Ультрачёрное покрытие для фотонов поможет в поиске жизни у далёких звёзд

Инженеры из компании ZeCoat совместно с экспертами NASA создали уникальное нанопокрытие, которое в сто раз тоньше существующих аналогов и позволит сформировать «идеальную тень» для космических телескопов. Это даст возможность наконец-то рассмотреть тусклые экзопланеты. Поиск обитаемых планет за пределами Солнечной системы является чрезвычайно сложной задачей. Свет звезды ярче света, отраженного от её планеты, в миллиарды раз. Астрономы часто сравнивают это с попыткой увидеть отражение света от комара, летящего рядом с мощным прожектором на расстоянии нескольких километров. Чтобы разглядеть «комара», необходимо чем-то закрыть прожектор.

Для решения этой задачи NASA разрабатывает проект Starshade — огромный космический аппарат в форме цветка, размером с половину футбольного поля. Он будет лететь на тысячах километров впереди телескопа, точно перекрывая диск далекой звезды и оставляя в поле зрения только её планеты. Чтобы экран функционировал идеально, его края должны быть острее бритвы, около 300 нанометров. Однако солнечный свет всё равно рассеивается на этих краях, создавая «световую пыль», которая мешает телескопу.

Предыдущие попытки решения проблемы не увенчались успехом: углеродные нанотрубки и другие сверхчёрные покрытия оказались слишком толстыми (несколько микрон). Они «затупляют» острый край экрана, что парадоксальным образом только увеличивает рассеивание света вместо его поглощения. Основатель компании ZeCoat Дэвид Шейх предложил принципиально иной подход. Вместо толстого слоя углерода он применил метод физического осаждения паров для создания многослойного сэндвича из металлов и стекла.

Получившееся покрытие оказалось в 100 раз тоньше всех предыдущих образцов. Его принцип действия прост: свет попадает в наноразмерные полости между слоями и оказывается в ловушке. Вместо отражения, фотоны резонируют внутри, как стоячая волна в лазере (принцип резонатора Фабри — Перо), и полностью поглощаются металлом. В Лаборатории реактивного движения NASA JPL новинку протестировали с помощью лазерного сканирометра. Результаты показали, что покрытие снижает количество отражённого света в 20 раз, что достаточно для того, чтобы телескоп смог «отфильтровать» звезду и получить чёткое изображение экзопланеты.

Технология уже масштабируется: ZeCoat научились наносить покрытие методом «рулон к рулону» на большие листы полиимидной плёнки. Это позволит покрыть не только края, но и всю поверхность «лепестков» космического экрана. В ZeCoat уверены, что ультрачёрная плёнка найдёт применение и в других проектах. Например, для создания затемнений спутниковых созвездий, таких как Starlink, чтобы они не мешали наземной астрономии, или для устранения бликов внутри камер современных смартфонов. Однако главным проектом, где пригодится разработка, станет Обсерватория обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory). NASA планирует использовать это покрытие для защиты будущего флагманского телескопа от микрометеоритов и перегрева. Благодаря этой наноплёнке, астрономы надеются однажды увидеть на снимке не просто точку, а реальный мир, где, возможно, есть океаны и атмосфера.

Источник