Việc xây dựng và chế tạo một thấu kính cho một kính viễn vọng khổng lồ không phải là một công việc đơn giản.
Kích thước của kính, độ cong của kính được tính chính xác tới thang nanomét, các hiệu ứng quang học của kính được tính toán một cách cẩn thận và phần mềm thích ứng được tích hợp để hỗ trợ giúp cho kính thiên văn có thể thực hiện các nhiệm vụ hết sức phi thường.
Tuy nhiên, những chiếc thấu kính được chế tạo gần đây có trọng lượng lên tới 15 tấn, ví dụ với những chiếc thấu kính của kính thiên văn khổng lồ - Giant Magellan Telescope (GMT) đã buộc các kỹ sư phải đẩy quá trình thiết kế và sản xuất vượt quá mọi giới hạn trước đó.
Thiết kế hệ thống kính thiên văn Giant Magellan với bảy thấu kính khổng lồ. Ảnh: Spapce.com
Xây dựng GMT không phải là nhiệm vụ của nhiều năm, mà là của nhiều thập kỷ. Tổ chức Kính viễn vọng Giant Magellan (GMTO) và một nhóm tại Phòng thí nghiệm Richard F. Caris của Đại học Arizona đã đúc bảy thấu kính đầu tiên vào năm 2005;
Họ hy vọng sẽ hoàn thành việc chế tạo kính thiên văn vào năm 2025. Một khi hoàn thành, nó sẽ là kính thiên văn lớn nhất trên thế giới. Bảy thấu kính rộng 8,4 m sẽ kết hợp để phục vụ như một kính thiên văn dài 24,5 mét với độ phân giải gấp 10 lần so với Kính viễn vọng không gian Hubble.
Và các nhà thiên văn học hy vọng rằng họ sẽ kịp thời theo dõi những hình ảnh trung thực, rõ nét nhất về các thiên hà.
Mỗi tấm gương trị giá 20 triệu đô la Mỹ và mất hơn hai năm để chế tạo. Mỗi giai đoạn của quá trình sản xuất đòi hỏi phải suy nghĩ tính toán một cách cẩn thận và lập kế hoạch chi tiết, tỉ mỉ.
Đầu tiên, một loại kính đặc biệt được đặt hàng với số lượng hơn 17 ngàn kg và chúng được kiểm tra các lỗ hổng, vết rạn nứt một cách cẩn thận. Tiếp theo, một đội phải xây dựng một cấu trúc bằng gốm nặng 15 tấn để làm khuôn cho thủy tinh, và thủy tinh được đặt cẩn thận từng mẩu một lên chiếc khuôn ấy.
Chúng được quay liên tục trong lò nóng và nóng chảy từ từ để tạo ra một thấu kính có hình dạng parabol, sau đó nó được làm mát từ từ trong vòng ba tháng. Và đó mới chỉ là sự khởi đầu.
Sau khi được làm mát, chiếc thấu kính sẽ được lấy ra và đặt thẳng đứng. Các kỹ sư thực hiện tách khuôn gốm ra khỏi thấu kính, chờ cho khô, và sau đó xoay nó lại. Họ mài và tinh chỉnh mặt sau của thấu kính với độ chính xác cực cao.
Sau đó, họ định vị lại thấu kính và đánh bóng mặt trước của nó với độ dày trong vòng 20 nanomet - quá trình này mất khoảng 18 tháng. Và sau đó nó trải qua bốn thử nghiệm quang học khác nhau.
Việc chế tạo bất kỳ một thấu kính khổng lồ nào cũng đòi hỏi nhiều kỹ thuật tương tự, và sáu trong số bảy thấu kính khổng lồ có hình dạng parabol như trên được coi là một thành tựu mới cho phòng thí nghiệm Caris Mirror.
Kính thiên văn khổng lồ sẽ được xây dựng ở một vùng trên đỉnh núi ở Andes Chilê, vì vậy một khi các thấu kính được hoàn thành, chúng phải được vận chuyển đến đó.
Do thiết bị được chế tạo với độ chính xác tới thang nanomet nên việc thao tác lên các thấu kính trong quá trình vận chuyển cũng là một thách thức rất lớn. Tuy nhiên, Tổ chức Kính viễn vọng Giant Magellan (GMTO) tin rằng "Ánh sáng đầu tiên" của kính thiên văn sẽ được quan sát vào năm 2023.
Và sau đó tất cả chúng ta sẽ có cơ hội để nhìn tận sâu vào vũ trụ và thấy các thiên hà đang được sinh ra.
Nguồn: IEEE Spectrum