Quelltext der Seite Metallspiegel

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'''Metallspiegel''' kamen in der [[Astronomie]] ab etwa 1650 mit der Erfindung der verschiedenen [[Spiegelteleskop]]e in Gebrauch. Damals war das [[Spiegelschleifen|Schleifen]] von Metalloberflächen wesentlich einfacher als das von [[Glas]]spiegeln, außerdem war das Problem der [[Schliere]]n bei größeren Glasgussformen noch ungelöst.

Als Spiegelmaterial dienten meist [[Kupfer]]-[[Zinn]]-[[Legierung]]en, die zur Erhöhung des Reflexionsvermögens poliert oder dünn beschichtet wurden. Dennoch reflektierten sie nur etwa 50 % des auftreffenden Sternenlichts. Daher wurden sie ab etwa 1900 (als die Gusstechnik entwickelt war) weitgehend durch Glasspiegel ersetzt, bzw. ab etwa 1980 durch [[Glaskeramik]]en.

Heute werden Metallspiegel hauptsächlich für physikalische Messtechnik (u.&nbsp;a. [[Spektrometer]]) unter extremen Umweltbedingungen (Weltraum, Luftfahrt) eingesetzt. Zudem bieten sie wegen einfacher Integration eines Kühlsystems Vorteile in der [[Lasertechnik]] als Resonatorspiegel für Hochleistungslaser.

== Teleskopspiegel von John Mudge und James Short ==
Der Arzt und Amateurastronom [[John Mudge]] (1721–1793) war einer der ersten, der verschiedene Metall-[[Legierung]]en auf ihre Eignung für Teleskopspiegel untersuchte. 1777 erhielt er die [[Copley-Medaille]] der Royal Society für seine ''Directions for making the best Composition for the Metals for reflecting Telescopes; together with a Description of the Process for Grinding, Polishing, and giving the great Speculum the true Parabolic Curve'', die in den [[Philosophical Transactions ]] publiziert wurden. Möglicherweise hatte Mudge Kontakt mit [[Isaac Newton]] über Methoden des [[Spiegelschleifen]]s und tauschte seine Erfahrungen im Teleskopbau auch mit dem Mathematiker und Optiker [[James Short]].

Als geeignetste Legierung erhielt er [[Kupfer]]-[[Zinnbronze]] im Verhältnis 2:1, während Newton 3:1 empfohlen hatte. Für den Physiker [[John Michell]] baute er ein besonders lichtstarkes, kurzes Spiegelteleskop mit Öffnungsverhältnis 1:4 und 10 Fuß Brennweite, dessen Betrieb (im Gegensatz zu den wesentlich längeren Instrumenten Herschels mit 1:10 bis 1:20, siehe unten) keine Helfer benötigte.

Der damalige Meister des Teleskopbaus [[James Short]] (1710–1768) hatte für seine [[Gregory-Teleskop]]e zunächst noch sphärische Glasspiegel verwendet. Um die Hauptspiegel in der optisch besseren [[Paraboloid]]-Form schleifen zu können, ging er später auf Metallspiegel aus [[Zinnbronze]] (Speculum) über. Dadurch gelang es ihm zuletzt, auch den [[Fangspiegel]]n die ideale [[ellipsoid]]ische Form zu geben. Seine unerreicht scharfen Fernrohre machten ihn europaweit bekannt; er produzierte fast 1400 Teleskope, wovon 110 bis heute erhalten sind.

== Die Spiegelwerkstatt von William Herschel ==
Als Fernrohrtyp setzten sich zuerst der [[Schiefspiegler]] und das [[Newton-Teleskop]] durch, doch blieben die Durchmesser zunächst recht bescheiden. Die Entwicklung zu größeren Metallspiegeln begann mit dem Techniker und (vorerst) Liebhaberastronomen [[Wilhelm Herschel]]. Als deutscher Auswanderer nach England fand er ab etwa 1770 eine Erwerbsquelle im Schliff astronomischer Spiegel, von denen er einige hundert verkaufte.

[[Datei:Herschel 40 foot.jpg|mini|Wilhelm Herschels 48-Zoll-Spiegelteleskop mit 40 Fuß Brennweite]]

Herschel goss die Spiegel aus weichen Metall-Legierungen, die sich leicht schleifen ließen. Danach polierte er sie blank, doch liefen sie im Gebrauch wieder an und sie mussten oft nachpoliert werden. (Mit Beschichtungen arbeitete erst [[Hieronymus Schröter]] (1745–1816), siehe unten). Den Planeten Uranus entdeckte Herschel mit einem [[Sechszöller]] (15&nbsp;cm), die meisten seiner Nebelobjekte mit einem 47-cm-Spiegel und 6&nbsp;m Brennweite (gebaut 1783). Sein größtes Teleskop von 1789 (siehe Bild) maß 1,22&nbsp;m&nbsp;×&nbsp;12&nbsp;m und blieb bis zu einem Sturm 1839 das weltweit größte.

