¿Cuándo "volver a platear" los espejos de grandes telescopios se refirió realmente a la aluminización y por qué era necesaria?

Esta respuesta resume muy bien la imagen general del uso histórico de la plata para espejos de telescopios de tamaño mediano a grande, y el cambio al aluminio una vez que estuvieron disponibles cámaras y bombas de vacío de buena calidad adecuadas para este proceso. Una superficie de aluminio recién evaporada y atómicamente limpia a veces puede reaccionar violentamente con el oxígeno, por lo que esto debe hacerse bajo alto vacío y ventilarse primero con cuidado con gas inerte.

¿Cuándo comenzó el término "volver a platear" a referirse en realidad al revestimiento de aluminio y no a la plata? ¿Era ese realmente el caso en los años 60 o 70?

Por lo que recuerdo, el aluminio evaporado formará una capa protectora de óxido ("óxido nativo") del orden de 10A de espesor en segundos o minutos que es autolimitante: no puede penetrar más oxígeno en esta capa.

Si esto es así, ¿por qué era realmente necesario volver a platear? El costo, el riesgo y el tiempo de inactividad asociados con la eliminación del espejo principal y otros cada pocos años parece algo que no haría a menos que sea absolutamente necesario.

@JamesKilfiger, ¿puede ayudarme y encontrar algún tipo de referencia que diga que la plata rara vez se usó después de 1930? Estoy bastante seguro, junto con todos los demás, de que a mediados de siglo el aluminio es la mejor opción, pero realmente necesito encontrar una fuente que pueda citarse. Y si es aluminio, ¿por qué (en realidad) tendría que volver a depositarse regularmente? ¿Por qué serían necesarias realuminizaciones periódicas (re-plateado)? Si puede ayudar con una referencia a un artículo, o dar una cita de un libro (si es difícil de encontrar), eso es muy útil, ¡gracias!
El problema es hacer que el revestimiento de aluminio se adhiera al vidrio del espejo y lo mantenga adherido, especialmente si usa técnicas como la limpieza de nieve con CO2 para eliminar la suciedad y otra "basura" que se acumula en el espejo. El revestimiento se degrada con el tiempo, incluso con la limpieza, y puede desprenderse. Nuestros telescopios de 2 m se realuminizaron después de ~2,5 años (no tenemos un tanque local) después de la reflectividad aprox. duplicado La plata tiene mejor reflectividad en el IR (de ahí el uso de Spitzer) pero es mucho peor en el azul y UV; ver gráfico en astronomy.stackexchange.com/a/29372/23748
A principios de los 70 tenías tu espejo plateado o aluminizado. La distinción era importante. Podría platear en casa, pero la aluminización requería enviar el espejo. Usted especificó plata o aluminio en el pedido. También había todo tipo de revestimientos elegantes que podría haber aplicado sobre su aluminio/plata. También puede obtener un recubrimiento de oro al vacío para el trabajo IR.
Los telescopios Gemini tienen espejos plateados.
Creo que la plata es más eficiente en IR.
@ProfRob La principal ventaja de la plata es que reduce la emisión térmica total del telescopio , van de la mano, por supuesto, pero no es la mayor reflectividad que buscan, es la menor emisividad, por las mismas razones discutidas en mi enlace sobre radiotelescopios. El espejo está caliente, pero con la emisividad más baja. ε de plata, irradia algo menos de energía térmica en IR a través de ε σ T 4 de lo que lo haría un revestimiento de aluminio.
@ProfRob desde aquí : Los revestimientos de plata protegidos reducen la emisión de infrarrojos térmicos del telescopio en un factor de 2-3 en comparación con los revestimientos de aluminio.

Respuestas (3)

Fabricante aficionado de telescopios y espejos aquí. No estoy seguro si califico como una "fuente citable", pero de todos modos, aquí está:

Todos los metales eventualmente se deslustrarán. Puede tomar mucho tiempo, pero sucederá. El proceso no siempre es enteramente químico. A veces es puramente mecánico (abrasión). Otras veces está en el medio. Los fenómenos de superficie son complejos.

