощаете фотон и он повторно излучается, он фактически излучается [в одном предсказуемом] направлении, и это то, что делает его зеркалом. — говорит доктор Паскаль Векессер, научный сотрудник института.
Эта способность контролировать направление света, отраженного атомами, может иметь будущее применение в ряде квантовых технологий, таких как, например, защищенные от взлома квантовые сети для хранения и передачи информации.
Дальше на северо-запад, в Оберкохене, недалеко от Штутгарта, компания Zeiss производит зеркала с еще одним экстремальным свойством.
Оптическая компания потратила годы на разработку сверхплоского зеркала, которое стало ключевым компонентом машин для печати компьютерных чипов, называемых машинами для литографии в крайнем ультрафиолете, или EUV.
Голландская компания ASML — ведущий в мире производитель автомобилей EUV, и зеркала Zeiss являются их неотъемлемой частью.
Зеркала EUV Zeiss могут отражать свет очень малых длин волн, что обеспечивает четкость изображения в крошечном масштабе, поэтому на одной и той же площади кремниевой пластины можно печатать все больше и больше транзисторов.
Чтобы объяснить, насколько плоские зеркала, доктор Франк Ромунд, президент подразделения полупроводниковой оптики компании Zeiss, использует топографическую аналогию.
«Если взять бытовое зеркало и увеличить его до размеров Германии, то самая высокая точка будет 5 метров. На космическом зеркале [как в космическом телескопе Джеймса Уэбба] он составлял бы 2 см [0,75 дюйма]. На зеркале EUV это будет 0,1 мм», — объясняет он.
Эта сверхгладкая поверхность зеркала в сочетании с системой управления позиционированием зеркала, также произведенной Zeiss, обеспечивает уровень точности, эквивалентный отражению света от EUV-зеркала на поверхности Земли или подбору мяча для гольфа на Луне.
Хотя эти зеркала уже могут показаться экстремальными, у Zeiss есть планы по улучшению, чтобы помочь создавать еще более мощные компьютерные чипы.
«У нас есть идеи, как дальше развивать EUV. К 2030 году цель состоит в том, чтобы создать микрочип с одним триллионом транзисторов. Сегодня нас, возможно, сто миллиардов».
Эта цель стала ближе благодаря новейшей технологии Zeiss, которая позволяет печатать примерно в три раза больше структур на той же площади, чем современное поколение машин для изготовления чипов.
«У полупроводниковой промышленности есть четкая и мощная дорожная карта, которая обеспечивает поддержку всем игрокам, вносящим свой вклад в решение. Благодаря этому мы можем добиться прогресса в производстве микрочипов, которые сегодня позволяют создавать такие вещи, как искусственный интеллект, которые были немыслимы даже десять лет назад», — говорит доктор Рохмунд.
Что человечество поймет и на что будет способно через десять лет, еще неизвестно, но зеркала, несомненно, будут лежать в основе технологий, которые приведут нас туда.