== Die Spiegel und Beläge von Hieronymus Schröter ==
Herschel stattete u.&nbsp;a. die private [[Sternwarte Lilienthal]] des Oberamtmanns und Mondforschers Schröter mit einigen Metallspiegeln aus, die im Laufe der Zeit immer größer wurden. Der gut situierte Beamte begann zwar seine Mondbeobachtungen 1779 mit einem [[Achromat|farbreinen]] 6-cm-Linsenfernrohr von [[John Dollond|Dollond]], doch veranlasste ihn Herschels Entdeckung des Uranus (1781), bei ihm ein 12-cm-Spiegelteleskop mit 122&nbsp;cm [[Brennweite]] zu bestellen. Bald folgte ein Newton-Teleskop 17/214&nbsp;cm, für das er bei Bremen ein zweistöckiges Observatorium errichtete. Neben Mond- und Sonnenbeobachtungen – wofür relativ matte Metallspiegel von jeher geeignet waren – konnte nun die [[Lichtstärke (Fotografie)|Lichtstärke]] der Neuerwerbung auch zur Beobachtung von [[Planeten]], Doppelsternen und [[Nebelhaufen]] dienen. Das Instrument wurde die Grundlage für Schröters ausgezeichnete Mondbeobachtungen, die er 1791 – noch als [[Amateurastronom|Amateur]] – unter dem Titel ''[[selenotopografische Fragmente]]'' publizierte.

1792 entwickelte Schröter mit dem Kieler Chemieprofessor [[Johann Gottlieb Friedrich Schrader]] eine weißliche, spröde Kupfer-Zinn-Legierung mit etwas Arsen. Zur Erhöhung des Reflexionsvermögens (zunächst wohl kaum 20 %) dampften sie eine zusätzliche [[Arsen]]-Schicht auf, die Herschels Polierproblem löste. Die Legierungen ließen sich noch gut in die Hohlform schleifen, waren aber schon hart genug, um ihre gute Abbildungsleistung lange zu behalten.

Sein eigentliches „[[Riesenteleskop]]“ stellte Schroeter 1794 fertig – es hatte 51&nbsp;cm Öffnung und einen achteckigen, 9&nbsp;m langen Tubus. Die spezielle Arsen-Beschichtung fertigte sein Gärtner [[Harm Gefken]] an, der später eine optische Werkstatt gründete. Allerdings starb er 55-jährig an den Arsendämpfen.

Der blanke Halbmeter-Spiegel war dem viel größeren, aber matten von Herschel ebenbürtig, sodass Schröter sogar die [[Erdlicht|Nachtseite]] des Mondes untersuchen konnte, zahlreiche [[Sternhaufen]] und Nebel entdeckte und [[Tagbeobachtung]]en der hellen Planeten vornahm.
An diesem Fernrohr wurden 1802 bis 1807 drei der ersten vier [[Kleinplanet]]en entdeckt und der von Schröter als [[Observator]] eingestellte Assistent [[Friedrich Wilhelm Bessel]] zum Astronomen ausgebildet.

== Die Ein- und Zwei-Meter-Spiegel von Lord Rosse ==
Das Lilienthaler Teleskop wurde bald von einem 36-Zoll-Spiegelteleskop des [[Lord Rosse]] (Irland) übertroffen, mit dessen Lichtstärke der Earl viele ''neblige Objekte'' erforschen konnte. Doch baute Rosse 1842–1845 ein noch größeres Teleskop, das bald „{{lang|en|[[Leviathan (Teleskop)|Leviathan]] of Parsonstown}}“ genannt wurde. Es hatte 183&nbsp;cm Apertur, 16&nbsp;m Brennweite und wurde – mittels [[Flaschenzug| Flaschenzügen]] geringfügig schwenkbar – zwischen zwei massiven, 15&nbsp;m hohen Mauern montiert (siehe Bild). Mit diesem Teleskop hat Rosse entscheidendes zur Kosmologie beigetragen und u.&nbsp;a. die Spiralnatur von [[Galaxie]]n erkannt, doch musste es zeitweise wegen der irischen Hungersnot stillgelegt werden.
[[Datei:Riesenteleskop-Rosse-4168c.jpg|mini|Der „Leviathan“ von Lord Rosse (1848) mit einem 1,8-m-Metallspiegel]]

