كيف ستعمل المرايا الضخمة لأكبر تلسكوب بصري في العالم سيتم بناؤه في تشيلي؟

في صحراء أتاكاما القاحلة، إلينوي شيلييتشكل مشروع ضخم يعد بإحداث ثورة في فهمنا للكون. على ارتفاع أكثر من 3000 متر فوق سطح البحر، على قمة جبل المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) يبني تلسكوب كبير جدًا (ELT)أكبر تلسكوب بصري في العالم. وتم تصميم هذه “العين في السماء” العملاقة لالتقاط صور للكون بدقة وتفاصيل غير مسبوقة، ومن المتوقع أن يبدأ تشغيلها في عام 2028.

بناء إلت وهو ليس مجرد تحدي هندسي، بل هو جهد عالمي تشارك فيه العديد من البلدان وآلاف العلماء والمهندسين. بفضل مرآة أساسية يبلغ قطرها 39 مترًا وتتكون من 798 قطعة سداسية، يستطيع ELT التقاط ضوء أكثر 100 مليون مرة من العين البشرية. ستسمح هذه القوة المذهلة لعلماء الفلك بمراقبة الأجرام السماوية التي لم يتم اكتشافها من قبل ودراسة الظواهر الكونية بوضوح يفوق أي تلسكوب آخر موجود.

هو تلسكوب كبير جدًا (ELT) لا يتعلق الأمر بحجمها فحسب، بل يشمل أيضًا أحدث التقنيات البصرية. يوجد في قلب هذا العملاق الفلكي بعض من أكثر المرايا تقدمًا على الإطلاق، وقد تم تصميم كل منها خصيصًا لتلبية الاحتياجات المحددة للمشروع. هذه التقنية مفصلة في المقال “التحكم المنفصل في المرآة لـ ELT” نشرت في وقائع الجمعية الفلكية الأمريكية (AAS).

الفلكي والنائب د المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) في شيلي، و الدكتور لويس شافارياويجادل بأن أنشطة ELT تمثل نقلة نوعية في نظرتنا للكون، مقارنة الإنجاز بما حققه جاليليو قبل 400 عام.

المرآة الرئيسية المعروفة باسم م1وهو أكبر وأهم مكون في التلسكوب. يبلغ قطرها 39 متراهذا مصنوع من الزجاج 798 أقسام سداسيةتم محاذاة بعناية لتكون بمثابة مرآة واحدة متجانسة. سيسمح هذا النظام بالتقاط ELT 100 مليون مرة المزيد من الضوء وهي ضرورية أكثر من العين البشرية لمراقبة أبعد الأجسام وأكثرها خافتة في الكون. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم M1 للحفاظ على شكله وموضعه بدقة غير عادية، مع القدرة على ضبط محاذاته بدقة متناهية. 10000 مرة أكثر إلى سمك شعرة الإنسان.

عنصر أساسي آخر مرآة M4إنها أكبر مرآة قابلة للتشوه تم بناؤها على الإطلاق. هذه المرآة لديها إمكانات تغيير الشكل 1000 مرة في الثانية تصحيح التشوهات الناتجة عن الاضطرابات الجوية واهتزازات التلسكوب. وهي مكونة من ست بتلات من مادة سيراميك زجاجية رقيقة جداً، ذات سمك أقل. 2 ملم. تعد هذه المرونة أمرًا أساسيًا لضمان أن تكون الصور الملتقطة واضحة ودقيقة قدر الإمكان، والقضاء على أي تشويه قد يؤدي إلى الإضرار بالبيانات العلمية.

تمثل نظارات ELT أحد إنجازات الهندسة البصريةالجمع بين الدقة القصوى والتكنولوجيا التكيفية المستمرة التي تضمن أفضل جودة للرصدات الفلكية. وبمجرد الانتهاء من ذلك، سيتم نقل هذه المرايا إلى تشيلي، حيث سيتم تركيبها وإعدادها لبدء عمليات التلسكوب.

بينما المرايا العملاقة تلسكوب كبير جدًا (ELT) إنهم يستعدون لالتقاط الضوء من أقاصي الكون معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية في كارشينج بألمانيا، قام فريق من العلماء بتطوير مرآة مختلفة تمامًا، ولكنها ثورية بنفس القدر: أ مرآة الكم.

عالم الفلك مايكل ماركيتالذي عمل في مرصد بارانال التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي منذ عام 2021، يشير إلى ذلك يلتقط صورًا أكثر وضوحًا بخمس مرات من صور ELT تلسكوب جيمس ويب الفضائيبفضل حجم المرآة الأساسية.

