Natuur, en meer in het bijzonder het oog van een mot, inspireerde de technologie waarmee een nieuwe door NASA ontwikkelde camera beelden van astronomische objecten kan maken met een veel grotere gevoeligheid dan voorheen mogelijk was.

Het idee is eenvoudig. Van dichtbij bekeken, het oog van een mot bevat een zeer fijne reeks kleine taps toelopende cilindrische uitsteeksels. Het is hun taak om reflectie te verminderen, waardoor deze nachtdieren zoveel mogelijk licht absorberen, zodat ze zelfs in het donker kunnen navigeren.

Hetzelfde concept van de absorbertechnologie, wanneer toegepast op een ver-infrarood absorber, resulteert in een siliciumstructuur met duizenden dicht opeengepakte, microbewerkte punten of cilindrische uitsteeksels die niet groter zijn dan een zandkorrel. Het is een essentieel onderdeel van de vier 1, 280-pixel bolometer-detectorarrays die een team van wetenschappers en technologen van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, gemaakt voor de High-Resolution Airborne Wideband Camera-plus, of HAWC+.

NASA heeft zojuist de inbedrijfstelling van HAWC+ aan boord van het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy voltooid, of SOFIA, een joint venture tussen NASA en het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum, of DLR. Dit zwaar gemodificeerde 747SP-vliegtuig draagt ​​een twee meter lange telescoop en zes instrumenten met zich mee naar hoogten die hoog genoeg zijn om niet te worden verduisterd door water in de atmosfeer van de aarde. die de meeste infraroodstraling van hemelbronnen blokkeert.

De verbeterde camera maakt niet alleen beelden, maar meet ook het gepolariseerde licht van de emissie van stof in onze melkweg. Met dit instrument wetenschappers zullen de vroege stadia van ster- en planeetvorming kunnen bestuderen, en, met de polarimeter van HAWC+, de magnetische velden in de omgeving rond het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg in kaart brengen.

Met een dergelijk systeem - nog nooit eerder gebruikt in de astronomie - kunnen zelfs minieme variaties in de frequentie en richting van het licht worden gemeten. "Hierdoor kan de detector over een grotere bandbreedte worden gebruikt. Het maakt de detector veel gevoeliger, vooral in het verre infrarood, " zei Goddard-wetenschapper Ed Wollack, die samenwerkte met Goddard-detectorexpert Christine Jhabvala om de micro-gefreesde absorbers te bedenken en te bouwen die essentieel zijn voor de door Goddard ontwikkelde bolometerdetectoren.

Bolometers worden vaak gebruikt om infrarood- of warmtestraling te meten, en zijn, in essentie, zeer gevoelige thermometers. Wanneer straling wordt gefocust en een absorberend element treft, typisch een materiaal met een resistieve coating, het element wordt verwarmd. Een supergeleidende sensor meet vervolgens de resulterende verandering in temperatuur, het onthullen van de intensiteit van het invallende infraroodlicht.

Deze specifieke bolometer is een variatie op een detectortechnologie die de backshort under-grid-sensor wordt genoemd, of INSECTEN, nu gebruikt op een aantal andere infraroodgevoelige instrumenten. In deze specifieke toepassing, de reflecterende optische structuren - de zogenaamde backshorts - worden vervangen door de micro-gefreesde absorbers die het licht stoppen en absorberen.

Het team had geëxperimenteerd met koolstofnanobuisjes als potentiële absorber. Echter, de cilindrisch gevormde buizen die nu worden gebruikt voor een verscheidenheid aan ruimtevaarttoepassingen bleken niet effectief bij het absorberen van verre-infrarode golflengten. Uiteindelijk, Wollack keek naar de mot als een mogelijke oplossing.

"Je kunt je laten inspireren door iets in de natuur, maar je moet de beschikbare tools gebruiken om het te maken, " zei Wollack. "Het was echt het samenkomen van mensen, machines, en materialen. Nu hebben we een nieuwe mogelijkheid die we eerder niet hadden. Dat is waar innovatie om draait."