突破物理學極限!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,科學家認為這些特征推動了太陽風的加熱和加速。 位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的太陽物理學家道格·拉賓博士說,光子篩是一種可以聚焦極紫外光的技術,應該能夠分辨出比今天太陽動力學天文臺的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。戈達德工程師凱文·丹尼斯(Kevin Denis)在戈達德的探測器開發(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,每一項進步都需要額外的措施來保護由此產生的篩子,例如留下較厚材料的蜂窩來支撐膜并防止撕裂。戈達德太陽物理學家Doug Rabin博士說:“以如此精確的方式構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彎曲到遠處的相機。丹尼斯說,薄膜對太陽科學很重要,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)成功地生產出直徑為3英寸(8厘米)的硅篩,厚度僅為100納米。現(xiàn)在,他們正在試驗鈮膜,這可以進一步提高聚光效率,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,丹尼斯從與科學家的密切合作中汲取靈感,以克服推進其領域的障礙。“他們在近期的科學應用中使用篩子做得很好,而我們則將該技術推向更大、更有能力的任務。 從厚達 25 微米的材料上切割出的光子篩已經是技術演示 VISORS(虛擬超級光學可重構群)CubeSat 任務的一部分,預計將于 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)遮陽板是其他戈達德IRAD項目的重點。VISOR的成功可能為更大的未來任務鋪平道路,航天器之間的距離以公里為單位,一旦它們準備好進行太空飛行,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MUSE(多縫太陽探索者)光譜儀,預計將于2027年發(fā)射。 丹尼斯的工作在《今日物理》上得到了重點介紹,并且已經獲得了兩項專利,第三項專利已提交。戈達德首席技術專家彼得·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。 |