في عام 2020، حقق فريق من الباحثين من المعهد إنجازًا بدا وكأنه من الخيال العلمي: إنشاء طبقة واحدة من تصطف 200 ذرة يتصرفون بشكل جماعي مثل المرآة. لم يقتصر هذا الإنجاز على جعل المرآة أصغر من أن تُرى بالعين المجردة فحسب، بل فتح أيضًا إمكانيات جديدة في مجال البصريات الكمومية. في العام التالي، 2023، ذهب العلماء خطوة أبعد وأدخلوا ذرة واحدة يمكن التحكم فيها مجهريا في مركز هذا الهيكل، مما أدى إلى إنشاء “مفتاح كمي”. يتيح لك هذا المفتاح التحكم فيما إذا كانت الذرات تتصرف بشكل شفاف أو انعكاسي، الأمر الذي له آثار كبيرة على التعامل مع الضوء عند المقاييس الصغيرة جدًا.

هو الدكتور باسكال ويكاسرووجد باحث ما بعد الدكتوراه في المعهد أنه عندما يتم امتصاص الفوتون بواسطة هذا الهيكل المنظم ثم ينبعث، فإنه ينبعث في اتجاه يمكن التنبؤ به، مما يجعل التكوين مرآة كمومية. هذه القدرة على التحكم في اتجاه الضوء المنعكس لها تطبيقات محتملة في تطوير تقنيات الكم المتقدمة. الشبكات الكمومية المقاومة للقرصنةسيحدث ثورة في طريقة تخزين ونقل المعلومات في المستقبل.

تمثل هذه المرآة الكمومية تقدمًا كبيرًا في علم اللانهاية، يوضح كيف يمكن استخدام مبادئ ميكانيكا الكم لإنشاء أجهزة ذات خصائص بصرية جديدة. ومع تقدم الأبحاث في هذا المجال، من المرجح أن نرى تطبيقات أكثر إثارة للدهشة من شأنها أن تغير الطريقة التي نفهم بها الضوء ونستخدمه على المستوى الكمي.

تم وصف التقنية الكامنة وراء هذه المكونات في “تصميم وأداء مرآة قابلة للتشوه لـ ELT”، المنشورة في وقائع مؤتمر SPIE للهندسة البصرية والتطبيقات.

شركة بصريات، بالقرب من شتوتغارت، في شمال شرق ألمانيا جايس ويجري تطوير تقنية، على الرغم من أنها ليست مخصصة لاستكشاف الفضاء مثل المرايا تلسكوب كبير جدًا (ELT)مفتاح النهوض بصناعة المناظر الطبيعية: التصنيع رقائق الكمبيوتر.

لقد فعل جايس ذلك على أكمل وجه نظارات رقيقة جدا أصبحت مكونات أساسية للآلات الطباعة الحجرية فوق البنفسجية القصوى (EUV).تستخدم لطباعة الدوائر على رقائق السيليكون، أساس الرقائق الدقيقة. يتم تصنيع هذه الآلات من قبل شركة هولندية ASMLوهو أمر حاسم لإنتاج الرقائق الأكثر تقدمًا في العالم المستخدمة في كل شيء بدءًا من الهواتف الذكية وحتى أجهزة الكمبيوتر العملاقة.

نظارات Zeiss EUV قادرة على ذلك يعكس الضوء بأطوال موجية قصيرة جداًيتيح دقة لا تصدق عند إنشاء أشكال دائرية صغيرة. لفهم هذا المستوى من الدقة، ترتد هذه المرايا الضوء من سطح الأرض، وبهذا الارتداد، يقال إنها قادرة على استخراج كرة جولف على القمر. هذه القدرة ضرورية لتلبية الطلب المتزايد على التصغير في صناعة أشباه الموصلات، حيث يجب طباعة المزيد من الترانزستورات على رقاقة السيليكون لإنشاء رقائق أكثر قوة.

قامت الشركة بتطوير هذه المرايا فائقة النعومة وأنظمة التحكم في موضع المرآة التي توفر قياسات دقيقة سمحت لصناعة أشباه الموصلات بالتقدم على قدم وساق. في الواقع، خطوة دكتور روماند الهدف من شركة زايس هو الحصول على شريحة إلكترونية دقيقة مليار الترانزستوراتقفزة مثيرة للإعجاب 100.000 مليون هذا هو المعيار الحالي. ولن يؤدي ذلك إلى تسريع قوة وكفاءة الأجهزة التكنولوجية فحسب، بل سيؤدي أيضًا إلى دفع الابتكار في مجالات مثل الذكاء الاصطناعي و معالجة البيانات.

ديفيد ديانانائب مدير موقع ESO يقارن الهيكل ELT مع الكولوسيوم في روما: “إنه مثل المدرج الخاص في تشيلي.”صرحت ديانا، التي عملت أيضًا في مرصد ALMA في أتاكاما.

تقع تكنولوجيا زايس في مركز الثورة التكنولوجية التي يمكن أن تعيد تعريف ما هو ممكن في العالم الرقمي. تعتبر نظارات الأشعة فوق البنفسجية الخاصة بهم أساسية لمواكبة الصناعة حيث تعد الدقة والابتكار المستمر ضروريين للتقدم.