突破物理學(xué)極限!用光子篩聚焦光線
一對精確軌道的小型衛(wèi)星將嘗試捕捉太陽表面附近小尺度特征的首次視圖,科學(xué)家認(rèn)為這些特征推動了太陽風(fēng)的加熱和加速。
位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的太陽物理學(xué)家道格·拉賓博士說,光子篩是一種可以聚焦極紫外光的技術(shù),應(yīng)該能夠分辨出比今天太陽動力學(xué)天文臺的EUV成像儀小10到50倍的特征。 然而,為了最有效,它們必須寬、超薄,并蝕刻有精確的孔來折射光線。戈達(dá)德工程師凱文·丹尼斯(Kevin Denis)在戈達(dá)德的探測器開發(fā)實驗室工作,開發(fā)了用硅和鈮晶片制造更寬更薄的膜的新方法。 到目前為止,每一項進(jìn)步都需要額外的措施來保護(hù)由此產(chǎn)生的篩子,例如留下較厚材料的蜂窩來支撐膜并防止撕裂。戈達(dá)德太陽物理學(xué)家Doug Rabin博士說:“以如此精確的方式構(gòu)建篩子是一項純粹的物理挑戰(zhàn),它們最小的特征是2微米的寬度,穿孔之間有2微米的間隙,這大約是大多數(shù)細(xì)菌的大小! 篩子從中心蝕刻出越來越小的孔環(huán),用于折射光線,類似于燈塔中使用的菲涅爾透鏡。通過這個篩子的極紫外光逐漸向內(nèi)彎曲到遠(yuǎn)處的相機(jī)。丹尼斯說,薄膜對太陽科學(xué)很重要,因為這些篩子比較厚的材料透射更多的光。 他和工程師凱利·約翰遜(Kelly Johnson)成功地生產(chǎn)出直徑為3英寸(8厘米)的硅篩,厚度僅為100納米,F(xiàn)在,他們正在試驗鈮膜,這可以進(jìn)一步提高聚光效率,因為它們透射的光是硅的七倍。他們成功地蝕刻了一個直徑為5英寸(13厘米)的鈮篩,厚度僅為200納米。 他說,丹尼斯從與科學(xué)家的密切合作中汲取靈感,以克服推進(jìn)其領(lǐng)域的障礙。“他們在近期的科學(xué)應(yīng)用中使用篩子做得很好,而我們則將該技術(shù)推向更大、更有能力的任務(wù)。 從厚達(dá) 25 微米的材料上切割出的光子篩已經(jīng)是技術(shù)演示 VISORS(虛擬超級光學(xué)可重構(gòu)群)CubeSat 任務(wù)的一部分,預(yù)計將于 2024 年發(fā)射。VISORS 由一顆大約公文包大小的緊湊型衛(wèi)星組成,該衛(wèi)星配備了篩子,用于將光線折射到 130 英尺(40 米)外的第二顆衛(wèi)星上的接收器上。 保持這些航天器的高精度軌道和開發(fā)遮陽板是其他戈達(dá)德IRAD項目的重點。VISOR的成功可能為更大的未來任務(wù)鋪平道路,航天器之間的距離以公里為單位,一旦它們準(zhǔn)備好進(jìn)行太空飛行,就會采用Denis更薄的篩子的更高分辨率。另一個更大的光子篩將用于校準(zhǔn)MUSE(多縫太陽探索者)光譜儀,預(yù)計將于2027年發(fā)射。 丹尼斯的工作在《今日物理》上得到了重點介紹,并且已經(jīng)獲得了兩項專利,第三項專利已提交。戈達(dá)德首席技術(shù)專家彼得·休斯(Peter Hughes)在11月15日舉行的該計劃年度海報會議上授予丹尼斯23財年IRAD年度創(chuàng)新者獎。 丹尼斯說,雖然他繼續(xù)突破工程的極限,但他期待著MUSE和VISOR的發(fā)布!翱吹剿鼈儗⑷绾斡糜谛驴茖W(xué),即使我們繼續(xù)改進(jìn),這是一個很好的動力。 相關(guān)鏈接:https://phys.org/news/2023-12-nasa-limits-physics-focus.html |