Incluso los espejos recubiertos de oro se empañarán. Podrías usar oro para observaciones infrarrojas. Pero no importa cuánto lo cuide, eventualmente tendrá que volver a recubrirlo. Claro, el oro dura bastante tiempo, pero ni siquiera el oro es para siempre.

El aluminio está cubierto con una capa natural de zafiro incoloro (óxido de aluminio), que protege el metal de una mayor destrucción; el zafiro es muy duro y muy inerte químicamente. Pero el oxígeno todavía se difunde a través del zafiro (aunque muy lentamente), al igual que otros agentes de corrosión como los óxidos de azufre, la sal marina, etc.

Entonces, sí, reemplazar la plata con aluminio fue una mejora. Pero ni siquiera el aluminio es para siempre. En la práctica, quizás duplique la vida útil de la capa reflectante cuando migre de plata a aluminio.

Cabe señalar que la plata todavía se usa. El aluminio es el más popular hoy en día, pero todavía encontrarás espejos recubiertos de plata (su reflectividad es mayor que la del aluminio), recubiertos de oro (para infrarrojos), etc.

Existen otras técnicas de recubrimiento, como la aplicación de capas de óxido de silicio sobre el metal, que mejoran aún más la vida útil de cualquier tipo de metal.

¡Gracias! Deberíamos llamar a lo amorfo Alabama 2 O 3 capa de alúmina. El zafiro es un cristal. Como una analogía aproximada, generalmente llamamos amorfa SiO 2 sílice, no cuarzo ¿Por qué cree que el aluminio continúa oxidándose significativamente después de que se forma la capa de óxido nativo, incluso años después? ¿Leíste eso en alguna parte? ¿Es posible rastrearlo? ¿Hay algún dato en alguna parte que realmente muestre que los recubrimientos de aluminio de buena calidad se degradan por reacción química del aluminio con algo en el aire? ¿Estás seguro de que el oro "se empaña"?
Mi teoría es que lo que realmente se necesita hacer es simplemente limpiar, y la forma más fácil de limpiar un revestimiento tan delicado es quitarlo y volver a depositarlo. En cuanto al oro, no estoy seguro de que reaccione químicamente con el aire. Sin embargo, si se acumula una fina capa de compuestos orgánicos de la atmósfera, estos pueden ser fuertes absorbentes en alguna longitud de onda IR, y si una capa orgánica es capaz de absorber la humedad de la atmósfera, podría ser un absorbente aún más fuerte. Pero no creo que el oro en realidad reaccione químicamente con el aire y se deslustre.
Como dije, es bastante complejo. Tu teoría es incorrecta. Existen procedimientos de limpieza definidos para los espejos de los telescopios que no implican una nueva capa. Independientemente de la naturaleza del proceso, el hecho es que cualquier capa metálica reflectante que trabaje en condiciones distintas al vacío, con el tiempo, se volverá cada vez menos reflectante. Hay muchas cosas en el aire, no solo el oxígeno, que atacarán los metales; por ejemplo, los espejos que se usan cerca de los océanos se deslustrarán más rápidamente en comparación con los que se usan en los desiertos. También hay procesos de deslustre puramente mecánicos de partículas que golpean el espejo.
¿Hay algún dato que respalde esto? Tal vez un gráfico de reflectividad vs años, para un espejo astronómico de aluminio, con alguna discusión de por qué se sabe que es una degradación del aluminio, y no solo una acumulación de suciedad. Parece bastante seguro, por lo que debe haber alguna evidencia científica que lo haya convencido.
Por ejemplo, si observa este documento , parecen informar que tanto el espejo de control (Figura 1. protegido del medio ambiente) como el espejo expuesto al medio ambiente que se lavaba una vez al mes (Figura 4.) permanecieron con una reflectividad de aproximadamente el 90 % durante 32 meses . Pero el espejo que se expuso pero no se lavó (Figura 2.) se redujo a alrededor del 80 % en 32 meses. Aquí no hay teoría, son datos.
Sin embargo, los datos ciertamente son consistentes con la idea de que el óxido nativo que aparece rápidamente en una superficie lisa de aluminio puro expuesta a un ambiente que contiene oxígeno lo protegerá de reacciones posteriores.
Una última vez: el oxígeno no es el único agente de deslustre, y la química pura no es el único proceso de deslustre. Un simple examen de docenas o cientos de espejos usados ​​en el campo durante años debería ser suficiente para disipar esta noción. Además, leer un artículo aquí y allá desde la comodidad de tu sofá no equivale a hacer ciencia. Finalmente, y creo que este es el punto más destacado aquí, es posible que desee examinar si es el verdadero deseo de comprensión lo que impulsa su argumentación, o si es algo más.
¡No tengo un sofá! ¿Hay alguna manera agradable de preguntar "¿cómo sabes que esto es cierto?" con el que te sientes cómodo? La ciencia no es sólo una afirmación enfática. ¿Puede mostrar alguna evidencia científica para respaldar la afirmación de que el aluminio se degrada? Estoy tratando de entender si el aluminio realmente se degrada y debe ser removido y reemplazado, y si es así, por qué. Pero necesito más que " ¡porque lo digo yo! ¡por eso! " tipo de apoyo para la respuesta.
He agregado una respuesta , no dude en comentar, ¡gracias!

