NASA -teamet påtager sig en ny optisk udfordring - Lyman Alpha Limit

NASA-teknologer producerede teleskopspejle med den højeste reflektans, der nogensinde er blevet rapporteret inden for det langt ultraviolette spektralområde. Nu, de prøver at sætte en ny rekord.

Manuel Quijada og hans team, optiske eksperter på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, undersøger teknikker til at skabe stærkt reflekterende aluminiumsspejle, der er følsomme over for infrarød, optisk, og langt-ultraviolette bølgelængdebånd-et bredt spektralområde, der er forudset for foreslåede rumteleskoper efter James Webb-rumteleskopet og Wide Field Infrared Survey Telescope. Disse foreslåede missioner ville tackle en bred vifte af astrofysiske undersøgelser, fra reioniseringens epoke, gennem dannelse og udvikling af galakser, til dannelse af stjerner og planeter.

Quijadas team studerer specifikt tre forskellige teknikker og materialer til fremstilling og påføring af beskyttende belægninger på aluminiumsspejle for at forhindre dem i at oxidere, når de udsættes for ilt og miste deres reflektivitet.

"Aluminium er et metal, som naturen har givet os den bredeste spektrale dækning, "Sagde Quijada." Men aluminium skal beskyttes mod naturligt forekommende oxider med en tynd film eller et substrat af gennemsigtigt materiale. "

Desværre, ingen har udviklet en belægning, der effektivt beskytter og opretholder et spejles høje reflektivitet i området 90 til 130 nanometer, også kendt som Lyman Alpha -serien. Ved dette spektrale regime, forskere kan observere et rigt udvalg af spektrale linjer og astronomiske mål, herunder potentielt beboelige planeter ud over vores solsystem. "Belægningernes lave refleksivitet i dette område er en af ​​de største begrænsninger inden for langt ultraviolet teleskop- og spektrografdesign, "Sagde Quijada.

Ultraviolet lys, som er kortere end synligt lys, men længere end røntgenstråler, er usynlig for det menneskelige øje. Kun med instrumenter afstemt til denne bølgelængde kan objekter observeres.

En af de nylige NASA-missioner, der var fuldt ud dedikeret til langt-ultraviolette observationer, var Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer, eller SIKRING, som blev nedlagt i 2007 efter en vellykket prime mission. Selvom den erhvervede 6, 000 observationer af næsten 3, 000 separate astronomiske objekter i løbet af sine otte år i kredsløb, FUSEs lithiumfluoridsubstratbelægning var ikke stabil nok og begyndte at nedbrydes med tiden, Sagde Quijada.

Quijadas mål er at udvikle en belægning og proces, der ikke kun forbedrer reflektans i det fjerne ultraviolette, men tillader også observationer i de andre bølgelængdebånd.

"Traditionelle belægningsprocesser har ikke tilladt brugen af ​​aluminiumsspejle til deres fulde potentiale, "Sagde Quijada." De nye belægninger, vi undersøger, ville muliggøre et teleskop, der dækker et meget bredt spektralområde, fra det fjerne ultraviolette til det nær-infrarøde i et enkelt observatorium. NASA ville få mere for pengene. "

Under en belægningstilgang, holdet ville bruge fysisk dampaflejring til at påføre et tyndt lag xenondifluoridgas på en aluminiumprøve. Ifølge Quijada, undersøgelser har vist, at behandlingen af ​​xenondifluorid skaber fluorioner, der binder tæt til aluminiumsoverfladen, forhindrer yderligere oxidation.

Han undersøger også brugen af ​​to andre tyndfilmaflejringsteknikker-ionassisteret fysisk dampaflejring og atomlagsaflejring-til at anvende tynde film af aluminiumtrifluorid, som er miljøstabil sammenlignet med andre belægninger.

Quijada og hans team er allerede lykkedes med at udvikle en belægning til en anden region af det ultraviolette spektralbånd.

I 2016, en valideringstest viste, at en beskyttende belægning, som teamet udtænkte, gav 90 procent reflektans i 133,6-154,5 nanometerområdet-den højeste reflektans, der nogensinde er rapporteret for dette ultraviolette bånd. For at opnå dette hidtil usete ydelsesniveau, teamet udviklede en tre-trins fysisk dampaflejringsproces til belægning af aluminiumsspejle med beskyttende magnesiumfluorid- eller lithiumfluoridfilm.

Disse belægninger med høj reflektans muliggør nu nye typer instrumenter, Sagde Quijada. To nye heliofysiske missioner, der vil studere interaktionerne mellem Jordens ionosfære og solvind-Ionospheric Connection Explorer og Global-Observations of the Limb and Disk-vil anvende denne belægningsteknologi.

"Vi er nødt til at skubbe længere ned i det ultraviolette spektrum, "Sagde Quijada, henviser til det målrettede fjern-ultraviolette spektralområde. "Vi har brug for at få adgang til hele det ultraviolette til infrarøde område. Vi kører et spor i spejlbelægninger."