NASA-optica-experts zijn goed op weg om een ​​barrière omver te werpen die wetenschappers ervan weerhoudt een lang gekoesterde ambitie te verwezenlijken:een ultrastabiele telescoop bouwen die tientallen aardachtige planeten buiten het zonnestelsel lokaliseert en in beeld brengt en vervolgens hun atmosferen nauwkeurig onderzoekt. tekenen van leven.

Babak Saif en Lee Feinberg bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, hebben voor het eerst aangetoond dat ze dynamisch subatomaire of picometer-achtige vervormingen kunnen detecteren - veranderingen die veel kleiner zijn dan een atoom - over een gesegmenteerde telescoopspiegel van anderhalve meter en zijn ondersteunende structuur. In samenwerking met Perry Greenfield van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, het team is nu van plan om een ​​volgende generatie tool en thermische testkamer te gebruiken om hun metingen verder te verfijnen.

De meetprestatie is goed nieuws voor wetenschappers die toekomstige missies bestuderen voor het vinden en karakteriseren van extrasolaire aardachtige planeten die mogelijk leven zouden kunnen ondersteunen.

Om het leven te vinden, deze observatoria zouden genoeg licht moeten verzamelen en concentreren om het licht van de planeet te onderscheiden van dat van zijn veel helderdere moederster en dan in staat zijn dat licht te ontleden om verschillende atmosferische chemische handtekeningen te onderscheiden, zoals zuurstof en methaan. Dit zou een superstabiel observatorium vereisen waarvan de optische componenten niet meer dan 12 picometer bewegen of vervormen, een meting die ongeveer een tiende van de grootte van een waterstofatoom is.

Daten, NASA heeft geen observatorium gebouwd met zulke hoge stabiliteitseisen.

Hoe verplaatsingen optreden

Verplaatsingen en bewegingen treden op wanneer materialen die worden gebruikt om telescopen te bouwen krimpen of uitzetten als gevolg van sterk fluctuerende temperaturen, zoals die ervaren bij het reizen van de aarde naar de ijskoude ruimte, of wanneer ze worden blootgesteld aan felle lanceringskrachten die meer dan zes en een half keer de zwaartekracht zijn.

Wetenschappers zeggen dat zelfs bijna onmerkbare, Atomaire bewegingen zouden van invloed zijn op het vermogen van een toekomstig observatorium om voldoende licht te verzamelen en te focussen om het licht van de planeet in beeld te brengen en te analyseren. Bijgevolg, missieplanners moeten telescopen ontwerpen met picometernauwkeurigheden en deze vervolgens op hetzelfde niveau over de hele structuur testen, niet alleen tussen de reflecterende spiegels van de telescoop. Beweging die op een bepaalde positie plaatsvindt, geeft mogelijk niet nauwkeurig weer wat er werkelijk op andere locaties gebeurt.

"Voor deze toekomstige missies is een ongelooflijk stabiel observatorium nodig, " zei Azita Valinia, plaatsvervangend programmamanager Astrofysica Projecten. "Dit is een van de hoogste technologische palen die toekomstige observatoria van dit kaliber moeten overwinnen. Het succes van het team heeft aangetoond dat we dat specifieke obstakel gestaag wegwerken."

De eerste test

Om de test uit te voeren, Saif en Feinberg gebruikten de High-Speed ​​Interferometer, of HSI - een instrument dat de in Arizona gebaseerde 4D-technologie heeft ontwikkeld om dynamische veranderingen ter grootte van nanometers te meten in de optische componenten van de James Webb Space Telescope - inclusief de 18 spiegelsegmenten, bergen, en andere ondersteunende structuren - tijdens thermische, trillingen en andere soorten omgevingstests.

Zoals alle interferometers, het instrument splitst licht en recombineert het vervolgens om kleine veranderingen te meten, inclusief beweging. De HSI kan snel dynamische veranderingen over de spiegel en andere structurele componenten meten, wetenschappers inzicht geven in wat er overal in de telescoop gebeurt, niet alleen op een bepaalde plek.

Hoewel de HSI was ontworpen om vervormingen ter grootte van nanometers of moleculen te meten - wat de ontwerpstandaard was voor Webb - wilde het team zien dat het hetzelfde instrument kon gebruiken, gekoppeld aan speciaal ontwikkelde algoritmen, om nog kleinere veranderingen over het oppervlak van een extra vijf voet Webb-spiegelsegment en de ondersteunende hardware te detecteren.

De test bewees dat het kon, het meten van dynamische bewegingen zo klein als 25 picometer - ongeveer twee keer het gewenste doel, zei Saïf.

Volgende stappen

Echter, Goddard en 4D Technology hebben een nieuw high-speed instrument ontworpen, een spikkelinterferometer genoemd, waarmee metingen van zowel reflecterende als diffuse oppervlakken met picometernauwkeurigheden mogelijk zijn. 4D Technology heeft het instrument gebouwd en het Goddard-team is begonnen met de eerste karakterisering van de prestaties in een nieuwe thermisch-vacuümtestkamer die de interne temperaturen regelt tot een ijzige 1-millikelvin.

Saif en Feinberg zijn van plan om testitems in de kamer te plaatsen om te zien of ze de doelnauwkeurigheid van 12 picometer kunnen bereiken.

"Ik denk dat we veel vooruitgang hebben geboekt. We komen er wel, ' zei Saïf.