No alto de uma montanha, no árido Deserto do Atacama, no Chileo Observatório Europeu do Sul (ESO) está a construir o maior telescópio óptica do mundo.
Eles não perderam muito tempo escolhendo um nome – ele se chamará Extremely Large Telescope (ELT).
Por outro lado, foi investida uma enorme energia na concepção e construção do “maior olho do mundo no céu”, que deverá começar a recolher imagens em 2028 – e provavelmente expandirá a nossa compreensão do Universo.
Nada disso seria possível sem alguns dos espelhos mais avançados já fabricados.
Elise Vernet, especialista em óptica adaptativa do ESO, está a supervisionar o desenvolvimento dos cinco espelhos gigantes que irão capturar e canalizar a luz para o equipamento de medição do telescópio.
Cada um dos espelhos personalizados do ELT é uma façanha de design óptico.
Vernet descreve o espelho convexo M2 de 4,25 metros como “uma obra de arte”.
Mas talvez os espelhos M1 e M4 expressem melhor o nível de complexidade e precisão exigidos.
O espelho primário, o M1, é o maior espelho já feito para um telescópio óptico.
“Tem 39 metros de diâmetro e é composto por [798] segmentos de espelho hexagonais, alinhados para que se comportem como um espelho monolítico perfeito”, explica Vernet.
O M1 irá capturar 100 milhões de vezes mais luz do que o olho humano – e deverá ser capaz de manter a sua posição e forma com um nível de precisão 10.000 vezes mais refinado do que um fio de cabelo humano.
Espelhos especiais
O M4 é o maior espelho deformável já feito — e será capaz de mudar de forma 1.000 vezes por segundo para corrigir a turbulência atmosférica e as vibrações no próprio telescópio que podem distorcer as imagens.
Sua superfície flexível é composta por seis pétalas de material vitrocerâmico com menos de 2 mm de espessura.
As pétalas foram fabricadas pela Schott em Mainz, na Alemanha, e enviadas para a empresa de engenharia Safran Reosc, nos arredores de Paris, onde foram polidas e montadas para formar o espelho completo.
Todos os cinco espelhos estão quase prontos e em breve serão transportados para o Chile, onde serão instalados.
Embora estes enormes espelhos sejam usados para capturar a luz do cosmos, os cientistas do Instituto Max Planck de Óptica Quântica em Garching, Alemanha, criaram um espelho quântico para operar nas menores escalas imagináveis.
Em 2020, uma equipa de investigação conseguiu fazer com que uma única camada de 200 átomos alinhados se comportasse colectivamente para reflectir a luz, criando efectivamente um espelho tão pequeno que não pode ser visto a olho nu.
Em 2023, eles conseguiram colocar um único átomo controlado microscopicamente no centro da matriz para criar um “interruptor quântico”, que pode ser usado para controlar se os átomos são transparentes ou reflexivos.
“O que os teóricos previram, e nós observamos experimentalmente, é que nessas estruturas ordenadas, uma vez que você absorve um fóton e ele é reemitido, ele na verdade emite [em uma direção previsível]e é isso que faz dele um espelho”, diz Pascal Weckesser, pesquisador de pós-doutorado do instituto.
Esta capacidade de controlar a direção da luz refletida pelo átomo poderá ter aplicações futuras em diversas áreas. tecnologias quânticas — como redes quânticas à prova de hackers para armazenamento e transmissão de informações.
Mais a noroeste, em Oberkochen, perto de Estugarda, na Alemanha, a Zeiss está a fabricar espelhos com outra propriedade excepcional.
A empresa óptica passou anos desenvolvendo um espelho ultrafino que se tornou um componente-chave em máquinas que imprimem chips de computador, chamadas máquinas de litografia ultravioleta extrema (EUV).
A empresa holandesa ASML é líder mundial na fabricação de EUV e os espelhos Zeiss são um componente vital desses sistemas.
Os espelhos Zeiss EUV são capazes de refletir luz em comprimentos de onda muito pequenos, o que permite nitidez de imagem em escala minúscula, de modo que mais e mais transistores possam ser impressos na mesma área do wafer de silício. .
Para explicar como são os espelhos planos, Frank Rohmund, presidente do departamento de fabricação de semicondutores da Zeiss, recorre a uma analogia topográfica.
“Se você pegasse um espelho doméstico e o ampliasse para o tamanho da Alemanha, o ponto de elevação mais alto seria de 5 m. Em um espelho espacial [como no Telescópio Espacial James Webb]seriam 2 cm. Num espelho EUV seria 0,1 mm”, compara.
Esta superfície espelhada ultra-suave, combinada com sistemas que controlam o posicionamento do espelho, também fabricados pela Zeiss, proporcionam um nível de precisão equivalente à reflexão da luz de um espelho EUV na superfície da Terra — e à identificação de uma bola de golfe na Lua.
Embora esses espelhos já possam parecer excepcionais, a Zeiss tem planos de melhorá-los para ajudar a fabricar chips de computador ainda mais poderosos.
“Temos a ideia de desenvolver ainda mais o EUV. Até 2030, a meta é ter um microchip com um trilhão de transistores. Hoje, talvez estejamos em cem bilhões.”
Este objectivo tornou-se mais próximo com os mais recentes tecnologia da Zeiss, que permite imprimir cerca de três vezes mais estruturas na mesma área do que a geração atual de máquinas para fabricação de chips.
“A indústria de semicondutores tem um roteiro forte e dominante que fornece um ritmo para todos os participantes que contribuem para a solução. Com isso, somos capazes de fornecer avanços na fabricação de microchips que hoje permitem coisas como inteligência artificialque eram impensáveis há dez anos”, diz Rohmund.
Ainda não se sabe o que a humanidade será capaz de criar em dez anos — mas os espelhos estarão, sem dúvida, no centro das tecnologias que nos levarão até lá.
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