Ein scharfer Blick ins Universum

„Uneben“ ist nicht unbedingt das Wort, das man mit dem glatten Glas eines Spiegels assoziieren würde. Aber im Vergleich zu den Spiegeln in den riesigen optischen Teleskopen, die sich in Observatorien finden, ist der typische Haushaltsspiegel voller Schönheitsfehler. Um den perfekten Spiegel für einen gestochen scharfen Blick auf entfernte Galaxien zu erhalten, wird die reflektierende Oberfläche durch einen Ionenstrahl unter Vakuum geglättet. Hierbei kommen Vakuumpumpen der Busch Group zum Einsatz.

In Observatorien spielen riesige konkave Spiegel die wichtigste Rolle. Sorgfältig positioniert bündeln sie das Licht, das aus den Tiefen des Weltraums auf sie trifft, sodass Forscher weit über die Ränder unserer Galaxie hinausblicken können, ohne die Erde zu verlassen. Damit ein klares Bild entsteht, müssen diese Spiegel mit einer Toleranz von nur wenigen Dutzend Nanometern außergewöhnlich glatt sein – selbst kleinste Unebenheiten in der Größe eines einzelnen DNA-Strangs dürfen nicht vorkommen. Eine so hohe Präzision ist nur in einem sogenannten Ionenstrahlbearbeitungsprozess unter Vakuum möglich.

Reflexion und Streulicht

In einem gewissen Maß reflektiert jedes Material Licht. Man denke nur an all die Orte, wo man sein Spiegelbild sehen kann – in einer Autotür, einer Pfütze, auf einem polierten Boden. Alle diese Oberflächen haben eines gemeinsam: Sie sind glatt. Raue Oberflächen, selbst solche mit einem recht hohen Reflexionsvermögen wie weißer Beton, streuen das Licht, das auf sie trifft. Dadurch können wir die Oberfläche selbst sehen, aber keine Spiegelung. Auch wenn der Unterschied für unsere Augen zu klein ist, ist dies einer der Gründe, warum unsere Spiegel zu Hause für ein Präzisionsteleskop ungeeignet wären. Sie reflektieren nur etwa 90 % des Lichts, das auf sie trifft: Mehr als genug, um vor dem Verlassen des Hauses das eigene Outfit zu prüfen, aber nicht genug, um das schwache Licht vom anderen Ende des Universums präzise wiederzugeben. Dafür müssen die Spiegel speziell bearbeitet werden, um eine möglichst glatte Oberfläche und höchstes Reflexionsvermögen zu erzielen.

Konstanter Fokus

Ionenstrahlbearbeitung ist der letzte glättende Schritt in der Spiegelproduktion. Vorab wird das Glas auf äußerst hohem Niveau geschliffen und poliert – ein so gründlicher Prozess, dass er Monate dauern kann. Das nun schon sehr glatte Glas wird in eine Vakuumkammer gelegt, aus der eine Vakuumpumpe die Umgebungsluft entfernt. Ein Ionenstrahl, ein gebündelter Strom positiv geladener Argon-Ionen, tastet dann Linie für Linie die Spiegeloberfläche ab. Dieser Ionenstrahl erkennt alle hervorstehenden Moleküle, schlägt sie physikalisch ab und ermöglicht so eine auf den Nanometer genaue Beseitigung von Oberflächenfehlern. Dieser Prozess muss unter Vakuum erfolgen. An der Umgebungsluft können die Ionen auf Luftmoleküle treffen, bevor sie das Glas erreichen, und werden von diesen abgelenkt. Der Strahl verliert an Energie und die Ionen werden gestreut. Unter Vakuum bleibt der Fokus des Strahls erhalten. Dies ermöglicht die präzise Bearbeitung, die für die Herstellung eines möglichst glatten Spiegels notwendig ist – damit wir das Licht ferner Sterne hier auf der Erde erkennen können.