Quando “espelhar” os grandes espelhos do telescópio realmente se refere à aluminização e por que era necessário?

Esta resposta resume bem a imagem geral do uso histórico da prata para espelhos telescópios de médio e grande porte, e a mudança para o alumínio, uma vez disponíveis bombas e câmaras de vácuo de boa qualidade, adequadas para esse processo. Uma superfície de alumínio atomicamente limpa, evaporada de fresco, às vezes pode reagir violentamente com oxigênio, de modo que isso deve ser feito sob alto vácuo e ventilado cuidadosamente com gás inerte primeiro.

Quando o termo "resilvering" geralmente começa a se referir ao revestimento de alumínio, e não à prata? Esse foi realmente o caso nos anos 1960 ou 1970?

Pelo que me lembro, o alumínio evaporado formará uma camada de óxido de proteção ("óxido nativo") da ordem de 10 A de espessura em segundos ou minutos que é auto-limitante - nenhum oxigênio adicional pode penetrar nessa camada.

Se é assim, por que o re-prateamento era realmente necessário? O custo, o risco e o tempo de inatividade associados à remoção do espelho primário e de outros espelhos a cada poucos anos parecem algo que você não faria a menos que fosse absolutamente necessário.

Fabricante amador de telescópio e espelho aqui. Não tenho certeza se eu me qualifico como uma "fonte citável", mas, de qualquer maneira, aqui está:

Todos os metais eventualmente se mancharão. Pode levar muito tempo, mas isso acontecerá. O processo nem sempre é totalmente químico. Às vezes é puramente mecânico (abrasão). Outras vezes, é no meio. Os fenômenos de superfície são complexos.

Até espelhos revestidos a ouro vão manchar. Você poderia usar ouro para observações infravermelhas. Mas não importa quanto cuidado você tome, eventualmente precisará revê-lo. Claro, o ouro dura muito tempo, mas nem o ouro é para sempre.

O alumínio é coberto com uma camada natural de safira incolor (óxido de alumínio), que protege o metal de mais destruição - a safira é muito dura e muito inerte quimicamente. Mas o oxigênio ainda se difunde através da safira (embora extremamente devagar), assim como outros agentes de corrosão, como óxidos de enxofre, sal marinho, etc.

Então, sim, substituir a prata pelo alumínio foi uma melhoria. Mas nem o alumínio é para sempre. Na prática, talvez você duplique a vida útil da camada reflexiva ao migrar da prata para o alumínio.

Note-se que a prata ainda é usada. O alumínio é o mais popular atualmente, mas você ainda encontrará espelhos revestidos de prata (sua refletividade é maior que o alumínio), revestido a ouro (para infravermelho) etc.

Existem outras técnicas de revestimento, como camadas de óxido de silício sobre o metal, que melhoram ainda mais a vida útil de qualquer tipo de metal.

Peço desculpas pela extensão desta resposta, mas este é um assunto complicado de abordar. Obrigado a todos.

Eu possuía uma loja de câmeras por muitos anos e tenho mais de 60 anos em fotos. Eu comecei na foto via Astronomia no ensino médio. Fui para a Universidade de Iowa, comecei em Física e Astronomia, mas minhas habilidades matemáticas não estavam à altura da tarefa, então fui para a Rádio-TV-Filme. A física foi uma excelente base para a fotografia, como você pode imaginar.

Eu sabia que a física e a ciência eram o suficiente para ser um perigo para mim e para as pessoas ao meu redor.

Vários anos atrás, um produto chamado ROR (Removedor Residual de Óleo) chegou ao mercado, inventado por um homem de Illinois que eu conhecia casualmente. Sua premissa era que, no mundo de hoje, grande parte da 'sujeira e poeira' que percebemos em todos os tipos de ótica está suspensa em gotículas microscópicas de óleo na atmosfera e, quando usamos óculos e entramos ou nos movemos, essas gotículas microscópicas , também contendo sujeira / poeira de todos os tipos, revestir superfícies ópticas e tudo mais, e nós respiramos o material.

