Paranal VLTmirror.jpg mit 8 m Durchmesser]] Hauptspiegel sind Spiegel eines Teleskops. Bei Teleskopen für optische Wellenlängen bestehen Hauptspiegel heute ausschließlich aus Glas.

Geschichte

In den Anfangsjahren der von Newton erfundenen Spiegelteleskope wurden die Spiegel aus Spiegelmetall hergestellt. Weil das Metall jedoch oxidierte, mussten diese Spiegel nachpoliert werden. Damit verliert man leicht die hergestellte glatte Oberfläche. Deshalb kam man auf Glas als Träger, das man mit Silber verspiegelte.

Strahlverlauf und Abbildefehler

Die Spiegel ganz kleiner Teleskope sind Hohlspiegel in der Form reiner Kugelspiegel. Ein Kugelspiegel sammelt parallele Lichtstrahlen aber nicht genau in einem Punkt, sondern in einer räumlichen Ausdehnung entlang der Längsachse des Brennpunktes ( sog. "Brennlinie"). Bei größeren Spiegeln wird deshalb ein Rotationsparaboloid hergestellt, das die Lichtstrahlen wirklich in einem Punkt sammelt.

Herstellung

Als Material wird meist Borosilikatglas eingesetzt, das einen sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten besitzt.

Die großen Spiegel werden aus Glaskeramik hergestellt. Bei der Abkühlung der Glasschmelze wird der Temperaturverlauf so geregelt, dass durch keramische Kristallisation eine Mischung aus 60 Prozent Keramik und 40 Prozent Glas entsteht. Der negative Ausdehnungskoeffizient der Keramik hebt sich mit dem positiven des Glases auf, so dass überhaupt keine Wärmeausdehnung mehr auftritt. Die Glasrohlinge für kleine Spiegel wurden früher durch Pressen oder Gießen in Glasformen hergestellt. Heute wird Floatglas mit 25 mm Stärke hergestellt, aus dem die Glasrohlinge ausgeschnitten werden.

Für größere Spiegel werden in speziellen Drehöfen die Spiegel gleich aus Glasbruch in Form geschmolzen. Dabei rotiert der Ofen mit der definierten Drehzahl, mit der die Parabolform für diesen Spiegel erreicht wird. Um Spannungsfreiheit zu erreichen und den Keramikanteil auszukristallisieren, dauert der Abkühlprozess entsprechend lange.

Ist der Spiegel fertig ausgekühlt, kann die Endform geschliffen und poliert werden. Beim Polieren muss eine Oberflächengenauigkeit unter Lamda/2 (die Hälfte der Wellenlänge, in der später beobachtet werden soll) erreicht werden. Üblicherweise werden Spiegel auf bis zu 20 Nanometer genau gefertigt.

Kleine Hauptspiegel, die mit einem Verhältnis von Durchmesser zu Dicke von 10 : 1 hergestellt werden können, sind von sich aus formstabil. Ab 50 cm Durchmesser werden solche Spiegel schon recht schwer. Stellt man die Spiegel jedoch dünner her, so verbiegen sie sich beim Aufrichten von selbst.

Größere Spiegel wurden früher zur Gewichtsreduzierung von der Rückseite her ausgebohrt. Heute werden die Spiegel gleich mit einer Wabenstruktur auf der Rückseite gegossen.

Salt mirror.jpg ]] Trotzdem waren Spiegel mit mehr als 8 m Durchmesser wegen der Verformung durch ihr Eigengewicht nicht mehr herstellbar. Deshalb wurden Spiegel bis zehn Meter Durchmesser zunächst aus Segmenten hergestellt. Diese Segmente wurden durch die Halterung (statisch) so positioniert, das ein fehlerfreies Bild entsteht. Heute sind adaptive Lagerungen entwickelt worden, die den Spiegel dynamisch an vielen Auflagepunkten stützen und die Verbiegung ausgleichen.

Astronomisches Instrument