Een telescoop bouwen – Vlammende test

De nagloed van de oerknal, Viagra en, ja, zélfs de Post-It is per toeval ontdekt. Ook in ons telescoopbouwproject sloeg serendipiteit toe: we bouwden per ongeluk een warmtecamera. En we wilden alleen maar de vorm van onze telescoopspiegel (in aanbouw) testen. Niet nuttig, maar wel retecool. Check dit filmpje:

Nee, deze telefoon is níet uitgerust met een warmtecamera-app. Ook met het blote oog is de opstijgende warmte van de aansteker te zien! Je moet dan wel op de goede manier in ons magische glas kijken. Ik doe een poging om het uit te leggen.

De ‘rook’ is de hete lucht van de aansteker. En deze verstoort de nauwgezette focus van onze spiegeltest. Die test bestaat uit een ledlampje, een scheermesje, zeer veel geduld en gepriegel om ze in exact de goede positie te krijgen.

Die goede oude Foucault

Nog niet afgehaakt? Ik ga nog wat dieper. Want wat we hier doen is testen of onze spiegel eigenlijk wel een parabool is. De goede oude Léon Foucault (ja, ook de man die met het slinger bewees dat de aarde draait) bedacht een slimme test in de 19e eeuw. Hiermee is precies te bepalen waar de focus van een holle spiegel (of glas) ligt. In de afbeelding hieronder zie je wat er gebeurt.

De Foucaulttest laat licht via twee spiegels over een scheermesje vallen. Het scheermesje laat alleen het licht door dat precies op dit punt gefocust is. Wikibob via CC BY-SA 3.0

Wij deden een aantal metingen, en zo wisten we de focus van verschillende delen van de spiegel. Van de binnenste regio tot aan de randen. Dat is overigens een paar woensdagen priegelen geweest. De positie van het lampje, de spiegel en een nauwkeurig beweegbare scheermesjesopstelling. Het komt allemaal ontzettend precies. Je verstoort zo’n meting al door simpelweg over het laminaat te lopen.

 

Het mesje.

De reflectie!

Het bionische oog.

De opstelling.

Toegegeven, onze eigen test was een beetje houtje-touwtje, maar het werkt! Ik ga je de details van de test besparen. We maten verschillende brandpuntsafstanden tot op honderdsten van millimeters. Dan is het nog een kwestie van de meetwaarden invullen in de computer en die vertelt je welke vorm je spiegel heeft.

Ja, we hadden ook gewoon de kant-en-klare Foucaulttest van de telescoopwerkplaats Kijkerbouw in Gent kunnen gebruiken. En OK, dat hebben we ook gedaan. Maar enkel als second opinion. Ik zweer het!

Enne, die spiegel?

De brandende vraag is natuurlijk of onze spiegel de goede vorm heeft. Onze eigen metingen geven een zegen. En ook in België krijgen we groen licht. Yes! Het oppervlak benadert de vorm van een parabool.

De warmtecamera wordt afgebroken, het was een mooi speeltje. Maar we gaan door naar de volgende fase: het écht spiegelend maken van het glasoppervlak. Dat laten we voor de verandering maar eens meteen over aan professionals. Wordt vervolgd.

Een telescoop bouwen – De juiste ronding

In de vorige blog beschreef ik hoe we na een aantal zondagen hard zwoegen een holle spiegel hadden gemaakt. Nou ja, spiegel is misschien nog een groot woord. Onze ronde glasschijf (diameter 27 cm) spiegelt niet beter dan een gemiddelde ruit. Hoe we van glas uiteindelijk een echte spiegel maken is van latere zorg, want eerst moet ons kunststukje precies de juiste vorm krijgen. Heel erg precies.

Onze ‘spiegel’ spiegelt… een beetje.

De verrassend simpele methode waarmee we onze spiegel-in-spe de juist vorm geven – het over elkaar schuren van twee glazen schijven – zorgt ervoor dat een glasschijf perfect bol wordt terwijl de andere een holle vorm krijgt. Dat komt doordat een bol en een ‘hol’ (naast volledig vlakke oppervlaktes) perfect over elkaar heen glijden. Vreemd genoeg is altijd de onderste glasschijf die bol wordt, terwijl degene die er bovenop ligt hol wordt. Ik weet niet waarom dat zo is, maar deze ‘wet’ geeft ons controle over de vorm van het glaswerk. Wil je een ‘diepere’ kromming in de spiegel dan schuur je met de spiegel bovenop, terwijl schuren met de spiegel onderop een minder diepe holling oplevert.

