Wann bezog sich das „Resilvering“ großer Teleskopspiegel tatsächlich auf die Aluminisierung, und warum war dies notwendig?

Diese Antwort fasst das allgemeine Bild der historischen Verwendung von Silber für mittelgroße bis große Teleskopspiegel und die Umstellung auf Aluminium gut zusammen, sobald für diesen Prozess geeignete Vakuumpumpen und -kammern von guter Qualität verfügbar waren. Eine frisch verdampfte, atomar saubere Aluminiumoberfläche kann manchmal heftig mit Sauerstoff reagieren. Dies muss daher unter Hochvakuum erfolgen und zuerst vorsichtig mit Inertgas entlüftet werden.

Wann bezog sich der Begriff "elastisch" im Allgemeinen auf Aluminiumbeschichtungen und nicht auf Silber? War das in den 1960er oder 1970er Jahren tatsächlich der Fall?

Soweit ich mich erinnere, bildet verdampftes Aluminium innerhalb von Sekunden oder Minuten eine schützende Oxidschicht ("natives Oxid") in der Größenordnung von 10 A, die selbstlimitierend ist - kein weiterer Sauerstoff kann in diese Schicht eindringen.

Wenn dies der Fall ist, warum war eine erneute Versilberung tatsächlich erforderlich? Die Kosten, das Risiko und die Ausfallzeiten, die mit dem Entfernen des Primärspiegels und anderer Spiegel alle paar Jahre verbunden sind, klingen nach etwas, das Sie nur tun würden, wenn dies unbedingt erforderlich wäre.

Amateurteleskop und Spiegelhersteller hier. Ich bin mir nicht sicher, ob ich mich als "zitierfähige Quelle" qualifiziere, aber hier ist es:

Alle Metalle werden schließlich anlaufen. Es kann lange dauern, aber es wird passieren. Der Prozess ist nicht immer vollständig chemisch. Manchmal ist es rein mechanisch (Abrieb). Ein anderes Mal ist es dazwischen. Oberflächenphänomene sind komplex.

Sogar goldbeschichtete Spiegel laufen an. Sie können Gold für Infrarotbeobachtungen verwenden. Aber egal wie viel Sorgfalt Sie darauf verwenden, irgendwann müssen Sie es neu beschichten. Sicher, Gold hält ziemlich lange, aber nicht einmal Gold ist für immer.

Aluminium ist mit einer natürlichen Schicht aus farblosem Saphir (Aluminiumoxid) bedeckt, die das Metall vor weiterer Zerstörung schützt - Saphir ist sehr hart und chemisch sehr inert. Aber Sauerstoff diffundiert immer noch durch Saphir (wenn auch extrem langsam), ebenso wie andere Korrosionsmittel wie Schwefeloxide, Meersalz usw.

Ja, Silber durch Aluminium zu ersetzen war eine Verbesserung. Aber nicht einmal Aluminium ist für immer. In der Praxis verdoppeln Sie möglicherweise die Lebensdauer der reflektierenden Schicht, wenn Sie von Silber zu Aluminium wechseln.

Es ist zu beachten, dass immer noch Silber verwendet wird. Aluminium ist heutzutage am beliebtesten, aber Sie finden immer noch silberbeschichtete Spiegel (das Reflexionsvermögen ist höher als bei Aluminium), goldbeschichtete (für Infrarot) usw.

Es gibt weitere Beschichtungstechniken, wie das Aufbringen von Siliziumoxid auf Metall, die die Lebensdauer jeder Art von Metall weiter verbessern.

Ich entschuldige mich für die Länge dieser Antwort, aber dies ist ein kompliziertes Thema. Danke euch allen.

Ich besaß viele Jahre lang ein Fotofachgeschäft und habe über 60 Jahre Erfahrung mit Fotos. Ich habe meinen Start in Foto über Astronomie in der High School bekommen. Ging an die Universität von Iowa, begann in Physik und Astronomie, aber meine mathematischen Fähigkeiten waren der Aufgabe nicht gewachsen, also ging ich zu Radio-TV-Film. Die Physik war eine großartige Grundlage für die Fotografie, wie Sie sich vorstellen können.

Ich wusste gerade genug Physik und Wissenschaft, um eine Gefahr für mich und meine Umgebung zu sein.

Vor einigen Jahren kam ein Produkt namens ROR (Residual Oil Remover) auf den Markt, das von einem Mann aus Illinois erfunden wurde, den ich beiläufig kannte. Seine Prämisse war, dass in der heutigen Welt ein Großteil des „Schmutzes und Staubes“, den wir auf Optiken aller Art wahrnehmen, in mikroskopisch kleinen Öltröpfchen in der Atmosphäre schwebt und wenn wir eine Brille tragen und diese mikroskopisch kleinen Tröpfchen betreten oder uns bewegen , enthält auch Schmutz / Staub aller Art, beschichtet optische Oberflächen und alles andere, und wir atmen das Zeug.

Ich würde vermuten, dass diese ölige Ablagerung auch eine Ursache für die "schnelle" Verschlechterung der optischen Beschichtungen auf Teleskopspiegeln sein kann. Sie baut sich im Laufe der Zeit auf, trocknet und bildet einen Klebstoff oder eine klebrige Schicht, die auch Staub und Schmutz bildet schneller auf.

Wenn Sie ROR in einem örtlichen Fotofachgeschäft (oder ähnlichem) finden, holen Sie sich eine Flasche. Ich habe ein Kleenex-Taschentuch verwendet, um meine Brille zu reinigen. Sprühen Sie das ROR direkt auf das Glas, beide Seiten, nur eine Linse, reiben Sie es vorsichtig, bis es trocknet, setzen Sie dann die Brille auf und vergleichen Sie die Ansichten. Sie sollten erstaunt sein. Der andere Effekt von ROR war, dass das Glas beim einmaligen Reinigen des Glases und beim zweiten Reinigen einfach rutschig wird. Das ROR reinigt irgendwie die Mikroporen des Glases und entfernt das tief klebrige, ölige Material.

Natürlich kann es meines Wissens auf jeder optischen Glasoberfläche verwendet werden

Es wurde, wie ich mich erinnere, von der NASA, dem FBI, Nat Geo usw. mit so guten Referenzen gebilligt.

Es ist eine ganze Weile ohne Aktivität vergangen, daher werde ich eine Antwort basierend auf meinem Kommentar veröffentlichen .

tl; dr: Es begann in den 1930er Jahren, aber selbst das Kepler-Weltraumteleskop verwendete noch Silber!

Dieser Beitrag in cloudynights.com sagt:

Aluminisierende Spiegel wurden von John Strong in den frühen 1930er Jahren entwickelt. Man kann darüber in seinem Buch Procedures in Experimental Physics lesen

Von https://archive.org/details/ProceduresInExperimentalPhysics/page/n181 von Archive.org

Der 40-Zoll-Tank (Abbildung 13) zeigt die Art der Ausrüstung, die am California Institude of Technology für größere Spiegel verwendet wird. Es wurden noch größere Systeme verwendet ²⁶

²⁶ http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1936ApJ....83..401S Der Verdampfungsprozess und seine Anwendung auf die Aluminiumisierung großer Teleskopspiegel auch hier

Aus diesem Papier:

OXIDFILME AUF ALUMINIUM

Der Aluminiumfilm wird automatisch durch einen Oxidfilm (vermutlich Korund, Al203 oder Bauxit, Al2O3 * 2H20) vor Anlaufen geschützt, der sich zu bilden beginnt, sobald das Aluminium mit der Luft in Kontakt kommt. Dieses Oxid wird mit der Zeit etwa sechzig Tage lang dicker, wenn es sehr hart und zäh ist, und bildet eine Oberfläche, die beim Abstauben und Reinigen nicht leicht zerkratzt wird.

Die Bildung des Aluminiumoxidfilms auf einer freiliegenden metallischen Aluminiumoberfläche wurde von Vernon 31 untersucht, der die Probe mit einer Genauigkeit von 1/100 mg wog und das Gewichtsinkrement aufgrund der Oxidation als Funktion der Zeit aufzeichnete. Die Zeitspanne, die der Oxidfilm benötigt, um seine natürliche Dicke zu erreichen, betrug sieben bis vierzehn Tage. Danach blieb die Dicke des Films bei 100 A nahezu konstant.

Diese Oxidschicht ist natürlich zu dünn, um Interferenzeffekte zu erzielen. Es könnte jedoch viel dicker sein und aufgrund seiner Transparenz und des hohen Reflexionsvermögens des darunter liegenden Aluminiums immer noch keine Interferenzen verursachen.32

Der Artikel zeigt, warum zeigt einen zusätzlichen Grund, warum Aluminium für Astronomen attraktiver als Silber war, selbst wenn die Aluminiumisierung ein herausfordernder und schwieriger Prozess war, Spektralbereich!

Versilberung von Wikipedia

Ein 1930 von dem Caltech-Physiker und Astronomen John Strong erfundenes Aluminium-Vakuumabscheidungsverfahren führte dazu, dass die meisten reflektierenden Teleskope auf Aluminium umgestellt wurden. ⁹ Einige moderne Teleskope verwenden jedoch Silber, wie beispielsweise das Kepler-Weltraumobservatorium. Das Silber des Kepler-Spiegels wurde durch ionenunterstützte Verdampfung abgeschieden.

⁹ Quelle

Aus dieser archivierten Quelle stammt ein Beitrag von Jim Destefani: Spiegel, Spiegel - Das Hale-Teleskop optisch scharf halten :

Warum reinigen? Sie könnten denken, der Hale-Spiegel, der sich tief in der Teleskopfunktion in der Kuppel des Observatoriums befindet, wäre relativ geschützt vor Schmutz und Böden. Teleskopspiegel werden jedoch häufig verwendet, und das Hale-Teleskop ist keine Ausnahme. Laut W. Scott Kardel vom Palomar Observatory wird das 200-Zoll-Hale-Teleskop am Observatory durchschnittlich 300 Nächte pro Jahr verwendet. Selbst bei wöchentlichen Reinigungen müssen die Spiegel regelmäßig mit einer neuen Schicht reflektierenden Aluminiums versehen werden.

„Zu den Böden, die sich auf dem Spiegel ansammeln können, gehören Öle aus der Maschine“, erklärt Kardel. „Wir haben Motoren, die die Teleskoparbeiten antreiben, die älter als 60 Jahre sind. Einige von ihnen sind über dem Primärspiegel aufgehängt, da wir auch kleinere Spiegel verwenden, die in die Position und aus der Position bewegt werden müssen. Gelegentlich kann einer der Motoren auslaufen. Öl kann auch von woanders kommen. “

Andere mögliche Böden sind gelegentliche Regentropfen oder Kondenswasser, die Wasserflecken hinterlassen. „Ein Wasserfleck mit etwas Staub oder Asche von einem Feuer kann beispielsweise tatsächlich eine Säure bilden“, sagt Kardel. Offensichtlich ist dies auf einer Oberfläche, die optisch so perfekt wie möglich sein muss, nicht akzeptabel.

Um routinemäßigen Bodenansammlungen entgegenzuwirken, führen die Mitarbeiter des Observatoriums wöchentlich eine Kohlendioxidabstaubung der Spiegeloberfläche durch. Aber auch dies entfernt keine Wasserflecken.

Schließlich verschlechtert sich die Spiegeloberfläche bis zu einem Punkt, an dem eine vollständige Sanierung, einschließlich Reinigung, Entfernen der alten vakuummetallisierten Aluminiumbeschichtung und erneutes Beschichten, erforderlich wird. „Auf historischer Basis haben wir etwa alle 18 Monate bis zwei Jahre das gesamte Abisolieren, Reinigen und Ummetallisieren durchgeführt“, sagt Bruce Baker, Senior Senior Handwerker am Observatorium. "Natürlich hängt ein Teil davon von der Planung des Teleskops und seiner Verwendung ab."

Aluminium bildet schnell ein natives Oxid, wenn es der Atmosphäre ausgesetzt wird. Aluminium reagiert unglaublich exotherm mit Sauerstoff. Der resultierende dünne Al 2 O 3 - oder Aluminiumoxidfilm ist nur einige zehn Angström dick, aber die Reaktion ist selbstlimitierend, da die resultierende Schicht von keinem weiteren Sauerstoff durchdrungen werden kann, sobald sie so dick wird. Es ähnelt aus ähnlichen Gründen der Bildung nativer Oxide auf Silizium.

Hier ist ein Beispiel dafür, wie das "Resilvering" des Hale 200-Zoll-Spiegels aussieht. Zwischen 01:00und 01:30Sie können sehen , was ein langwieriges Projekt seine einfaches Waschen kann der Spiegel. An diesem Punkt ist es wahrscheinlich eine bessere Idee, wieder aufzutauchen, als dies zu versuchen, ohne eine vorhandene Aluminiumoberfläche zu beschädigen.

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

Das Papier Reflexionsgrad-Verschlechterungsraten von Aluminiumbeschichtungen bei den CFHT- Veröffentlichungen der Astronomical Society of the Pacific, v.109, S. 303-306, zeigt, dass regelmäßig gewaschene Aluminiumspiegel ohne Oberflächenerneuerung in Ordnung sind.

Die experimentellen Daten in der Arbeit unterstützen die Grundlagenforschung; natives Aluminiumoxid bildet sich schnell, bleibt sehr, sehr dünn (zig Angström) und wird zu einer dauerhaften Barriere für die weitere Reaktion des Aluminiums. Aluminiumoxid ist ebenfalls nicht reaktiv; Aluminiumoxidkeramiken werden aufgrund ihrer Nichtreaktivität in einer Vielzahl chemisch reaktiver und korrosiver Situationen eingesetzt.

Von Zeit zu Zeit ist eine Oberflächenerneuerung von aluminisierten Spiegeln erforderlich, wenn die Reinigung mit Wasser und Seife mehr Schäden verursachen würde, als es von Vorteil wäre, da Schmutz an der Oberfläche des Spiegels haften bleibt. Dies geschieht nicht, weil die Unversehrtheit des Aluminiums beeinträchtigt ist, sondern weil es aus praktischen Gründen eine bessere Wahl ist als die Reinigung.

GIF ("Blinkkomparator")

Von http://global.kyocera.com/fcworld/charact/chemistry/chemiresist.html - Aluminiumoxid kann im Vergleich zu anderen Materialien möglicherweise bemerkenswert resistent gegen chemische Angriffe sein - beachten Sie die logarithmische Skala.

Die einzelnen Figuren: