Обнаружению признаков жизни на далеких экзопланетах мешают погрешности, возникающие из-за теплового расширения конструкции телескопов, с помощью которых их изучают. Однако применение нового сплава может исправить ситуацию.
Телескопы и материалы
Новая разработка в области материаловедения может помочь в изучении признаков жизни на экзопланетах. На первый взгляд, между этими двумя отраслями нет никакой связи. Однако на самом деле она все же есть. Речь идет о конструкции телескопов, которые собирают свет, прошедший сквозь атмосферы экзопланет.
Изучая его можно найти признаки определенных веществ, которые называются биомаркерами и либо способствуют протеканию процессов с участием живых существ, либо сами являются их продуктом. Правда, доля такого света в общем потоке излучения мизерная, так что телескопы должны быть фантастически точными инструментами.
И одной только сверхсовременной электроники для этого недостаточно. Необходимо, чтобы само зеркало телескопов оставалось стабильным, чтобы колебания его формы и размеров не превышали 10 пикометров в течение 10 часов, а это — всего 1/10 диаметра атома.
Главная помеха на пути достижения этих показателей — температурные деформации зеркала. Каким бы совершенным ни был его материал, он все равно расширяется при нагревании и это вносит сильные погрешности. И именно поэтому разработка новых сплавов может стать выходом из ситуации.
Отрицательный коэффициент расширения
И именно здесь делу могут помочь сплавы, которые по заказу и при финансовой и технической поддержке NASA разрабатывает компания ALLVAR. Основная их особенность — отрицательное тепловое расширение, то есть они сжимаются при повышении температуры и расширяются при понижении.
Например, сплав ALLVAR 30 имеет свойства, при которых образец размером в 1 м при повышении температуры на 1°С будет сжиматься на 0,003 мм. Для сравнения, в таких же условиях расширяется на 0,0023 мм.
Именно ALLVAR 30 ученые хотят интегрировать в конструкцию будущих телескопов, чтобы он компенсировал расширение обычных материалов, и в целом термостабильность даже очень больших зеркал должна повыситься в 200 раз.
Чтобы продемонстрировать, что сплавы с отрицательным тепловым расширением могут обеспечить сверхстабильные структуры, команда ALLVAR уже провела эксперимент, в котором тестовые конструкции из сплава Ti6Al4V были скреплены их разработкой. Он доказал эффективность этого подхода.
Другие применения
Кроме того, серия испытаний, проведенных NASA Marshall, показала, что сверхстабильные стойки смогли достичь почти нулевого теплового расширения, что соответствует зеркалам в вышеупомянутом анализе. Этот результат переводится в среднеквадратичное изменение формы зеркала менее чем на 5 нм при изменении температуры на 28 К.
Кроме сверхстабильных структур, технология сплавов с отрицательным тепловым расширением позволила улучшить производительность пассивного термопереключателя и была использована для устранения негативного влияния изменений температуры на болтовые соединения и инфракрасную оптику.
Эти применения могут повлиять на технологии, используемые в других миссиях NASA. Например, эти новые сплавы были интегрированы в криогенный узел демонстрации технологии коронографа Роман. Добавление шайб с отрицательным тепловым расширением позволило использовать термоленты из пиролитического графита для более эффективной передачи тепла.
По материалам phys.org