Ha pasado bastante tiempo sin actividad, así que publicaré una respuesta basada en mi comentario .

tl; dr: Comenzó en la década de 1930, ¡pero incluso el telescopio espacial Kepler todavía usaba plata!

Esta publicación en cloudynights.com dice:

Los espejos aluminizantes fueron desarrollados por John Strong, a principios de la década de 1930. Se puede leer sobre esto en su libro Procedimientos en Física Experimental.

De Archive.org's https://archive.org/details/ProceduresInExperimentalPhysics/page/n181

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El tanque de 40 pulgadas, Figura 13, muestra el tipo de equipo utilizado en el Instituto de Tecnología de California para espejos más grandes. Se han utilizado sistemas aún más grandes 26

26 http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1936ApJ....83..401S El proceso de evaporación y su aplicación a la aluminización de espejos de telescopios grandes también aquí

De ese papel:

PELÍCULAS DE ÓXIDO SOBRE ALUMINIO

La película de aluminio se protege automáticamente contra el deslustre por una película de óxido (presumiblemente corindón, Al2O3 o bauxita, Al2O3*2H20) que comienza a formarse tan pronto como el aluminio entra en contacto con el aire. Este óxido se vuelve más espeso con el tiempo durante unos sesenta días, cuando es muy duro y resistente, formando una superficie que no se raya fácilmente cuando se quita el polvo y se limpia.

La formación de la película de óxido de aluminio sobre una superficie de aluminio metálico expuesto ha sido estudiada por Vernon,31 quien pesó la muestra con una precisión de 1/100 mg y trazó el incremento de peso debido a la oxidación en función del tiempo. El período de tiempo requerido para que la película de óxido alcanzara su espesor natural fue de siete a catorce días. Después de esto, el espesor de la película permaneció casi constante a 100 A.

Esta capa de óxido es, por supuesto, demasiado delgada para producir efectos de interferencia. Sin embargo, podría ser mucho más grueso y aun así no dar interferencias, debido a su transparencia y la alta reflectividad del aluminio subyacente.32

El artículo muestra por qué muestra una razón adicional por la cual el aluminio era más atractivo que la plata para los astrónomos, incluso cuando la aluminización era un proceso desafiante y difícil: ¡el rango espectral!

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Plateado de Wikipedia

Un proceso de deposición de aluminio al vacío inventado en 1930 por el físico y astrónomo de Caltech, John Strong, hizo que la mayoría de los telescopios reflectores cambiaran al aluminio. 9 Sin embargo, algunos telescopios modernos usan plata, como el observatorio espacial Kepler. La plata del espejo de Kepler se depositó mediante evaporación asistida por iones.

