Виявленню ознак життя на далеких екзопланетах заважають похибки, які виникають через теплове розширення конструкції телескопів, за допомогою яких їх вивчають. Однак застосування нового сплаву може виправити ситуацію.
Телескопи та матеріали
Нова розробка у галузі матеріалознавства може допомогти у вивченні ознак життя на екзопланетах. На перший погляд, між цими двома галузями немає жодного зв’язку. Однак насправді він все ж є. Йдеться про конструкцію телескопів, які збирають світло, що пройшло крізь атмосфери екзопланет.
Вивчаючи його, можна знайти ознаки певних речовин, які звуться біомаркерами й або сприяють протіканню процесів за участю живих істот, або самі є їхнім продуктом. Щоправда, частинка такого світла у загальному потоці випромінювання мізерна, тож телескопи мають бути фантастично точними інструментами.
І однієї тільки надсучасної електроніки для цього замало. Треба, щоб саме дзеркало телескопів залишалося стабільним, щоб коливання його форми та розмірів не перевищували 10 пікометрів протягом 10 годин, а це — лише 1/10 діаметра атома.
Головна завада на шляху досягнення цих показників — температурні деформації дзеркала. Яким би досконалим не був його матеріал, він все одно розширюється під час нагрівання, й це вносить сильні похибки. І саме тому розробка нових сплавів може стати виходом із ситуації.
Від’ємний коефіцієнт розширення
І саме тут справі можуть допомогти сплави, які на замовлення та за фінансової та технічної підтримки NASA розробляє компанія ALLVAR. Основна їхня особливість — негативне теплове розширення, тобто вони стискаються під час підвищення температури та розширюються під час зниження.
Наприклад, сплав ALLVAR 30 має властивості, за яких зразок розміром в 1 м під час підвищення температури на 1°С стискатиметься на 0,003 мм. Для порівняння, в таких самих умовах розширюється на 0,0023 мм.
Саме ALLVAR 30 науковці хочуть інтегрувати в конструкцію майбутніх телескопів, аби він компенсував розширення звичайних матеріалів, і в цілому термостабільність навіть дуже великих дзеркал має підвищитися у 200 разів.
Щоб продемонструвати, що сплави з негативним тепловим розширенням можуть забезпечити надстабільні структури, команда ALLVAR вже провела експеримент, у якому тестові конструкції зі сплаву Ti6Al4V були скріплені їхньою розробкою. І результати підтвердили ефективність цього підходу.
Інші застосування
Крім того, серія випробувань, проведених NASA Marshall, показала, що надстабільні стійки змогли досягти майже нульового теплового розширення, що відповідає дзеркалам у вищезгаданому аналізі. Цей результат перекладається у середньоквадратичну зміну форми дзеркала менше ніж на 5 нм за зміни температури на 28 К.
Окрім надстабільних структур, технологія сплавів із негативним тепловим розширенням дозволила покращити продуктивність пасивного термоперемикача та була використана для усунення негативного впливу змін температури на болтові з’єднання та інфрачервону оптику.
Ці застосування можуть вплинути на технології, що використовуються в інших місіях NASA. Наприклад, нові сплави були інтегровані в кріогенний вузол демонстрації технології коронографа Роман. Додавання шайб з негативним тепловим розширенням дозволило використовувати термострічки з піролітичного графіту для більш ефективної передачі тепла.
За матеріалами phys.org
