НАСА и ZeCoat създадоха нанопокритие за ефективно откриване на екзопланети

Задачата за намиране на обитаеми планети извън Слънчевата система е една от най-трудните в съвременната астрономия. Основният проблем е, че радиацията от звездата е милиарди пъти по-силна от слабото сияние на нейните планети. Астрономите често сравняват това с опит да се забележи комар до ярък прожектор на голямо разстояние. За да получите ясен образ на екзопланета, трябва да блокирате ослепителната светлина от звездата.

Уникалната технология Starshade и новото нанопокритие

За да реши този проблем, Лабораторията за реактивно движение на НАСА разработи проекта Starshade, който представлява гигантски екран с форма на цвете, с размерите на половин футболно игрище. Той е поставен на хиляди километри пред телескопа, като прецизно блокира светлината на звездата и отваря гледката за наблюдение на планетите. За да работи екранът възможно най-ефективно обаче, ръбовете му трябва да са изключително остри, около 300 нанометра. Дори такива остри ръбове обаче не могат напълно да избегнат разсейването на слънчевата светлина, което създава така наречения „светлинен шум“ и усложнява работата на оптиката.

„Светлината от една звезда е милиарди пъти по-ярка от мъничкия блясък, отразен от нейната планета. Астрономите обичат да сравняват това с опит да видят комар, летящ близо до мощен прожектор на няколко километра разстояние. За да видите „насекомото“, трябва да блокирате прожектора с нещо.“

Иновациите на ZeCoat: от многослойни покрития до бъдещи мисии

Преди това, за борба с разсейването на светлината, супер черни въглеродни нанотръби бяха използвани, но те бяха твърде дебели, което водеше до още по-голямо разсейване, а не до поглъщане на светлината. Основателят на ZeCoat Дейвид Шейх предложи нов подход: създаване на многослойно покритие от метал и стъкло чрез физическо отлагане на пари. Това покритие се оказа сто пъти по-тънко от предишните аналози, което позволи на Starshade да постигне перфектна острота на ръбовете.

Принципът на новата технология е, че светлината навлиза в наноразмерни кухини между слоевете, където фотоните се улавят и напълно се поглъщат от метала поради резонансния ефект, подобен на резонатор на Фабри-Перо. Тестовете показват, че подобно покритие намалява количеството отразена светлина с коефициент 20, което позволява на телескопа да раздели светлината на звездата и да види екзопланетата с висока яснота.

ZeCoat вече е разширила мащаба на тази технология, използвайки метода „рулон до рулон“, за да покрие големи площи от полиимидно фолио. Това открива възможност за покриване не само на краищата, но и на цялата повърхност на венчелистчетата на космическия екран. Основното място за внедряване ще бъде предстоящият проект Habitable Worlds Observatory, където НАСА планира да използва покритието, за да предпази телескопа от удари на микрометеорити и прегряване.

Ултрачерните покрития имат и други потенциални приложения: те биха могли да се използват за потъмняване на спътниците Starlink, за да се избегне смущение от наземните астрономи, и за премахване на вътрешните отблясъци в камерите на смартфоните. Контролирането на разсейването на светлината в космоса е от основно значение за точните наблюдения и защитата на поверителността на орбиталните данни.