home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1995 / TIME Almanac 1995.iso / time / 042792 / 0427300.000 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1994-03-25  |  9.5 KB  |  188 lines

  1. <text id=92TT0894>
  2. <title>
  3. Apr. 27, 1992: Shoot for the Stars
  4. </title>
  5. <history>
  6. TIME--The Weekly Newsmagazine--1992               
  7. Apr. 27, 1992  The Untold Story of Pan Am 103        
  8. </history>
  9. <article>
  10. <source>Time Magazine</source>
  11. <hdr>
  12. SCIENCE, Page 56
  13. Shoot for the Stars
  14. </hdr><body>
  15. <p>A fresh generation of telescopes will open a new era of
  16. astronomical discovery
  17. </p>
  18. <p>By J. Madeleine Nash/Tucson
  19. </p>
  20. <p>     Twleve summers ago, University of Arizona astronomer
  21. Roger Angel swung by a Tucson pottery shop to pick up some
  22. firebricks for a backyard kiln. Then he purchased some glass
  23. ovenware at a nearby hardware store. A few days later, he
  24. materialized in a graduate student's doorway, brandishing a
  25. couple of Pyrex custard dishes melted to a misshapen blob. "We
  26. can make telescope mirrors out of this!" Angel exclaimed. Thus
  27. began a monumental and quixotic effort to reinvent the central
  28. light-gathering surface of the telescope, from its initial
  29. design to its final polishing.
  30. </p>
  31. <p>     This month, many years and millions of dollars later, that
  32. effort culminated in a spectacular success: the casting of one
  33. of the world's largest telescope mirrors, a single 6.5-m
  34. (21-ft.) circle of glass that sometime in 1994 will be hauled
  35. by flatbed truck to the top of Arizona's Mount Hopkins, where
  36. it will tilt skyward like a giant Cyclopean eye.
  37. </p>
  38. <p>     These are heady days in the rarefied world of telescope
  39. making. Not since the 1934 casting of Mount Palomar's 5-m mirror--a record size at the time--has there been more innovation
  40. or competition to push the edge of possibility. In the clear air
  41. above Hawaii's Mauna Kea, the Keck I Telescope's mammoth 10-m
  42. mirror, built of 36 separate segments, is nearing final assembly--a 10-month process was completed last week. Four years from
  43. now it will be joined by the Keck II, an equally monstrous twin.
  44. By then, the European Southern Observatory hopes to have
  45. positioned the first of four 8.2-m telescopes atop a high peak
  46. in the Chilean Andes. Japanese astronomers and other groups
  47. around the world will be constructing telescopes of similar size
  48. and daring before the end of the century.
  49. </p>
  50. <p>     Collectively, this new generation of ground-based
  51. instruments will open an extraordinary new window on the cosmos.
  52. "What we can look forward to," says Caltech astronomer Maarten
  53. Schmidt, "is the biggest gain in telescope power in the past 50,
  54. maybe even 100 years." It should bring into focus the most
  55. distant quasars yet and even planets orbiting other stars.
  56. </p>
  57. <p>     The intellectual seeds for this technological renaissance
  58. were sown more than a decade ago, when Angel and a handful of
  59. other pioneers began contemplating the challenge of building
  60. more powerful telescopes. Very quickly, they were forced to
  61. consider radical new approaches to mirror design. Simply scaling
  62. up old models would have been hopelessly expensive and unwieldy.
  63. "A large mirror can't look like a small mirror," explains
  64. Angel, "for pretty much the same reason that an elephant can't
  65. look like a fly. If it did, its legs would collapse under its
  66. own weight."
  67. </p>
  68. <p>     The central conundrum confronting designers was this: how
  69. to make a telescope mirror that could hold its shape against
  70. gravitational sag and gusting winds yet retain the capacity to
  71. make rapid adjustments to fluctuating temperatures. As mirror
  72. size increases, these two requirements begin to dictate
  73. different, and quickly contradictory, solutions. Very thick
  74. mirrors resist physical deformation extremely well, but because
  75. they retain so much heat, they tend to generate shimmering
  76. currents in the cold night air that play havoc with astronomers'
  77. observations. Very thin mirrors, on the other hand, have ideal
  78. thermal properties but a daunting physical handicap: as the
  79. telescope pans across the sky, a thin mirror will bend and
  80. wobble as if made of rubber.
  81. </p>
  82. <p>     Between this Scylla and Charybdis, mirror designers are
  83. charting a variety of bold, new courses. By designing the Keck
  84. Telescope mirror as a mosaic of small segments, each the size
  85. of a dining-room table, astronomer Jerry Nelson of the
  86. University of California, Berkeley was able to make his mirrors
  87. both rigid and thin. But to provide images of pinprick
  88. sharpness, each segment must be kept perfectly aligned with its
  89. neighbors, a task handled by an elaborate electronic network.