Der Spiegel bestand aus „{{lang|en|speculum metal}}“ ([[Spiegelmetall]]), einer [[bronze]]artigen Legierung, und wog allein fast 4 Tonnen. Zur Herstellung war eine spezielle, sehr vorsichtige Gießtechnik nötig. Denn wäre der Klotz zu rasch abgekühlt, wäre er zersprungen. Tatsächlich misslang der 1. Versuch, und für den 2. Versuch ließ der Lord zusätzliche Heizaggregate einbauen und den Verlauf der [[Abkühlung]] genau kontrollieren. Wie lange der Vorgang letztlich dauerte, ist nicht überliefert (die Abkühlung des 5-Meter-Glasspiegels von [[Mount Palomar]] dauerte über ein Jahr).
Der 3.800&nbsp;kg schwere Bronzespiegel musste gegen die [[Durchbiegung]] auf 27 Stützen gelagert werden, deren Zahl Rosse später sogar auf 81 vermehren ließ.

Für das [[Schleifen (Fertigungsverfahren)|Schleifen]] in die erforderliche [[Paraboloid]]-Form und für das anschließende [[Polieren]] wurde eine eigene, [[Dampfmaschine|dampfgetriebene]] Maschinerie konstruiert. Dennoch erblindete der gewaltige Spiegel immer wieder und musste zweimal jährlich nachpoliert und wieder parabolisiert werden. Um diese wohl wochenlangen Zeiten zu überbrücken, ließ Lord Rosse schließlich einen zweiten, identischen Spiegel herstellen.

== Ende der Metallspiegel ==
Um die Jahrhundertwende 1900 war die Glaserzeugung so weit fortgeschritten, dass sie auch für große Teleskopspiegel geeignet erschien. Vorteilhaft war neben dem höheren [[Reflexionsgrad]] auch das wesentlich geringere [[Volumengewicht]].

Am [[Mount-Wilson-Observatorium]] ging 1917 der 2,5&nbsp;m messende [[Hooker-Spiegel]] in Betrieb, der bis in die 1970er Jahre als Vorbild für alle Großteleskope diente. Mit 5&nbsp;m ([[Mount Palomar]]) und 6&nbsp;m ([[Selentschuk-Observatorium|Selentschuk]]) war allerdings die Grenze erreicht und man ging zu [[segmentierter Spiegel|segmentierten Spiegeln]] über. Ab etwa 1980 wurde außerdem statt Glas zunehmend [[Glaskeramik]] der Mainzer Schott-Werke (v.&nbsp;a. [[Zerodur]]) verwendet, weil sie eine sehr geringe [[Ausdehnungskoeffizient|Wärmeausdehnung]] aufweist.

== Metallspiegel in Physik und Technik ==
Heute erstreckt sich das Einsatzgebiet von Metallspiegeln in viele Bereiche der  Technik und Physik. Einige Beispiele sind:

=== Energiereiche Anwendungen ===
* allgemein zur Bündelung energiereicher Strahlung,
* für [[Röntgenteleskop]]e und andere [[Weltraumteleskop]]e
* zum Nachweis von [[Tscherenkow-Blitz]]en
* physikalische [[Messtechnik]] unter extremen Umweltbedingungen
* Strahlfokussierung in der [[Lasertechnik]]
* [[Resonatorspiegel]] für Hochleistungslaser
* [[Zyklotron-Resonanzheizung|Resonanzheizung]] in [[Zyklotron]]en

=== Licht und Mikrowellen ===
* für [[Lichtleiter]]n oder in [[optischer Resonator|optischen Resonatoren]]
* Spiegelbeläge aus [[Aluminium]] für Licht- und Infrarot-[[Spektrometer]]
* für fotografische [[Beleuchtung]]szwecke
* schwenkbare kleine Metallspiegel in [[Endoskop]]en
* teilweise als [[Interferenzfilter]] in Form dünner, [[dielektrisch]]er Schichten auf einem Träger, z.&nbsp;B. [[Bragg-Spiegel]]
* [[Mikrowellen]]-Technik
* [[Parabolantenne]]n für Mikrowellen-Funkanlagen

== Literatur ==
* [[Günter D. Roth]]: ''Astronomiegeschichte (Astronomen, Instrumente, Entdeckungen).'' Kosmos-Franckh, Stuttgart 1987, ISBN 3-440-05800-X
* Russell McCormmach: ''Weighing the World: The Reverend John Michell of Thornhill''. Springer, 2012, Chapter 6.9 ''The Great telescope'', S. 243 ({{Google Buch|BuchID=TWB-74DCm68C|Seite=243}}, Metallspiegel von J.Mudge)
* [http://www.imos-gubela.de/Mod/metall1.html IMOS-Metalloptik für Lasertechnik und Astrophysik]

[[Kategorie:Optische Teleskoptechnik]]
[[Kategorie:Optischer Spiegel]]
[[Kategorie:Historisches Instrument der Astronomie]]