No alto de uma montanha, no deserto seco de Atacama, no Chile, o Observatório Europeu do Sul (ESO) está atualmente construindo o maior telescópio óptico do mundo.
Nenhum tempo foi desperdiçado na escolha de um nome - ele será chamado de Extremely Large Telescope ou ELT.
Em vez disso, a enorme energia passou a projetar e construir “o maior olho do mundo no céu”, que deve começar a coletar imagens em 2028 e é muito provável que expanda nossa compreensão do universo.
Nada disso seria possível sem alguns dos espelhos mais avançados já feitos.
Elise Vernet é especialista em óptica adaptativa do ESO e tem vindo a supervisionar o desenvolvimento dos cinco espelhos gigantes que irão recolher e canalizar a luz para o equipamento de medição do telescópio.
Cada um dos espelhos personalizados do ELT é um feito de design óptico.
O Dr. Vernet descreve o espelho M2 convexo de 14 pés (4,25 m) como “uma obra de arte”.
Mas talvez os espelhos M1 e M4 expressem melhor o nível de complexidade e precisão necessários.
O espelho principal, M1, é o maior espelho já feito para um telescópio óptico.
“Tem 39 metros de diâmetro, composto de segmentos de espelho hexagonais, alinhados para que se comporte como um espelho monolítico perfeito”, diz o Dr. Vernet.
A M1 coletará 100 milhões de vezes mais luz do que o olho humano e deve ser capaz de manter a posição e a forma a um nível de precisão 10.000 vezes mais fino do que um cabelo humano.
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 do próprio telescópio que poderiam distorcer as imagens.
Sua superfície flexível é composta de seis pétalas de um material de vidro-cerâmica que é menos de 2mm (0,075in) de espessura.
As pétalas foram feitas por Schott em Mainz, Alemanha e depois enviadas para a empresa de engenharia Safran Reosc, nos arredores de Paris, onde foram polidas e montadas no espelho completo.
Todos os cinco espelhos estão quase concluídos e em breve serão transportados para o Chile para instalação.
Enquanto esses enormes espelhos serão usados para capturar a luz do cosmos, os vizinhos do ESO em Garching, no Instituto Max Planck de ptica Quântica, criaram um espelho quântico para operar nas menores escalas imagináveis.
Em 2020, uma equipe de pesquisa foi capaz de fazer uma única camada de 200 átomos alinhados se comportar coletivamente para refletir a luz, efetivamente criando um espelho tão pequeno que não pode ser visto a olho nu.
Em 2023, eles conseguiram colocar um único átomo microscopicamente controlado 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 observamos isso experimentalmente, é que nessas estruturas ordenadas, uma vez que você absorve um fóton e ele é re-emitido, é realmente emitido [em uma direção previsível] e é isso que o torna um espelho”, diz o Dr. Pascal Weckesser, pesquisador de pós-doutorado no instituto.
Essa capacidade de controlar a direção da luz refletida no átomo poderia ter aplicações futuras em várias tecnologias quânticas, como, por exemplo, redes quânticas à prova de hackers para armazenar e transmitir informações.
Mais a noroeste em Oberkochen, perto de Stuttgart, espelhos com outra propriedade extrema estão sendo feitos por Zeiss.
A empresa de óptica passou anos desenvolvendo um espelho ultra plano que se tornou um componente-chave nas máquinas que imprimem chips de computador, chamados de máquinas de litografia ultravioleta extrema, ou EUVs.
A empresa holandesa ASML é líder mundial na fabricação de EUVs, e os espelhos Zeiss são um componente essencial deles.
Os espelhos EUV da Zeiss podem refletir a luz em comprimentos de onda muito pequenos, o que permite a clareza da imagem em uma pequena escala, para que mais e mais transistores possam ser impressos na mesma área de wafer de silício.
Para explicar o quão planos são os espelhos, o Dr. Frank Rohmund, presidente de óptica de fabricação de semicondutores da Zeiss, usa uma analogia topográfica.
“Se você pegasse um espelho doméstico e o explodisse até o tamanho da Alemanha, o ponto de elevação mais alto seria 5m.
Em um espelho espacial [como no Telescópio Espacial James Webb], seria 2cm [0.75in].
Em um espelho EUV, seria 0,1 mm”, explica ele.
Esta superfície de espelho ultra-suave combinada com sistemas que controlam o posicionamento do espelho, também feito por Zeiss, produzem um nível de precisão equivalente a saltar a luz de um espelho EUV na superfície da Terra e escolher uma bola de golfe na lua.
Embora esses espelhos já possam parecer extremos, Zeiss tem planos de melhoria, para ajudar a fazer chips de computador ainda mais poderosos.
“Temos ideias sobre como desenvolver o EUV ainda mais.
Em 2030, o objetivo é ter um microchip com um trilhão de transistores.
Esse objetivo chegou mais perto com a mais recente tecnologia da Zeiss, que permite a impressão de cerca de três vezes mais estruturas na mesma área do que a atual geração de máquinas de fabricação de chips.
“A indústria de semicondutores tem esse roteiro forte dominante que fornece uma batida de tambor para todos os jogadores que contribuem para a solução.
Com isso, somos capazes de fornecer progresso em termos de fabricação de microchips que hoje permite coisas como inteligência artificial que eram impensáveis até dez anos atrás”, diz o Dr. Rohmund.
O que a humanidade entenderá e será capaz de fazer daqui a dez anos ainda não foi visto, mas os espelhos, sem dúvida, estarão no coração das tecnologias que nos levam até lá.