Huvudutredaren Manuel Quijada visas här med den typ av optik han och hans team skulle täcka med en fluorfilm för att ge maximal reflektion över ett brett spektralintervall. Upphovsman:NASA/W.Hrybyk
NASA-teknologer producerade teleskopspeglar med den högsta reflektansen som någonsin rapporterats inom det ultravioletta spektralområdet. Nu, de försöker sätta ett nytt rekord.
Manuel Quijada och hans team, optiska experter vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, undersöker tekniker för att skapa högreflekterande aluminiumspeglar som är känsliga för infrarött, optisk, och långt ultravioletta våglängdsband-ett brett spektralintervall som tänkts för föreslagna rymdteleskop efter James Webb rymdteleskop och Wide Field Infrared Survey Telescope. Dessa föreslagna uppdrag skulle hantera ett brett spektrum av astrofysikstudier, från epoken med rejonisering, genom galaxbildning och utveckling, till stjärna och planetbildning.
Quijadas team studerar specifikt tre olika tekniker och material för att skapa och applicera skyddande beläggningar på aluminiumspeglar för att förhindra att de oxiderar när de utsätts för syre och förlorar sin reflektivitet.
"Aluminium är en metall som naturen har gett oss den bredaste spektraltäckningen, "Sa Quijada." Men aluminium måste skyddas från naturligt förekommande oxider med en tunn film eller ett substrat av transparent material. "
Tyvärr, ingen har utvecklat en beläggning som effektivt skyddar och bibehåller en spegels höga reflektivitet i intervallet 90 till 130 nanometer, även känd som Lyman Alpha -serien. Vid denna spektralregim, forskare kan observera ett rikt sortiment av spektrallinjer och astronomiska mål, inklusive potentiellt beboeliga planeter bortom vårt solsystem. "Den låga reflektiviteten hos beläggningar i detta område är en av de största begränsningarna för långt ultraviolett teleskop och spektrografdesign, "Sa Quijada.
Ultraviolett ljus, som är kortare än synligt ljus men längre än röntgen, är osynlig för det mänskliga ögat. Endast med instrument som är inställda på denna våglängd kan objekt observeras.
En av de senaste NASA-uppdragen som var helt dedikerade till långt ultravioletta observationer var Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer, eller SÄKRING, som avvecklades 2007 efter ett framgångsrikt främsta uppdrag. Även om det förvärvade 6, 000 observationer av nästan 3, 000 separata astronomiska objekt under sina åtta år i omloppsbana, FUSEs litiumfluoridsubstratbeläggning var inte tillräckligt stabil och började försämras med tiden, Sa Quijada.
Huvudutredaren Manuel Quijada dvärgas av den två meter långa beläggningskammaren där han applicerar tunna filmer på teleskopspeglar som kan vara så stora som en meter i diameter. Möjligheten att täcka stora speglar är nyckeln till att möjliggöra framtida astronomiska instrument.Krediter:NASA/W. Hrybyk Kredit:NASA/W. Hrybyk
Quijadas mål är att utveckla en beläggning och process som inte bara förbättrar reflektans i fjärran ultraviolett, men tillåter också observationer i de andra våglängdsbanden.
"Traditionella beläggningsprocesser har inte tillåtit användning av aluminiumspeglar till sin fulla potential, "Quijada sa." De nya beläggningar vi undersöker skulle möjliggöra ett teleskop som täcker ett mycket brett spektralområde, från det avlägsna ultravioletta till det nära-infraröda i ett enda observatorium. NASA skulle få mer för pengarna. "
Under en beläggningsmetod, laget skulle använda fysisk ångavsättning för att applicera ett tunt lager xenondifluoridgas på ett aluminiumprov. Enligt Quijada, studier har visat att behandlingen av xenondifluorid skapar fluorjoner som tätt binder till aluminiumytan, förhindrar ytterligare oxidation.
Han undersöker också användningen av två andra tunnfilmsdeponeringstekniker-jonassisterad fysisk ångavsättning och atomlageravsättning-för att applicera tunna filmer av aluminiumtrifluorid, som är miljöstabil jämfört med andra beläggningar.
Quijada och hans team har redan lyckats utveckla en beläggning för en annan region av det ultravioletta spektralbandet.
2016, ett valideringstest visade att en skyddande beläggning som teamet utformade gav 90 procent reflektion i 133,6-154,5 nanometerintervallet-den högsta reflektansen som någonsin rapporterats för detta ultravioletta band. För att uppnå denna oöverträffade prestandanivå, laget utvecklade en tre-stegs fysisk ångavsättningsprocess för att belägga aluminiumspeglar med skyddande magnesiumfluorid- eller litiumfluoridfilmer.
Dessa beläggningar med hög reflektans möjliggör nu nya typer av instrument, Sa Quijada. Två nya heliofysiska uppdrag som kommer att studera samspelet mellan jordens jonosfär och solvindar-Ionospheric Connection Explorer och Global-scale Observations of the Limb and Disk-kommer att använda denna beläggningsteknik.
"Vi måste pressa längre ner i det ultravioletta spektrumet, "Quijada sa, med hänvisning till det riktade fjärranvioletta spektralområdet. "Vi måste få tillgång till hela ultraviolett till infrarött sortiment. Vi spårar spår i spegelbeläggningar."