  90. </p>
  91. <p>     By contrast, the mirrors designed for the European
  92. Southern Observatory consist of a single, vast expanse of glass,
  93. thin (17.7 cm) and very flexible. To control wobbling and
  94. stabilize the orientation, these mirrors, like giant catcher's
  95. mitts, will be constantly readjusted by 180 computer-activated
  96. steel "fingers." A prototype mirror has already proved its
  97. worth. A flaw identical to the one that crippled the Hubble
  98. Space Telescope was easily corrected by adjusting the mirror's
  99. shape.
  100. </p>
  101. <p>     Angel's approach relies less on intricate control systems
  102. and more on vitreous wizardry. The 10-ton mirror he and his
  103. colleagues plan to install in Arizona--merely a warm-up for
  104. some 8-m versions--boasts a light-collecting surface that is
  105. nearly as wide as a house is tall, yet it averages only 2.8 cm
  106. thick. What prevents this marvel from fracturing under its own
  107. weight is a supporting truss composed of thousands of glass ribs
  108. that are cast as part of the mirror's underlying structure.
  109. Arrayed in a striking hexagonal pattern, the ribs form an airy
  110. honeycomb that confers on the mirror the structural strength of
  111. solid glass at one-fifth the weight. Because the hexagonal cells
  112. are hollow, air can be circulated through them to keep the
  113. mirror in constant thermal balance.
  114. </p>
  115. <p>     Although the conceptual design appears straightforward,
  116. the casting of a honeycomb mirror requires considerable
  117. technical know-how--and time. Angel's team tackles the job in
  118. their hangar-like mirror lab located, improbably enough, under
  119. the stands of the University of Arizona football stadium. In
  120. the center of the lab is a huge round furnace. To make a
  121. mirror, a complex ceramic mold is assembled inside the furnace
  122. and filled with glittering chunks of Pyrex-type glass. Once the
  123. furnace lid is sealed, the temperature will slowly ratchet up
  124. over a period of several days, at times rising no more than 2
  125. degrees C in an hour. At 750 degrees C (1382 degrees F), when
  126. the glass is a smooth, shiny lake, the furnace starts to whirl
  127. like a merry-go-round--an innovation that automatically spins
  128. the glass into the parabolic shape traditionally achieved by
  129. grinding. At about 1150 degrees C, the liquid glass oozes into
  130. the mold, filling the cells of the honeycomb.
  131. </p>
  132. <p>     Cooling the mirror is an equally painstaking process that
  133. takes many weeks. Reason: if one section of the glass cools
  134. faster than another, it will contract more quickly, creating
  135. stresses that lead to cracking. When finally unmolded, the
  136. mirror will still require months of tedious polishing to remove
  137. any imperfections.
  138. </p>
  139. <p>     Why devote so much time and energy to increasing the size
  140. of telescope mirrors? The quest is driven by science. To
  141. understand how the universe evolved from the Big Bang to its
  142. present form, astronomers strive to capture ever more fleeting
  143. flecks of light that emanated from ancient galaxies billions of
  144. years ago. A 10-m mirror increases their chances by providing
  145. a light-gathering surface that is four times the area of a 5-m
  146. mirror. Even bigger gains will be possible if astronomers
  147. proceed with plans to link huge telescopes like the Keck I and
  148. Keck II together, combining their light-catching power. The laws
  149. of physics serendipitously ensure that such telescopic arrays
  150. will also provide sharper images--if spatial distortions in
  151. the new thinner mirrors can only be held to a minimum.
  152. </p>
  153. <p>     Of course, that is a big if. All the new mirror designs
  154. are pushing the technological frontier, and already some
  155. surprisingly nettlesome problems have arisen. "Naturally, the
  156. challenges have come in places we least expected them," says
  157. physicist Terry Mast, one of the scientists who is helping build
  158. the Keck Telescope. For instance, the laborious procedure
  159. developed for polishing the Keck's 36 mirror segments turned out
  160. to warp them. A system of special harnesses has now been
  161. developed to bend the segments to the correct curvature. So far,
  162. Angel's mirrors appear to be free of serious problems, though
  163. concerns persist that the honeycomb structure could interfere
  164. with "seeing" by leaving a subtle quilted pattern on the
  165. surface. Far outweighing any potential negatives, Angel
  166. believes, is the fact that his mirrors, unlike the Keck and
  167. European mirrors, do not require fancy computerized controls to
  168. keep them optimally configured. "When we succeed in casting a
  169. mirror," says Angel, "we've produced a piece of glass that makes
  170. everything else easy."
  171. </p>
  172. <p>     Right now, which design will prove best is anyone's guess.
  173. "We'll know in 50 years," says Mast. But whatever the ultimate
  174. outcome of this ethereal competition, it is clear that Angel's
  175. creative hand will shape telescopes built for many years to
  176. come. He and a team of graduate students are among many
  177. astronomers racing to devise an "adaptive optics" system that
  178. corrects for the turbulence of the earth's atmosphere. The
  179. system affords ground-based instruments the heady illusion of
  180. operating in the clairvoyant emptiness of space. Angel, in other
  181. words, is on the verge of endowing his telescope mirrors with
  182. wings.
  183. </p>
  184.  
  185. </body></article>
  186. </text>
  187.  
  188.