Zukünftige Weltraumteleskope könnten auf „Spiegelmembranen“ basieren

Das leichte, flexible Material könnte eines Tages Teleskopspiegel produzieren, die sogar größer sind als die von JWST.

Von Andrew Paul | Veröffentlicht am 11. April 2023, 14:00 Uhr EDT

Es bedurfte jahrelanger Design- und Ingenieursarbeit, um den größten Teleskopspiegel aller Zeiten erfolgreich ins All zu bringen. Jetzt umkreist das Markenzeichen des James-Webb-Weltraumteleskops, das goldbeschichtete Array mit einem Durchmesser von 6,5 Metern, die Sonne 1,5 Millionen Kilometer über der Erde und liefert regelmäßig atemberaubende, bisher unzugängliche Ausblicke auf das Universum. So unglaublich die Ergebnisse auch sind, ein neuer, vielversprechender Durchbruch bei der „Spiegelmembran“ ist bereits in Arbeit, der Wissenschaftlern eines Tages den Weltraum auf eine neue Art und Weise zeigen könnte.

Laut einer aktuellen Ankündigung des deutschen Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik hat der Forscher Sebastian Rabien Berichten zufolge ein leichteres, dünneres und kostengünstigeres reflektierendes Material entwickelt, das hypothetisch in der Lage ist, Teleskopspiegel mit einer Breite von 15 bis 20 Metern herzustellen. In einem in der Fachzeitschrift „Applied Optics“ veröffentlichten Artikel geht Rabien detailliert darauf ein, dass er zunächst eine derzeit nicht näher bezeichnete Flüssigkeit in einer Vakuumkammer verdampfte, die sich langsam auf Innenflächen ablagerte, bevor sie sich zu einem Polymer verbindet, das schließlich die Basis des Spiegels bildet.

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Teleskopspiegel benötigen eine Parabelform, um das Licht auf einen einzelnen Punkt zu konzentrieren. Um dies zu erreichen, positionierten Rabien und sein Team einen rotierenden Behälter mit zusätzlicher Flüssigkeit in der Vakuumkammer. Diese neu eingeführte Flüssigkeit bildet eine „perfekte Parabolform“, auf der das Polymer dann wächst und die Basis des Spiegels bildet. Wie Space.com feststellt, „wird durch Verdunstung eine reflektierende Metallschicht auf die Oberseite aufgebracht und die Flüssigkeit wird weggespült.“

„Unter Ausnutzung dieses grundlegenden physikalischen Phänomens haben wir ein Polymer auf diese perfekte optische Oberfläche aufgetragen, das eine parabolische dünne Membran bildete, die als Primärspiegel eines Teleskops verwendet werden kann, sobald sie mit einer reflektierenden Oberfläche wie Aluminium beschichtet ist“, erklärte Rabien in der Ankündigung .

Obwohl das Material in der Studie zu diesem Zeitpunkt leicht gefaltet oder aufgerollt werden könnte, um es für die Lieferung in den Weltraum zu verstauen, wäre es „nahezu unmöglich“, diese optimale parabolische Form wiederherzustellen. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Forscher eine neue thermische Methode, die lokale, lichtbedingte Temperaturänderungen nutzt, um eine adaptive Formkontrolle zu erreichen, die die Membran wieder in ihre notwendige optische Form bringen könnte.

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Zusätzlich zu ihren teleskopischen Anwendungen könnten die neuen Spiegelmembranen für adaptive optische Systeme verwendet werden. Diese Systeme basieren auf verformbaren Spiegeln, um die Verzerrung des einfallenden Lichts zu kompensieren. Aufgrund der extremen Formbarkeit des neuen Materials könnten die Spiegel über elektrostatische Aktuatoren auf eine Weise geformt werden, die kostengünstiger ist als bestehende Methoden.

Mit Blick auf die Zukunft hofft Rabiens Team, weitere Experimente durchführen zu können, um die Formbarkeit der Membran zu verbessern und die anfängliche Verformung zu verbessern, mit der sie umgehen kann. Es gibt auch Pläne für noch größere Endprodukte – ein Ziel, das von entscheidender Bedeutung sein könnte, um die neue Entwicklung in den Weltraum zu bringen.

Andrew Paul ist Mitarbeiter bei Popular Science und berichtet über technische Neuigkeiten. Zuvor schrieb er regelmäßig Beiträge für The AV Club und Input und seine jüngsten Arbeiten wurden auch von Rolling Stone, Fangoria, GQ, Slate, NBC sowie McSweeney's Internet Tendency vorgestellt. Er lebt außerhalb von Indianapolis.