9 Fuente

De esa fuente archivada, una publicación de Jim Destefani: Mirror, Mirror - Keeping the Hale Telescope ópticamente nítido :

¿Por qué limpiar? Se podría pensar que el espejo Hale, ubicado en lo profundo del funcionamiento del telescopio en la cúpula del Observatorio, estaría relativamente protegido de la suciedad y los suelos. Pero los espejos de los telescopios se usan mucho, y el Telescopio Hale no es una excepción. Según W. Scott Kardel del Observatorio Palomar, el Telescopio Hale de 200 pulgadas en el Observatorio se utiliza un promedio de 300 noches al año. Incluso con limpiezas semanales, los espejos deben recibir periódicamente una nueva capa de aluminio reflectante.

“La suciedad que se puede acumular en el espejo incluye aceites de la maquinaria”, explica Kardel. “Tenemos motores que impulsan el funcionamiento del telescopio que tienen más de 60 años. Algunos de ellos están suspendidos sobre el espejo principal, porque también usamos espejos más pequeños que deben moverse dentro y fuera de su posición. De vez en cuando, uno de los motores puede tener fugas. El petróleo también puede provenir de otros lugares”.

Otros posibles suelos incluyen gotas ocasionales de lluvia o condensación, que dejan manchas de agua. “Una mancha de agua con un poco de polvo o cenizas de un incendio, por ejemplo, puede eventualmente formar un ácido”, dice Kardel. Obviamente, eso no es aceptable en una superficie que necesita ser lo más ópticamente perfecta posible.

Para combatir las acumulaciones rutinarias de suelo, el personal del observatorio realiza una limpieza semanal con dióxido de carbono de la superficie del espejo. Pero incluso esto no eliminará las manchas de agua.

Eventualmente, la superficie del espejo se degrada hasta un punto en el que se hace necesaria una restauración completa, incluida la limpieza, el decapado del viejo revestimiento de aluminio metalizado al vacío y el repintado. “En términos históricos, hemos realizado el decapado, la limpieza y el remetalizado completos aproximadamente cada 18 meses a dos años”, dice Bruce Baker, senior de oficios calificados en el Observatorio. “Por supuesto, algo de eso depende de la programación del telescopio y de cómo se usa”.

El aluminio forma rápidamente un óxido nativo cuando se expone a la atmósfera. El aluminio es increíblemente exotérmicamente reactivo con el oxígeno. La fina película resultante de Al2O3 o alúmina tiene solo decenas de angstroms de espesor, pero la reacción es autolimitante porque la capa resultante no puede ser penetrada por más oxígeno una vez que alcanza este espesor. Es un poco similar a la formación de óxidos nativos en el silicio por razones similares.

Aquí hay un ejemplo de cómo se ve el "re-plateado" del espejo Hale de 200 pulgadas. Entre 01:00y 01:30puedes ver lo complicado que puede ser un proyecto simplemente lavando el espejo. En este punto, probablemente sea una mejor idea renovar la superficie que intentar hacerlo sin dañar una superficie de aluminio existente.

El artículo Tasas de degradación de la reflectividad de los revestimientos de aluminio en las Publicaciones CFHT de la Sociedad Astronómica del Pacífico, v.109, p.303-306 muestra que los espejos de aluminio que se lavan regularmente están bien sin volver a pintar.

Los datos experimentales en el documento respaldan la ciencia básica; el óxido de aluminio nativo se forma rápidamente, permanece muy, muy delgado (decenas de angstroms) y se convierte en una barrera permanente para una mayor reacción del aluminio. La alúmina tampoco es reactiva; Las cerámicas de alúmina se utilizan en una amplia variedad de situaciones químicamente reactivas y corrosivas debido a su falta de reactividad.

La renovación de la superficie de los espejos aluminizados es necesaria de vez en cuando cuando la limpieza con agua y jabón causaría más daño de lo que beneficiaría porque la suciedad se adhiere a la superficie del espejo. No se hace porque se comprometa la integridad del aluminio, sino porque es una mejor opción que limpiar por razones prácticas.