Eu acho que esse depósito oleoso também pode ser uma causa da deterioração 'rápida' dos revestimentos ópticos nos espelhos dos telescópios, que se acumula ao longo do tempo, seca, formando uma camada adesiva ou pegajosa que também causa a formação de poeira e sujeira mais rapidamente.

Se você encontrar o ROR em uma loja de câmeras local (ou similar), pegue uma garrafa, usei um lenço de papel Kleenex para limpar meus óculos. Pulverize o ROR diretamente no vidro, nos dois lados, apenas uma lente, esfregue-o suavemente até secar, depois coloque os óculos e compare as vistas, você ficará surpreso. O outro efeito do ROR foi que, quando você limpava o copo uma vez e depois uma segunda vez, o vidro simplesmente fica escorregadio. De alguma forma, o ROR limpa os microporos do vidro e remove o material oleoso e pegajoso no fundo.

Obviamente, ele pode ser usado em qualquer superfície de vidro óptico, até onde eu saiba

Foi apoiado, pelo que me lembro, pela NASA, FBI, Nat Geo, etc., tão boas credenciais.

Já faz um bom tempo sem atividade, então postarei uma resposta com base no meu comentário .

tl; dr: Tudo começou nos anos 30, mas até o telescópio espacial Kepler ainda usava prata!

Esta postagem no cloudynights.com diz:

Os espelhos aluminizantes foram desenvolvidos por John Strong, no início dos anos 30. Pode-se ler sobre isso em seu livro Procedures in Experimental Physics

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

O tanque de 40 polegadas, Figura 13, mostra o tipo de equipamento usado no California Institude of Technology para espelhos maiores. Sistemas ainda maiores foram utilizados ²⁶

²⁶ http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1936ApJ....83..401S O processo de evaporação e sua aplicação à aluminização de grandes espelhos telescópicos também aqui

Desse trabalho:

FILMES DE ÓXIDO EM ALUMÍNIO

O filme de alumínio é automaticamente protegido contra manchas por um filme de óxido (presumivelmente corindo, Al203 ou bauxita, Al2O3 * 2H20) que começa a se formar assim que o alumínio entra em contato com o ar. Este óxido fica mais espesso com o tempo por cerca de sessenta dias, quando é muito duro e resistente, formando uma superfície que não é facilmente arranhada quando está sendo espanada e limpa.

A formação do filme de óxido de alumínio em uma superfície de alumínio metálico exposto foi estudada por Vernon, 31 que pesou a amostra com uma precisão de 1/100 mg e plotou o incremento de peso devido à oxidação em função do tempo. O período de tempo necessário para o filme de óxido atingir sua espessura natural foi de sete a catorze dias. Depois disso, a espessura do filme permaneceu quase constante a 100 A.

Obviamente, essa camada de óxido é muito fina para gerar efeitos de interferência. No entanto, poderia ser muito mais espesso e ainda não causar interferência, devido à sua transparência e à alta refletividade do alumínio subjacente.32

O artigo mostra por que mostra uma razão adicional pela qual o alumínio era mais atraente do que a prata para os astrônomos, mesmo quando a alumínioização era um processo desafiador e difícil, faixa espectral!

Prateado da Wikipedia

Um processo de deposição a vácuo de alumínio inventado em 1930 pelo físico e astrônomo da Caltech John Strong, levou a maioria dos telescópios refletores a mudar para o alumínio. ⁹ No entanto, alguns telescópios modernos usam prata, como o observatório espacial Kepler. A prata do espelho Kepler foi depositada usando evaporação assistida por íons.

