Alternative al vetro

[Luigi Ruffini]

Ciao a tutti, è da un po’ che non mi faccio sentire… sono in fase di completamento di un telescopio da 30 con basso profilo (l’ottica era stata già terminata lo scorso inverno a breve vi posterò anche le immagini). Scrivo questo nuovo post per avere delle informazioni riguardo a materiali alternativi al vetro, in quanto mi frulla per la testa la possibilità di realizzare un’ottica di dimensioni maggiori (intorno ai 50-60 cm), ma ho trovato molte difficoltà nel reperire dischi di opportuno spessore, quindi mi stavo chiedendo se per caso poteva andar bene che anche il marmo oppure il gres, che ho più volte usato come utensile fino alla grana 1200, ed è incredibilmente simile al vetro.
Tempo fa sono incappato in un video su YouTube dove un astrofilo tedesco ha realizzato un ottica in acciaio paragonabile come prestazione ad un’ottica in vetro, e quindi mi chiedevo se magari si può fare qualcosa non dico in acciaio che mi sembra un po’ estremo però magari con altri materiali.
Voi che ne pensate?

[Giulio Tiberini]

Ciao Luigi.
Ti chiedo scusa, ma sono stato in vacanza e vedo solo adesso il tuo scritto.

Alla tua domanda risponderei che nessun metallo possiede le caratteristiche di stabilità strutturale nel tempo ed uniformità superficiale, ed anche di minima dilatazione termica, accettabili per la realizzazione e il mantenimento della forma di una superficie ottica di precisione come intesa e richiesta ai nostri giorni a questi strumenti.

il grado di lucidatura e di precisione della curva parabolica che deve presentare la superficie ottica di uno specchio parabolico riflettente “diffraction limited” anche solo al livello minimo di entrata della qualità a Lambda/4, deve essere tale da on presentare asperità maggiori di un ottavo della lunghezza d’onda della luce di colore giallo-verde, a cui l’occhio umano è più sensibile, la quale misura 550 nanometri.

Quindi l’asperità massima tollerabile lasciata da un difetto superficiale non deve essere maggiore di (550/8)=68,75 milionesimi di millimetro.

Agli albori della astronomia dei telescopi riflettori, veniva utilizzato un bronzo a “grana fine” speciale per ottica, perchè solo a cominciare dal 1856, Leon Foucault e Carlo Augusto Von Steinheil perfezionarono il sistema di lavorazione manuale del vetro per abrasione, che ancora oggi viene attuato per realizzare uno specchio.
Infatti la scelta del vetro è stata determinata dal fatto che contrariamente a tutti i metalli esso è inattaccabile da ossidazioni a temperatura ambiente, ed è un solido amorfo, cioè esente da qualsiasi struttura cristallina. (Anche se proprio per questo motivo è scientificamente considerato un liquido che alla temperatura ambiente presenta un grado di viscosità infinito).

Il fatto che su qualsiasi materiale di base diverso dal vetro, per la realizzazione di uno specchio ottico, sia presente una struttura cristallina (e quindi reticolare), presuppone l’esistenza di linee di maggiore durezza che portano ad una diversa efficienza di abrasione, il che si oppone alla necessaria omogeneità di lavorabilità della superficie, e porta con se la impossibilità di raggiungere la qualità che oggi si ottiene col vetro.

In conclusione i metalli sono duri, pesanti (tolto l’alluminio che pesa come il vetro) e molto più difficili da lavorare del vetro.

[Luigi Ruffini]

Ciao Giulio, nessun problema, ci mancherebbe…non hai mica la reperibilità…
Ho letto qualcosa sul marmo. Il granito pare che non vada bene, mentre il marmo, specie quello di Carrara pare di si.
Tu ne sai qualcosa?

[Giulio Tiberini]

Ciao Luigi.
No, del marmo come blank da specchi non ne so nulla. Ma per quel poco di geologia didattica che conosco e senso della misura di lavorazioni ottiche, mi pare strano, se non impossibile che un minerale naturale possa avere una uniformità e granulometria inferiore ai famosi 68 nanometri.
Perchè guardandolo da vicino, se già solo con una lente si apprezzano delle zone granulari o comunque simili a cristalli diverse da altre vicine, diventerà impossibile lucidare in modo uniforme con quella precisione minima molto impegnativa.

[Massimo Marconi]

gli specchi del telescopio spaziale James Webb sono in berillio, che comunque è un metallo…

da wikipedia:
Lo specchio primario è costituito da 18 elementi esagonali in berillio affiancati a nido d’ape. Ogni singolo specchio, delle dimensioni di 1,4 metri, è ricoperto da una lamina d’oro spessa 1000 Angstrom (100 nanometri), che riflette meglio la luce infrarossa.[21] La lamina d’oro è a sua volta ricoperta da un sottile strato di SiO2 amorfo (vetro) per proteggerla da graffi in caso di manipolazione o piccole particelle. In fase di lancio lo specchio primario è compattato in 3 sezioni e stivato nel razzo; successivamente è dispiegato con micromotori. La tecnologia ottica del JWST consta di tre specchi anastigmatici. In questa configurazione, lo specchio primario è concavo, il secondario è convesso e funziona leggermente fuori asse; lo specchio terziario rimuove l’astigmatismo risultante e appiattisce anche il piano focale.[21] Ciò consente anche un ampio campo di vista per produrre immagini senza aberrazioni ottiche. È inoltre utilizzato un sistema di servosterzo veloce per consentire la stabilizzazione delle immagini. Il gruppo ottico è fornito da Ball Aerospace & Technologies Corp. sub contraente di Northrop Grumman Aerospace Systems.

[Massimo Marconi]

Altri materiali tra cui il carburo di silicio ( che sembra sia migliore anche del vetro ) sono usati per produrre ottiche , Zygo li ha anche in listino:

https://www.zygo.com/?/opt/components/mirrors/siliconcarbidemirrors.htm

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