Mølens øje inspirerer kritisk komponent til SOFIAs nyeste instrument

Natur, og mere specielt et møløje, inspireret teknologien, der gør det muligt for et nyt NASA-udviklet kamera at skabe billeder af astronomiske objekter med langt større følsomhed, end det tidligere var muligt.

Ideen er enkel. Når man ser nærmere på, et møløje indeholder en meget fin række små tilspidsede cylindriske fremspring. Deres opgave er at reducere refleksion, lader disse natlige væsner absorbere så meget lys som muligt, så de kan navigere selv i mørke.

Det samme absorberteknologikoncept, når det påføres en fjerninfrarød absorber, resulterer i en siliciumstruktur indeholdende tusindvis af tætpakket, mikrobearbejdede pigge eller cylindriske fremspring ikke højere end et sandkorn. Det er en kritisk komponent i de fire 1, 280-pixel bolometer-detektor-arrays, som et hold af videnskabsmænd og teknologer ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, skabt til det højopløselige Airborne Wideband Camera-plus, eller HAWC+.

NASA har netop afsluttet idriftsættelsen af ​​HAWC+ ombord på Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, eller SOFIA, et joint venture, der involverer NASA og German Aerospace Center, eller DLR. Dette stærkt modificerede 747SP-fly bærer et otte fods teleskop og seks instrumenter til højder, der er høje nok til ikke at blive skjult af vand i Jordens atmosfære, som blokerer det meste af den infrarøde stråling fra himmelske kilder.

Det opgraderede kamera laver ikke kun billeder, men måler også det polariserede lys fra udsendelsen af ​​støv i vores galakse. Med dette instrument, forskere vil være i stand til at studere de tidlige stadier af stjerne- og planetdannelse, og, med HAWC+'s polarimeter, kortlægge magnetfelterne i miljøet omkring det supermassive sorte hul i centrum af Mælkevejen.

Med et sådant system - aldrig før brugt i astronomi - kan selv små variationer i lysets frekvens og retning måles. "Dette gør det muligt for detektoren at blive brugt over en bredere båndbredde. Det gør detektoren langt mere følsom - især i det fjerne infrarøde, "sagde Goddard -videnskabsmanden Ed Wollack, som arbejdede sammen med Goddard-detektoreksperten Christine Jhabvala for at udtænke og bygge de mikrobearbejdede absorbere, der er afgørende for de Goddard-udviklede bolometerdetektorer.

Bolometre bruges almindeligvis til at måle infrarød eller varmestråling, og er, i det væsentlige, meget følsomme termometre. Når stråling er fokuseret og rammer et absorberende element, typisk et materiale med en resistiv belægning, elementet opvarmes. En superledende sensor måler derefter den resulterende ændring i temperatur, afslører intensiteten af ​​det indfaldende infrarøde lys.

Dette særlige bolometer er en variation af en detektorteknologi kaldet backshort under-grid sensor, eller BUGS, bruges nu på en række andre infrarød-følsomme instrumenter. I denne særlige applikation, de reflekterende optiske strukturer – de såkaldte backshorts – er erstattet med de mikrobearbejdede absorbere, der stopper og absorberer lyset.

Holdet havde eksperimenteret med kulstof nanorør som en potentiel absorber. Imidlertid, de cylindrisk formede rør, der nu bruges til en række forskellige rumflyvninger, viste sig at være ineffektive til at absorbere langt-infrarøde bølgelængder. Til sidst, Wollack så på møllen som en mulig løsning.

"Du kan blive inspireret af noget i naturen, men du skal bruge værktøjerne ved hånden for at skabe det, " sagde Wollack. "Det var virkelig sammenkomsten af ​​mennesker, maskiner, og materialer. Nu har vi en ny kapacitet, som vi ikke havde før. Det er, hvad innovation handler om."