Ловушка для фотонов: новое ультрачёрное покрытие поможет найти жизнь у далеких звёзд
Поиск обитаемых планет за пределами Солнечной системы — задача запредельной сложности. Свет звезды в миллиарды раз ярче, чем крошечный блик, отраженный от её планеты. Астрономы часто сравнивают это с попыткой разглядеть отражение света от комара, летящего рядом с мощным прожектором на расстоянии в несколько километров. Чтобы увидеть «комара», прожектор нужно чем-то закрыть.
Для этого NASA разрабатывает проект Starshade (Звёздный экран) — гигантский космический аппарат в форме цветка размером с половину футбольного поля. Он должен лететь в тысячах километров впереди телескопа, в точности перекрывая собой диск далекой звезды и оставляя в поле зрения только её планеты.
Чтобы экран работал идеально, его края должны быть острее бритвы (около 300 нанометров). Однако солнечный свет всё равно рассеивается на этих кромках, создавая «световую пыль», которая мешает телескопу.
Предыдущие попытки решить проблему провалились: углеродные нанотрубки и другие сверхчёрные покрытия слишком толстые (несколько микрон). Они «затупляют» острый край экрана, что парадоксальным образом только увеличивает рассеивание света вместо того, чтобы его поглощать.
Фото: David SheikhОснователь компании ZeCoat Дэвид Шейх (David Sheikh) предложил принципиально иной подход. Вместо толстого слоя «пушистого» углерода он использовал метод физического осаждения паров для создания многослойного сэндвича из металлов и стекла.
Покрытие получилось в 100 раз тоньше всех предыдущих образцов. Принцип действия изящен: свет попадает в наноразмерные полости между слоями и оказывается в ловушке. Вместо того чтобы отразиться, фотоны резонируют внутри, как стоячая волна в лазере (принцип резонатора Фабри — Перо), и полностью поглощаются металлом.
В Лаборатории реактивного движения NASA JPL новинку протестировали с помощью лазерного сканирометра. Результаты показали, что покрытие снижает количество отражённого света в 20 раз. Этого достаточно, чтобы телескоп смог «отфильтровать» звезду и получить чёткое изображение экзопланеты.
Технология уже масштабируется: ZeCoat научились наносить покрытие методом «рулон к рулону» на огромные листы полиимидной плёнки. Это позволит покрыть не только края, но и всю поверхность «лепестков» космического экрана.
В ZeCoat уверены, ультрачёрная плёнка пригодится и в других проектах. Например, для создания затемнений спутниковых созвездий (вроде Starlink), чтобы они не мешали наземной астрономии или
для устранения бликов внутри камер современных смартфонов. Но главным проектом, где пригодится разработка, станет Обсерватория обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory): NASA планирует использовать это покрытие для защиты будущего флагманского телескопа от микрометеоритов и перегрева.
Благодаря этой нано-плёнке, астрономы ожидают однажды увидеть на снимке не просто точку, а реальный мир, где, возможно, есть океаны и атмосфера.
© iXBT