Een schotelantenne heeft een paraboolvorm. Deze focust al het licht (of in dit geval radiostraling) in één punt, de ontvanger in het midden. (Richard Bartz)

Helaas is een ronde vorm niet wat we nodig hebben! Een perfecte bol focust het licht dat we met onze spiegel willen opvangen niet… Met andere woorden, je kunt er niet scherp mee zien. Wat we nodig hebben is een zogenoemde parabool, een specifieke vorm die bijvoorbeeld schotelantennes hebben (zie afbeelding).

Gelukkig hebben we al die zondagen niet voor niets gewerkt, want weliswaar hebben we een verkeerde vorm, hij komt wel in de buurt van de parabool die we nodig hebben.

Het blijkt dat je door het over elkaar bewegen van de glasplaten in een bepaald patroon, precies de goede ‘afwijking’ kan krijgen van de bol. Dat paraboliseren doen we overigens niet meer met een slijppoeder, zoals eerder, maar met een veel fijner polijstmiddel. Door de schijven telkens in een specifieke W-vorm over elkaar te laten glijden, worden bepaalde delen van de spiegel ‘gespaard’ terwijl andere stukken wat intensiever behandeld worden. De vorm verandert langzaam in een parabool.

Pek, veren en telescoopspiegels

Het maken van een parabool gebeurt niet meer met de eerder gebruikte glasschijf. We gebruiken een schijf met daarop een laag pek.

Pek? Wacht even, wat was dat ook al weer? Pek is smerig… Ideaal om het samen met wat veren over iemand heen te gooien. De pikzwarte teerachtige substantie lijkt een vaste stof bij kamertemperatuur, maar blijft altijd een beetje vloeibaar. Dat maakt onder andere dit geweldige pekdruppelexperiment mogelijk – waarbij er sinds 1930 uit een trechter slechts negen pekdruppels dropen. Dat is pas een saai maar fascinerend experiment! Maar pek is ook ideaal voor het vormen van onze spiegel.

Als pek ook maar een beetje warm wordt begint het meteen te vloeien.

Het pekdruppelexperiment met onderzoeker John Mainstone in 1990. (The University of Queensland)

De ‘W-vorm’ voor het paraboliseren van onze spiegel.

Een pannetje warme pek. Onze ‘pekschijf’ wordt gegoten.

Pek is in zekere zin vast én vloeibaar. Je kunt er tijdens de laatste vormfase van de spiegel voorzichtig kracht mee zetten, maar tegelijkertijd vormt het zich precies naar de spiegel. Dit fijne krachtenspel zorgt ervoor dat je extreem kleine aanpassingen kunt doen aan de holling van je spiegel. De vorm van onze spiegel wijkt uiteindelijk, als het goed is, maximaal zo’n 100 tot 200 nanometer af van een perfecte parabool. Dat is pakweg een vijfhonderdste deel van de dikte van een haar! En dat met handenarbeid!

Massaproductie is ook maar saai. (Smithsonian Institution Archives)

Na de commentaren van de bezorgde buurvrouw, werpt nu ook de buurman aan de andere kant een vraag over de schutting: “Dus jullie bouwen een telescoop, maar die kun je toch gewoon kopen?” Eh ja, natuurlijk kun je een telescoop kopen. Voor een paar honderd euro ben je klaar, en heb je een prima telescoop. Daarmee kun je tijdens heldere nachten al op planetenjacht. Maar het gaat ons nu juist óók om het bouwproces. En met een beetje mazzel kunnen we op ambachtelijke wijze zelfs een kwalitatief betere telescoop maken als die je op internet kunt bestellen.

Of al die slijp- en polijstsessies succes hadden is nog niet duidelijk. We moeten nu controleren of de vorm van onze spiegel daadwerkelijk een parabool is. En het zou natuurlijk maar suf zijn als we hiervoor de testbank van de behulpzame mensen van Kijkerbouw in Gent zouden gebruiken. Nee, wij moeten per se zelf een testbank bouwen.