⁹ Fonte

A partir dessa fonte arquivada, um post de Jim Destefani: Mirror, Mirror - Mantendo o telescópio Hale opticamente nítido :

Por que limpar? Você pode pensar que o espelho Hale, aninhado nas profundezas do funcionamento do telescópio na cúpula do Observatório, seria relativamente protegido da sujeira e do solo. Mas os espelhos telescópicos são muito utilizados, e o Hale Telescope não é exceção. De acordo com W. Scott Kardel, do Observatório de Palomar, o Hale Telescope de 200 polegadas no Observatório é usado em média 300 noites por ano. Mesmo com limpezas semanais, os espelhos precisam periodicamente receber uma nova camada de alumínio refletivo.

"Os solos que podem se acumular no espelho incluem óleos das máquinas", explica Kardel. “Temos motores controlando o funcionamento do telescópio com mais de 60 anos. Alguns deles estão suspensos acima do espelho primário, porque também usamos espelhos menores que precisam ser movidos para dentro e para fora da posição. Ocasionalmente, um dos motores pode vazar. O petróleo também pode vir de outros lugares.

Outros solos possíveis incluem gotas ocasionais de chuva ou condensação, que deixam manchas de água. "Um ponto de água com um pouco de poeira ou cinza de um incêndio, por exemplo, pode realmente formar um ácido", diz Kardel. Obviamente, isso não é aceitável em uma superfície que precisa ser o mais oticamente perfeita possível.

Para combater as acumulações rotineiras do solo, a equipe do observatório realiza uma varredura semanal de dióxido de carbono na superfície do espelho. Mas mesmo isso não remove manchas de água.

Eventualmente, a superfície do espelho se degrada a um ponto em que é necessária uma reforma completa, incluindo limpeza, remoção do antigo revestimento de alumínio metalizado a vácuo e recobrimento. "Em termos históricos, realizamos a remoção, limpeza e re-metalização a cada 18 meses a dois anos", diz Bruce Baker, especialista em operações sênior no Observatório. "É claro que parte disso depende do agendamento do telescópio e de como ele está sendo usado."

O alumínio forma rapidamente um óxido nativo quando exposto à atmosfera. O alumínio é incrivelmente exotermicamente reativo ao oxigênio. O filme fino de Al2O3 ou alumina resultante tem apenas dezenas de angstroms de espessura, mas a reação é autolimitada, porque a camada resultante não pode ser penetrada por mais oxigênio, uma vez que fica espessa. É um pouco semelhante à formação de óxidos nativos no silício por razões semelhantes.

Aqui está um exemplo de como é o "resilvering" do espelho Hale de 200 polegadas. Entre 01:00e 01:30você pode ver o que um projeto envolvido pode ser simplesmente lavar o espelho. Neste ponto, provavelmente é uma idéia melhor ressurgir do que tentar fazer isso sem danificar uma superfície de alumínio existente.

https://www.youtube.com/watch?v=lkBgQaJVKjc

O artigo Taxas de degradação da refletividade de revestimentos de alumínio nas Publicações CFHT da Sociedade Astronômica do Pacífico, v.109, p.303-306 mostra que os espelhos de alumínio que são lavados regularmente são bons sem ressurgir.

Os dados experimentais no artigo apóiam a ciência básica; O óxido de alumínio nativo forma-se rapidamente, permanece muito fino (dezenas de angstroms) e torna-se uma barreira permanente à reação posterior do alumínio. A alumina também não é reativa; a cerâmica de alumina é usada em uma ampla variedade de situações quimicamente reativas e corrosivas devido à sua não reatividade.

O recapeamento dos espelhos aluminizados é necessário de tempos em tempos, quando a limpeza com água e sabão causaria mais danos do que seria benéfico, pois a sujeira fica presa à superfície do espelho. Isso não é feito porque a integridade do alumínio está comprometida, mas porque é uma escolha melhor do que a limpeza por razões práticas.

GIF ("comparador intermitente")

Em http://global.kyocera.com/fcworld/charact/chemistry/chemiresist.html - a alumina pode potencialmente ser notavelmente resistente a ataques químicos em comparação com outros materiais - observe a escala logarítmica.

Os números individuais: