為什麼現在光學反射望遠鏡的主鏡都是用玻璃,而不是其他材料?

早期很多光學反射望遠鏡的主鏡,有很多都是用金屬做的,畢竟光線無需透過主鏡嘛,為什麼現在都是用玻璃?


現代大型望遠鏡鏡片檢驗平整度是用不到等厚干涉的…愛好者手工磨鏡子的時候到可以用一下…

大型望遠鏡一般工作在可見光和近紅外,工作的時候需要降溫減少來自天文台本身的紅外干擾,這要求反射鏡主鏡必須有低熱膨脹係數,降溫時主鏡不小心變型了麻煩就大了,所以除了其他答主提到的便於加工,超低熱膨脹係數微晶玻璃的優異物理性質也是原因之一

例如德國肖特(蔡司大法好?)產的微晶玻璃,廣受各大天文台歡迎,包括我國216、拉磨和高美古2.4都是其的客戶

 ZERODUR?最重要的產品屬性是極低的熱膨脹係數,使其能夠在溫度劇烈變化時仍能保持極高的精度。現代諸多高科技應用對材質的要求極為苛刻,必須依賴產品內部元器件幾何形狀和距離的零變化來達到產品應用的高性能。ZERODUR?微晶玻璃可將熱膨脹係數保持在最低水平,非常適合天文應用,範圍涵蓋超輕型鏡面襯底以及重達幾噸的大型分段式和整體式天文望遠鏡鏡面襯底。

  肖特提供5個等級擁有不同熱膨脹係數CTE(0°C, 50°C)的ZERODUR?產品,包括從0.1 ppm/K一直到ZERODUR? EXTREME的0.007 ppm/K。肖特是全球唯一能夠提供熱膨脹係數如此之低的微晶玻璃產品的公司。

ppm是百萬分之一,溫度降低10K,誤差億分之七

另外考慮一下現代望遠鏡是怎麼製造的…如何建造一面大型光學望遠鏡,裡面介紹了亞利桑那大學8.4米的鍋,這個直徑的大鏡子有不少,基本都是那個鍋里來的

亞利桑那大學粗製鏡片的方法很原始,把原料融化讓鍋邊自轉邊冷卻,利用重力和離心力形成拋物面…所以合金真的可以這麼加工么?

玻璃冷卻是很麻煩的事情,二戰前的5米級海爾望遠鏡,主鏡造好後冷卻用了10個月,期間因為餘熱巨大還炸了一次,現代有了薄鏡面主動光學技術,主鏡可以做得很薄而不用利用自身剛性對抗形變,厚度降低不少,所以亞利桑那大學可以把冷卻時間降到……3個月,邊降溫邊用文火加熱,萬一玻璃又炸了呢

至於反射鏡材料怎樣從赫歇爾時代的金屬進化到如今的玻璃,大概是因為玻璃工藝和鍍膜工藝的進步,在那個年代製造大塊金屬遠比大塊玻璃容易,而人類嘗試建造大型折射鏡的歷史在19世紀末的葉凱士望遠鏡到達了終點,透鏡巨大的質量會帶來形變,透光率也是問題。進入新世紀,人們在玻璃上鍍鋁可以顯著提高反射率,自此反射鏡也不必使用拋光的金屬,以後都是玻璃+鍍膜的組合,實際上是兼取了兩者的長處

附贈一張拉磨熱氣騰騰的液氮壺


因為工程上對玻璃的打磨和加工已經非常成熟了。雖然這玻璃不直接參与到成像,但是卻可以很好的打磨確保鏡面的形狀和光滑度。大型望遠鏡的鏡片都是先把玻璃熔成一塊大玻璃然後進行打磨。而且玻璃質量比較輕,安裝也容易


為什麼你們就不肯查查光學的基本法呢?

高膜:玻璃表面鍍上多層膜實現寬波段高反射率,強於金屬高膜。

by 鍾錫華


我只是推測一下。不保證正確性。

金屬的反射鏡反射率和玻璃反射鏡反射率差不多,因為玻璃反射鏡也是靠的金屬鍍層。

那麼現在的問題就來了,是把金屬打磨光亮平整容易呢,還是玻璃容易?

答案其實是玻璃。

玻璃因為是非晶態各向同性過冷液體,內部沒有微晶的存在。表面的打磨會相對有微晶的金屬來的容易很多。金屬的表面會有一些微晶粒的突起或者凹陷。而玻璃沒有。

同時,玻璃有著金屬沒有的優勢--玻璃是透明的。牛頓環知道吧。就這同心圓環。

玻璃鏡片可以用這個等厚干涉來檢查平整性。但是金屬不透光。不能用這麼一個簡便的辦法來檢查光滑程度。

另外,玻璃化學穩定性好,任你什麼潮濕高溫紫外都不會變化。但是金屬容易被氧化。或者發生其它化學變化。而有機材料做的鏡片,比如聚酯的,那又會被紫外線所影響。所以在這方面,玻璃是墜好的。

那麼從這些來看,選擇玻璃至少應該不會差。


先問是不是,再問為什麼


玻璃是個很模糊的概念,不同成分的玻璃功能不同


平常家用需要考慮冬夏溫差,而且你也不可能做對應調節,所以鍍銀的玻璃,又便宜又好磨製,塗層還方便防腐蝕。但是當它的直徑達到一定程度時候,你就要考慮玻璃因為重量的使得其發生形變,產生焦點便宜的問題,所以大型望遠鏡一般採用分割組裝的方式處理,或者就是用你瞧不起的金屬「片」了。


你會發現可見光的反射鏡基材基本都是玻璃,不只是望遠鏡

有些要求高點的還要用石英玻璃


因為太好的材料太貴了。看這個文檔表1。

碳化硅輕型反射鏡的研究進展_圖文_百度文庫

https://wenku.baidu.com/view/43bc2a48e518964bcf847c66

動態熱穩畸變,靜態熱畸變不是單單一個膨脹係數決定的。按照裡面的計算,金剛石是最好的材料,沒有之一。特種玻璃雖然可以膨脹係數很小,但是熱導率很低。玻璃熱導率1.4,碳化硅熱導率300,金剛石熱導率2200,差3個數量級。

還有剛性,就是比剛度,玻璃剛性就比碳化硅,金剛石小很多。比剛度小,望遠鏡一轉動,鏡片就會受自身重力變形,比剛度越大,變形越小,越好。這就和熱導率沒關係了。


是因為金屬容易生鏽。還有定期取出來拋光太麻煩了


誰說都用玻璃了,我們單位主推自己研發的碳化硅,也有用鋁的。

先佔個坑,等拖延癌治好了再來回答。


這種問題為什麼能回答那麼長? 照鏡子一般都是用玻璃加金屬的鏡子製作的鏡子


碳化硅呢?微晶玻璃呢?鈹呢?


這種問題為什麼能回答那麼長……

你照鏡子為什麼用的玻璃的,怎麼不買個銅鏡?古代不都是用銅鏡嘛……

就是這麼簡單的問題啊……


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