超薄型の「ミラー膜」が宇宙望遠鏡の大型化につながる可能性

史上最大の望遠鏡の鏡を宇宙に打ち上げるのに、何年もの設計とエンジニアリングの苦労を要しました。現在、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のトレードマークである直径 6.5 メートルの金メッキの鏡群は、地球から 150 万キロメートル上空で太陽の周りを周回し、これまでは見ることができなかった宇宙の素晴らしい景色を定期的に提供しています。その結果が信じられないほど素晴らしいものである一方、将来有望な新しい「鏡膜」の画期的な進歩がすでに進行中で、科学者に宇宙を新しい方法で見せる日が来るかもしれません。

ドイツのマックス・プランク地球外物理学研究所の最近の発表によると、研究者のセバスチャン・ラビエン氏は、より軽量で薄く、コスト効率の高い反射材を設計したと伝えられており、この反射材は理論上、幅15～20メートルの望遠鏡の鏡を製造できるという。応用光学誌に掲載された論文で詳述されているように、ラビエン氏はまず、現時点では詳細が明らかにされていない液体を真空チャンバー内で蒸発させ、それがゆっくりと内部表面に堆積し、結合してポリマーを形成し、最終的に鏡のベースを形成する。

[関連: 氷の巨星天王星がJWSTの新しい画像で多数の環を披露。]

望遠鏡の鏡は、光を一点に集中させるために放物線形状を必要とします。これを実現するために、ラビエン氏と彼のチームは、真空チャンバー内に追加の液体を入れた回転容器を設置しました。新たに導入された液体は「完全な放物線形状」を形成し、その上にポリマーが成長して鏡のベースを形成します。Space.comが指摘しているように、「蒸発によって反射金属層が上部に適用され、液体は洗い流されます。」

「この基本的な物理現象を利用して、私たちはこの完璧な光学面上にポリマーを堆積させ、アルミニウムなどの反射面でコーティングすれば望遠鏡の主鏡として使用できる放物面状の薄い膜を形成しました」とラビエン氏は発表の中で説明した。

現時点では、研究対象となった素材は簡単に折りたたんだり丸めたりして宇宙に運ぶことができるものの、最適な放物線形状に再形成するのは「ほぼ不可能」です。この問題を解決するために、研究者らは局所的な光による温度変化を利用して、膜を必要な光学形状に戻す適応型形状制御を実現する新しい熱的手法を開発しました。

[関連: NASA がジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による最初の発見を発表。]

新しいミラー膜は、望遠鏡用途に加えて、適応光学システムにも使用できます。これらのシステムは、入射光の歪みを補正するために変形可能なミラーに依存しています。新しい材料の極めて可鍛性を考慮すると、ミラーは静電アクチュエータを介して既存の方法よりも低コストで成形できます。

今後、ラビエン氏のチームは、膜の可塑性を向上させるとともに、膜が初期歪みをどの程度まで許容できるかを向上させるためのさらなる実験を実施したいと考えています。さらに大型の最終製品を開発する計画もあり、この目標は、この新しい進歩を宇宙に送り出すために不可欠なものとなる可能性があります。