Een telescoop bouwen – Spiegeltje, spiegeltje…

Ik kijk door het ronde raampje van een olijfgroen, zoemend apparaat naar binnen. Ik moet een beetje aan zo’n ouderwetse duikhelm denken. Maar achter het raampje zit geen duiker. Ik zie een paar metalen onderdelen, het meest opvallend is een soort bakje dat helder gloeit.

De opdampmachine creëert een vacuüm, waarin door verhitting aluminium verdampt. Dat zet zich op glas af als een superdun laagje.

Deze ‘duikhelm’ is in werkelijkheid een vacuümkamer en staat in de sterrenkijker-werkplaats van Kijkerbouw, in de kelder van de Universiteit van Gent. Achter de knoppen staat Jean Pierre Grootaerd. Hij maakt van de door ons nauwkeurig geslepen ronde glasplaat een spiegel, die het hart van onze telscoop in aanbouw gaat vormen.

In het gloeiende bakje ligt een stukje aluminium. Het verdampt (kookpunt bij normale druk is zo’n 2500 graden) en verspreidt zich als aluminiumgas in de vacuümkamer. Daar hangt ondersteboven een rond stuk glas. Ik kan dat niet zien door het raampje, maar het is net zo’n plaat als waar wij dagen lang op zwoegden om het in de goede vorm te krijgen. Op dat glas zet het aluminium zich af als een laagje van tientallen nanometers dik. Ter vergelijking, een menselijke haar is al gauw duizend keer dikker.

We bedienen ons van het gemak: na het minutieuze slijp- en polijstwerk, na het nota bene zelf bouwen van een Focaulttest (om de vorm van het glas te bepalen), doen we deze stap níet zelf.

In de geopende opdampmachine is een ‘verse’ spiegel te zien (niet onze).

Scheerspiegel plus

Helaas waren we niet bij het spiegelen van onze eigen spiegel. Dat deed Jean Pierre later zelf. Als onze spiegel een tijdje later thuis wordt bezorgd, zijn we tevreden: het glas heeft een laagje glimmend aluminium en een beschermende coating.

Check check, spiegel check.

Het hart val de telescoop is nu af, ook al is het nog lang geen telescoop. Wat we nu hebben is eigenlijk een soort zelfgemaakte scheerspiegel. Hij lijkt te werken, ik zie perfecte vergroting van mezelf (met stoppelbaard).

Sterren zijn nog niet binnen bereik. Daarvoor heeft de telescoop een frame nodig, waarmee we de spiegel nauwkeurig op de hemel richten. Een bouwproject dat zeker nog een aantal zondagen gaat opeisen.

Perspectief

Om de spiegel van onze telescoop even in perspectief te zetten: zie hieronder een vergelijking met de állergrootste telescopen die momenteel in ontwikkeling zijn. Tja, we kunnen wat wat betreft de grootte (27 centimeter) niet echt op tegen de 39,3 meter grote European Extremely Large Telescope of de 30 meter grote Thirty Meter Telescope, maar we zijn wel véél eerder klaar. Ha!

 

Vergelijking van de hoofdspiegels belangrijkste telescopen in aanbouw. (Cmglee/Roel van der Heijden via CC BY-SA 3.0)

 

 

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 – Een trillende naald

Lees hier het vorige deel van mijn telescoopblog: Poedertjes uit Gent

De buurvrouw kijkt een beetje bezorgd over de heg. Al een tijdje heeft ze Andrés en mij in de tuin bezig gezien met een groot blauw olievat, verschillende poedertjes, glasschijven en een plantenspuit. Dat kán niet pluis zijn.

Verdachte handelingen in de tuin: ‘Wat spook jij uit!?’

Dan heeft ze eindelijk de moed om te vragen wat we aan het doen zijn. “O dat. We bouwen een telescoop”, zeg ik. Een beetje verward staart ze ons aan. Ik begrijp dat dit niet bepaald verhelderend werkt. Ik vertel over ons telescoopbouwproject, en de slijpsessie waar we mee bezig zijn.

Tijdens het slijpen gaan we onze telescoopspiegel-in-wording te lijf met de pakweg vijf verschillende poedertjes die we netjes uit de telescoopwerkplaats van Kijkerbouw in Gent hebben meegekregen. De poedertjes bestaan uit fijne korreltjes van het ultraharde siliciumcarbide (bíjna zo hard als diamant). We gebruiken de grootste ‘korrel’ eerst en werken richting de steeds fijnere poeders.

