Røntgenlysfangere til rummet er lige blevet meget lettere

Et hold ledet af videnskabsmænd fra Tokyo Metropolitan University har skabt en hidtil uset letvægtsoptik til røntgenrumteleskoper, der bryder den traditionelle afvejning mellem vinkelopløsning og vægt. De brugte Micro Electro-Mechanical System (MEMS) teknologi, der skabte indviklede mønstre i siliciumwafers, der kunne lede og opsamle røntgenstråler. Ved udglødning og polering realiserede de ultraskarpe funktioner, der kunne konkurrere med eksisterende teleskopers ydeevne for en brøkdel af vægten, hvilket kostede betydeligt mindre at opsende.

Røntgenastronomi er et vigtigt værktøj, der hjælper videnskabsmænd med at studere og klassificere den brede vifte af himmellegemer, der udsender og interagerer med røntgenstråler, inklusive vores planet. Men der er en hage:det meste røntgenstråling absorberes i vores atmosfære, hvilket betyder, at teleskoper og detektorer skal sendes ud i rummet. Med dette følger en lang række begrænsninger, især hvor tung enheden kan være.

Et af de vigtigste kendetegn ved al astronomisk observationsoptik er dens vinkelopløsning, eller den vinkel, som to lyskilder kan lave med en detektor og stadig identificeres individuelt. Problemet med konventionel røntgenoptik er, at for at nå højere opløsninger bliver enheder tungere og tungere. Dette gør det meget dyrt at sende dem ud i rummet. Selv for Hitomi-teleskopet, der blev opsendt i 2016, betragtet som banebrydende let, var den effektive vægt 600 kg pr. kvadratmeter effektivt areal.

Nu har et team ledet af lektor Yuichiro Ezoe og Aoto Fukushima brudt denne afvejning ved at konstruere en højtydende enhed, der kun vejer 10 kg pr. kvadratmeter. De brugte Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) teknologi, en teknik designet til at lave mikroskopiske mekaniske aktuatorer til at mønstre skarpe, indviklede designs til siliciumwafers, der kan dirigere og opsamle røntgenstråler. Selve designet følger Wolter I-geometrien af ​​eksisterende røntgenteleskoper, en koncentrisk række af træringlignende spalter, der kan skubbe røntgenstråler ind via et snævert vinklerområde og samle dem til et punkt.

Især har holdet forfinet selve mønstret. Efter at have ætset spalterne ved hjælp af en teknik kaldet deep reactive ion etching (DRIE), fandt de ud af, at der var en overfladeruhed på mønstrene, som kunne udtvære samlingen af ​​røntgenstråler, hvilket effektivt reducerede opløsningen. De udglødede mønsteret og påførte varme i en speciel enhed i hidtil uset lange tider. Med gradvis længere udglødning var siliciumatomerne ved overfladen af ​​mønstrene i stand til at bevæge sig mere, afrundede enhver ruhed og forbedrede teleskopets vinkelopløsning. Dette blev efterfulgt af slibning og kemisk polering for at rette de afrundede kanter af selve slidserne ud.

Vigtigt er det, at holdets ydelse matcher den for teleskoper, der allerede er i aktion. Dens vægt gør den særdeles velegnet til GEO-X-missionen, en satellit designet til at visualisere Jordens magnetosfære. Holdet sigter efter den svimlende lave totalvægt på 50 kg, et teknologisk gennembrud, der kan se fremtidige missioner sendt i kredsløb til usammenligneligt lavere omkostninger.

Resultaterne af deres forskning er offentliggjort i Optics Express . + Udforsk yderligere

Radikalt anderledes teleskopdesign giver et dybere kig ind i rummet