GIF ("comparador de parpadeo")

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De http://global.kyocera.com/fcworld/charact/chemistry/chemiresist.html - la alúmina puede ser potencialmente muy resistente al ataque químico en comparación con otros materiales - tenga en cuenta la escala logarítmica.

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Las figuras individuales:

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Plateé mi primer espejo en casa porque podía conseguir los productos químicos a bajo precio. (No sé si a los peones ya se nos permite el ácido nítrico). A principios de los años 70, enviar un espejo para aluminizar era mucho más costoso.

Pido disculpas por la extensión de esta respuesta, pero este es un tema complicado de abordar. Gracias a todos.

Fui propietario de una tienda de cámaras durante muchos años y tengo más de 60 años en fotografía. Empecé en la fotografía a través de la astronomía en la escuela secundaria. Fui a la Universidad de Iowa, comencé en Física y Astronomía, pero mis habilidades matemáticas no estaban a la altura, así que fui a Radio-TV-Film. La física fue una gran base para la fotografía, como bien puedes imaginar.

Sabía lo suficiente de física y ciencia para ser un peligro para mí y para quienes me rodeaban.

Hace varios años, salió al mercado un producto llamado ROR (Eliminador de aceite residual), inventado por un hombre de Illinois a quien conocí casualmente. Su premisa era que en el mundo de hoy, gran parte de la 'suciedad y el polvo' que percibimos en la óptica de todo tipo, está suspendido en gotas microscópicas de aceite en la atmósfera, y cuando usamos anteojos y caminamos o nos movemos, esas gotas microscópicas , que también contiene suciedad/polvo de todo tipo, recubre las superficies ópticas y todo lo demás, y lo respiramos.

Supongo que este depósito aceitoso también puede ser la causa del deterioro "rápido" de los recubrimientos ópticos en los espejos de los telescopios, se acumula con el tiempo, se seca, lo que forma un pegamento o una capa pegajosa que también hace que se acumule polvo y suciedad. subir más rápidamente.

Si puede encontrar ROR en una tienda local de cámaras (o similar), compre una botella, usé un pañuelo de papel Kleenex para limpiar mis anteojos. Rocíe el ROR directamente sobre el vidrio, ambos lados, una sola lente, frótelo suavemente hasta que se seque, luego póngase los anteojos y compare las vistas, se sorprenderá. El otro efecto de ROR fue que al limpiar el vidrio una vez, luego una segunda vez, el vidrio simplemente se vuelve resbaladizo. El ROR, de alguna manera, limpia los microporos del vidrio y elimina el material aceitoso y pegajoso en el fondo.

Por supuesto, se puede usar en cualquier superficie de vidrio óptico que yo sepa.

Fue respaldado, según recuerdo, por la NASA, el FBI, Nat Geo, etc. Así que buenas credenciales.

¡La longitud de tu respuesta está absolutamente bien! Y su contenido también. :-) ¡Bienvenido a Astronomy SE!
¡Gracias por su respuesta! Sí, creo que su experiencia está de acuerdo con lo que está escrito y citado en esta respuesta en que el "deterioro" de las superficies ópticas (en el caso de las superficies reflectantes, pero no importa) se debe a una acumulación de material, no degradación de la superficie física o de lo que hay debajo. Tanto las lentes como los espejos metalizados están cubiertos con revestimientos dieléctricos tanto en la fabricación como en algunos casos (plata real si está expuesta) debido a la exposición a la atmósfera.
En los casos en que "volver a platear" se refiere específicamente a la realuminización, probablemente sea más fácil quitar el recubrimiento como parte del proceso de limpieza que limpiar ópticamente el espejo a fondo sin dañar ópticamente su superficie. Por cierto, la suya es una respuesta bien escrita, concisa y relativamente corta. ¡ Aquí hay un ejemplo de cómo se ve una respuesta larga para comparar! ;-)
¿Cuándo "volver a platear" los espejos de grandes telescopios se refirió realmente a la aluminización y por qué era necesaria?
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