칠레의 뼈대만 남은 아타카마 사막의 높은 산 위에서 유럽 남방 천문대(ESO)는 현재 세계에서 가장 큰 광학 망원경을 제작하고 있습니다.
이름을 고르는 데 시간을 낭비하지 않았습니다. 이 망원경의 이름은 초대형 망원경, 즉 ELT가 될 것입니다.
대신, 2028년에 이미지 수집을 시작할 예정이며 우주에 대한 우리의 이해를 확장할 가능성이 매우 높은 "세계에서 가장 큰 하늘의 눈"을 설계하고 건설하는 데 막대한 에너지가 투자되었습니다.
이 모든 것은 역사상 가장 진보된 거울이 없었다면 불가능했을 것입니다.
플로랑 말렛/메르센 부스텍엘리스 베르네 박사는 ESO의 적응 광학 전문가로, 망원경의 측정 장비에 빛을 모아 전달하는 5개의 거대 거울의 개발을 감독해 왔습니다.
ELT의 맞춤형 거울은 각각 광학 설계의 뛰어난 성과입니다.
베르네 박사는 14피트(4.25m) 볼록한 M2 거울을 "예술 작품"이라고 묘사했습니다.
하지만 아마도 M1과 M4 거울이 필요한 복잡성과 정밀성 수준을 가장 잘 표현하고 있을 것입니다.
주경인 M1은 광학 망원경용으로 만들어진 거울 중 가장 큰 거울이다.
Vernet 박사는 "직경이 39m[128피트]이고 [798]개의 육각형 거울 부분으로 구성되어 완벽한 일체형 거울처럼 작동하도록 정렬되어 있습니다."라고 말했습니다.
M1은 인간의 눈보다 1억 배 더 많은 빛을 수집하고, 인간의 머리카락보다 10,000배 더 가느다란 정밀도로 위치와 모양을 유지할 수 있어야 합니다.
M4는 지금까지 만들어진 변형 가능한 거울 중 가장 큰 거울로, 초당 1,000번 모양을 바꿔 대기 난류와 망원경 자체의 진동을 교정할 수 있으며, 이로 인해 이미지가 왜곡되는 현상을 방지합니다.
유연한 표면은 두께가 2mm(0.075인치) 미만인 유리 세라믹 소재의 꽃잎 6개로 이루어져 있습니다.
꽃잎은 독일 마인츠에 있는 쇼트에서 제작한 다음 파리 바로 외곽에 있는 엔지니어링 회사인 사프란 레오스크(Safran Reosc)로 보내져 광택을 내고 조립하여 완전한 거울로 완성되었습니다.
5개의 거울은 모두 완성에 가까워지고 있으며, 곧 칠레로 운반되어 설치될 예정입니다.
이 거대한 거울은 우주의 빛을 포착하는 데 사용되는 반면, ESO의 이웃인 가르힝에 있는 막스 플랑크 양자광학 연구소에서는 상상할 수 있는 가장 작은 규모에서 작동하는 양자 거울을 만들어냈습니다.
2020년, 한 연구팀은 200개의 정렬된 원자로 이루어진 단일 층을 만들어서 집단적으로 빛을 반사하게 했고, 맨눈으로는 볼 수 없을 만큼 작은 거울을 효과적으로 만들어냈습니다.
2023년에는 배열의 중심에 미세하게 제어되는 단일 원자를 배치하여 원자가 투명하거나 반사되는지를 제어하는 데 사용할 수 있는 "양자 스위치"를 만드는 데 성공했습니다.
"이론가들이 예측했고 우리가 실험적으로 관찰한 바에 따르면, 이러한 정렬된 구조에서 광자를 흡수하고 다시 방출되면 실제로 [예측 가능한] 방향으로 방출되고 이것이 거울을 만드는 것입니다." 연구소의 박사후 연구원인 파스칼 웨케서 박사의 말입니다.
원자에서 반사되는 빛의 방향을 제어하는 이러한 능력은 향후 정보를 저장하고 전송하기 위한 해킹 방지 양자 네트워크와 같은 여러 양자 기술에 응용될 수 있습니다.
자이스슈투트가르트 근처 오버코헨의 북서쪽에서는 차이스가 또 다른 극단적인 특성을 지닌 거울을 만들고 있습니다.
광학 회사는 수년간 초평평 거울을 개발했는데, 이 거울은 극자외선 리소그래피 기계, 즉 EUV라고 불리는 컴퓨터 칩을 인쇄하는 기계의 핵심 구성 요소가 되었습니다.
네덜란드 회사 ASML은 세계 최대의 EUV 제조사이며, Zeiss 미러는 이 회사의 필수 구성 요소입니다.
Zeiss의 EUV 미러는 매우 작은 파장에서 빛을 반사할 수 있어 아주 작은 규모에서도 이미지 선명도를 구현할 수 있으며, 이로 인해 실리콘 웨이퍼의 동일한 영역에 점점 더 많은 트랜지스터를 인쇄할 수 있습니다.
거울이 얼마나 평평한지 설명하기 위해, Zeiss의 반도체 제조 광학 부문 사장인 프랭크 로문트 박사는 지형적 비유를 사용합니다.
"가정용 거울을 가져다가 독일 크기로 확대하면 가장 높은 고도 지점은 5m가 됩니다. 우주 거울[제임스 웹 우주 망원경]에서는 2cm[0.75인치]가 됩니다. EUV 거울에서는 0.1mm가 됩니다."라고 그는 설명합니다.
이 매우 매끄러운 거울 표면은 역시 Zeiss가 만든 거울의 위치를 제어하는 시스템과 결합되어 지구 표면에서 EUV 거울에 빛을 반사시키고 달에서 골프공을 골라내는 것과 동일한 수준의 정확도를 제공합니다.
이러한 거울 자체가 이미 극단적으로 들릴지 모르지만, Zeiss는 훨씬 더 강력한 컴퓨터 칩을 만들기 위해 개선을 계획하고 있습니다.
"우리는 EUV를 더욱 발전시키는 방법에 대한 아이디어가 있습니다. 2030년까지 목표는 1조 개의 트랜지스터가 있는 마이크로칩을 만드는 것입니다. 오늘날 우리는 아마도 1,000억 개에 도달했습니다."
그 목표는 Zeiss의 최신 기술로 더욱 가까워졌습니다. 이 기술을 사용하면 현재 세대의 칩 제조 기계보다 동일한 면적에 약 3배 더 많은 구조를 인쇄할 수 있습니다.
"반도체 산업은 솔루션에 기여하는 모든 플레이어에게 드럼비트를 제공하는 지배적인 강력한 로드맵을 가지고 있습니다. 이를 통해 우리는 오늘날 10년 전만 해도 상상할 수 없었던 인공 지능과 같은 것을 가능하게 하는 마이크로칩 제조 측면에서 진전을 제공할 수 있습니다."라고 Rohmund 박사는 말합니다.
10년 후에 인류가 무엇을 이해하고 무엇을 할 수 있을지는 아직 알 수 없지만, 거울은 의심할 여지 없이 우리를 그곳으로 데려다줄 기술의 핵심이 될 것입니다.