¿Cómo se asegura que se forme una forma parabólica mientras se pule el espejo de un telescopio?

Entiendo que pulir el espejo con un abrasivo cada vez más fino puede crear una curvatura, pero ¿cómo es posible obtener una curva uniforme que forme una parábola mientras se pule a mano?

Estos son dos enlaces útiles: Joy of Mirror Making y Parabolizing a Telescope Mirror, ambos del mismo sitio web muy útil.
@StephenG buenas páginas allí, pero lamentablemente no hay discusión sobre una amoladora parabólica, solo cómo probar la curva durante el proceso. Me parece recordar algunas plantillas articuladas basadas en el enfoque de geometría de lápiz y cuerda, gizmology.net/parabola.htm , que le permiten lapear la superficie parabólicamente, pero no puede encontrar un diseño en línea.
@CarlWitthoft Ninguna plantilla será lo suficientemente precisa como para pulir una parábola en un espejo de telescopio. El error aceptable es inferior a 0,1 micras. El proceso tiene que ver con técnicas especiales de pulido que ajustan una superficie inicial de alta precisión, empujándola hacia la forma deseada.
@FlorinAndrei He visto máquinas con precisión mejor que esa, aunque caras. Sin embargo, lo que estaba sugiriendo era una plantilla que corta una forma parabólica para empezar, en lugar de comenzar con una esfera y 'transformarse' en una parábola a través del tiempo de rectificado dependiente del radio.
@CarlWitthoft Si está hablando de máquinas para fabricar lentes y espejos, yo mismo construí una. Pero la precisión de la superficie generada no proviene de la máquina en la forma en que la mayoría de la gente piensa, es decir, no se puede decir que la máquina tenga una precisión de 0,1 micras o menos. El proceso tiene esa precisión, y eso es diferente.
Además, al rectificar, la precisión es demasiado baja como para importar si está apuntando a una esfera o una parábola. No importa en absoluto. No pierdas tu tiempo haciendo plantillas. El énfasis en esta etapa no está en la precisión, sino en quitar el vidrio (pulido basto) y alisar la superficie (pulido fino). Solo después de pulir y calcular, la distinción es significativa. Hablo aquí exclusivamente de ópticas para la gama IR/visible/UV. Todo esto sería mucho más claro si pasara por el proceso de hacer ópticas al menos una vez.

Respuestas (1)

¿Cómo se asegura que se forme una forma parabólica mientras se pule el espejo de un telescopio?

Mientras que una forma esférica es bastante fácil de obtener, ¡una forma parabólica definitivamente no lo es!

Es una combinación de golpes de pulido especiales y retroalimentación a través del control y las pruebas.

https://stellafane.org/tm/atm/mirror-refs/strokes.html

Los golpes de pulido normales (centro sobre centro, 1/3 de amplitud de diámetro) tienden a formar una esfera. Cuando todo va bien, la superficie del espejo tiende a volverse esférica, o muy parecida a ella. Esto no es diferente de la molienda, solo más precisa. Cuando dos superficies se frotan entre sí en un tipo de articulación de rótula, se eliminarán todas las irregularidades y ambas superficies "querrán" volverse esféricas, o cercanas a ellas.

Cuando se fabrican espejos de telescopio, el llamado "recorrido normal" es lo que lo logra de la mejor manera.

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Ahora, aquí está el detalle esencial: no importa qué otra curva esté tratando de obtener (parábola, hipérbola, elipse), con el fin de hacer espejos de telescopio, todas estas curvas están muy cerca de un círculo, dentro de una fracción de micra.

Entonces, un proceso típico tiene un objetivo inicial de hacer una esfera (la sección transversal es un círculo). Esto no es obligatorio, pero es más fácil hacer primero una esfera y luego aplicarle "correcciones". Definitivamente puedes hacer una parábola directamente, pero el proceso es más complejo.

Para los espejos de los telescopios, la parábola que se necesita es básicamente un círculo más profundo en el centro y menos profundo hacia el borde. Entonces, si comienzas con un espejo esférico (sección circular) y usas trazos de pulido que tienden a profundizar el centro de manera gradual, puedes acercarte bastante a una parábola. Esto se conoce como un "golpe de parabolización".

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Tenga en cuenta que a medida que aplica ese trazo, el centro sigue profundizándose. En algún momento, la corrección será más profunda que una parábola y el espejo se volverá hiperbólico. Eso es a veces lo que realmente necesita (si hace un espejo hiperbólico para un telescopio Ritchey-Chretien). O si te detienes demasiado pronto, el espejo es elíptico, que se usa en otros diseños. La parábola es el borde delgado entre los dominios elíptico e hiperbólico.

Comienzas con un espejo donde la sección transversal es un círculo (espejo esférico). Comienzas a aplicar el trazo W. El círculo se convierte inmediatamente en una elipse muy poco profunda, que sigue profundizándose. En algún momento, por muy poco tiempo, esa elipse se convierte en una parábola. A medida que continúa haciendo el trazo W, la parábola cambia rápidamente y ahora tiene una hipérbola que se vuelve cada vez más profunda.

La clave aquí es la prueba. Aplicas el trazo de parabolización por un corto tiempo, luego te detienes y pruebas el espejo. Hay muchas técnicas de prueba; la máscara Couder es bastante simple y muy popular; o podría usar un interferómetro si tiene (o puede construir) uno. ¿Sigue siendo elíptico? Sigue parabolizando. ¿Se ha vuelto hiperbólico? Restablezca a una esfera y vuelva a intentarlo. O ajuste el trazo si el borde o el centro se corrigen demasiado rápido.

Aplicar trazos parabolizantes. Prueba. Modifique la técnica si es necesario. Repetir. Eso es todo al respecto.

Nota: estoy usando jerga en el texto anterior. "Más profundo" realmente significa "curvado más fuerte". "Superficial" en realidad significa "menos fuertemente curvado". La diferencia entre el círculo y la parábola es que la parábola tiene una curvatura más pronunciada en el centro, mientras que la curvatura en el borde es menos pronunciada. El círculo tiene una curvatura constante en todas partes, por definición.

Esto no significa necesariamente que el centro del espejo esté físicamente más deprimido; mientras realiza cualquier trazo, toda la superficie se sigue puliendo todo el tiempo. Pero las curvaturas relativas del centro frente al borde pueden cambiar.

Más profundo versus más superficial son términos que reflejan el proceso físico, ya sea que la herramienta aplique más o menos presión en un área determinada del espejo (por lo que el pulido es más rápido o más lento allí). Pero el atributo geométrico que en realidad cambia el proceso, que nos interesa, es el radio de curvatura. Donde la herramienta aplica más presión, el radio de la curvatura disminuye rápidamente (la superficie se curva más fuertemente).

Más profundo y más superficial son términos prácticos relacionados con el proceso. Más o menos fuertemente curvados son términos teóricos relacionados con la geometría. Cuando haces espejos, después de un tiempo estos términos se vinculan en tu mente.

Ayuda si estás familiarizado con las secciones cónicas:

https://en.wikipedia.org/wiki/Conic_section

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rojo = circulo

naranja = elipse

verde = parábola

azul = hipérbola

+1¡Espero que no le importe la pequeña edición de esta excelente respuesta! Para tu información, acabo de hacer la siguiente pregunta relacionada con la fabricación de espejos: ¿Por qué este telescopio es tan corto? ¿Qué tan difícil es hacer una primaria tan rápida?
¿Cómo se asegura que se forme una forma parabólica mientras se pule el espejo de un telescopio?
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