De spiegel in wording (rechts) en de tool op de werkbank. Het slijppoeder is alom aanwezig.

De missie is relatief simpel. We nemen onze zogenoemde tool, een glasschijf met ongeveer dezelfde diameter als onze spiegel, en zetten die vast op onze werkbank (aka olievat). Bovenop de tool strooi ik het grofste slijppoeder dat we hebben meegekregen. Ik spuit er een beetje water bij en we zijn klaar voor het slijpen.

Ondertussen neemt Andrés de spiegel, die nog geen spiegel is, nog even onder de loep. Je kunt met een vergrootglas zien dat de matte glasplaat nog vol oneffenheden zit. Als we een dieptemeter voorzichtig over de spiegel schuiven springt de naald heftig heen en weer (het apparaat meet oneffenheden tot honderdsten van een millimeter), het reliëf is dus ook meetbaar.

Spiegelinspectie!

Het slijpen gaat beginnen. Precies zoals we eerder in Gent te werk zijn gegaan. We bewegen de glasplaten over elkaar heen, terwijl we steeds van richting veranderen. Eerst de spiegel bovenop, dan onderop. Het slijppoeder dat tussen de platen zit diept de spiegel langzaam uit en door de steeds fijnere poeders wordt hij als het goed is steeds gladder.

Het valt niet mee. Soms is het enorm zwoegen om de glasplaten over elkaar te schuren. Ze komen zelfs even vast te zitten. Onze meester Jean Pierre Grootaerd had ons hier al voor gewaarschuwd met doemscenario’s van mensen die de platen met grof geweld van elkaar probeerden te hameren.

Het punt is dat twee glasplaten die zó perfect op elkaar passen, de neiging hebben zich vacuüm zuigen. Als ik Jean Pierre hierover mail, en hem vertel dat we druk bezig zijn in de tuin, vertelt hij meteen wat we fout doen: ‘Je moet ook niet in de volle zon gaan slijpen! Het water verdampt door de hitte en en je glazen zitten plots muurvast…’

‘Slijp jij? Dan hou ik de parasol wel vast.’

Gelukkig hoeven wij geen hamers te gebruiken. Wij, en onze glasplaten bereiken heelhuids het einde van de laatste slijpronde. Tussendoor doen we nog een check op gladheid met onze dieptemeter. En de naald trilt niet meer! De spiegel is gladder geworden. Na het fijnste slijppoeder, volgt er nog een polijststap met een nog veel fijner polijstmiddel. Nu is ons het gebruik van de dieptemeter verboden, dat zou namelijk krasjes opleveren.

We merken dat we – afgezien van onze werkzaamheden in de volle zon – bij ieder poeder minder werk hoeven te verrichten, en dat het glas minder mat wordt. Uiteindelijk glijdt de (bolle) tool bovenop de (holle) spiegel vanzelf precies naar het midden, en dat lijkt ons een goed teken.

Zondagsslijpers

Natuurlijk zijn Andrés en ik letterijk en figuurlijk ‘zondagsslijpers’, het slijpproces neemt zo maanden in beslag. Het kan veel sneller. Jean Pierre liet weten dat hij eens een spiegel in een dag heeft geslepen… Respect.

Na enkele maanden zijn wij nu ook op dat punt, en het resultaat liegt niet. Voor ons ligt warempel een spiegelende glasplaat! Met een sterk vergrootglas kunnen we geen oneffenheden meer ontdekken. Het is ongelofelijk hoe je met zo’n simpele procedure blijkbaar zo’n precisie kan bereiken.

En ja hoor, de spiegel spiegelt na de laatste polijststap. Overigens is dit alleen maar het bewijs dat de glasplaat glad is, de échte spiegelende laag wordt hier bovenop gedampt en is van aluminium.

Maar we zijn er nog lang niet, want we hebben als het goed is een vrijwel perfect holle spiegel gemaakt. En dat terwijl we eigenlijk een parabolische spiegel moeten hebben… Wat!!? Tja, hoe dat zit leg ik uit in de volgende blog. Ik vrees dat we nog een paar middagen in de tuin nodig hebben.

Lees hier het volgende deel van mijn telescoopblog: De juiste ronding