Il ricercatore principale Manuel Quijada è mostrato qui con il tipo di ottica che lui e il suo team rivestirebbero con una pellicola al fluoro per fornire la massima riflettanza su un'ampia gamma spettrale. Credito:NASA/W.Hrybyk
I tecnologi della NASA hanno prodotto specchi per telescopi con la più alta riflettanza mai riportata nella gamma spettrale del lontano ultravioletto. Ora, stanno cercando di stabilire un altro record.
Manuel Quijada e il suo team, esperti ottici presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, stanno studiando tecniche per creare specchi in alluminio altamente riflettenti sensibili all'infrarosso, ottico, e le bande di lunghezze d'onda del lontano ultravioletto, un'ampia gamma spettrale prevista per i telescopi spaziali proposti dopo il James Webb Space Telescope e il Wide Field Infrared Survey Telescope. Queste missioni proposte affronterebbero un'ampia gamma di studi di astrofisica, dall'epoca della reionizzazione, attraverso la formazione e l'evoluzione delle galassie, alla formazione di stelle e pianeti.
Il team di Quijada in particolare sta studiando tre diverse tecniche e materiali per creare e applicare rivestimenti protettivi sugli specchi in alluminio per evitare che si ossidino quando esposti all'ossigeno e perdano la loro riflettività.
"L'alluminio è un metallo che la natura ci ha dato la più ampia copertura spettrale, " disse Quijada. "Tuttavia, l'alluminio deve essere protetto dagli ossidi naturali con un film sottile o un substrato di materiale trasparente."
Sfortunatamente, nessuno ha sviluppato un rivestimento che protegga e mantenga efficacemente l'elevata riflettività di uno specchio nell'intervallo da 90 a 130 nanometri, nota anche come gamma Lyman Alpha. A questo regime spettrale, gli scienziati possono osservare un ricco assortimento di righe spettrali e obiettivi astronomici, compresi i pianeti potenzialmente abitabili oltre il nostro sistema solare. "La bassa riflettività dei rivestimenti in questa gamma è uno dei maggiori vincoli nella progettazione di telescopi e spettrografi a ultravioletti lontani, " disse Quijada.
Luce ultravioletta, che è più corto di quello della luce visibile ma più lungo dei raggi X, è invisibile all'occhio umano. Solo con strumenti sintonizzati su questa lunghezza d'onda è possibile osservare gli oggetti.
Una delle recenti missioni della NASA completamente dedicate alle osservazioni del lontano ultravioletto è stata l'esploratore spettroscopico Far Ultraviolet, o FUSIBILE, che è stato dismesso nel 2007 dopo una prima missione di successo. Sebbene abbia acquisito 6, 000 osservazioni di quasi 3, 000 oggetti astronomici separati durante i suoi otto anni in orbita, Il rivestimento del substrato al fluoruro di litio di FUSE non era abbastanza stabile e ha iniziato a degradarsi con il tempo, disse Quijada.
Il ricercatore principale Manuel Quijada è sminuito dalla camera di rivestimento di due metri dove applica pellicole sottili su specchi del telescopio che possono essere grandi fino a un metro di diametro. La capacità di rivestire specchi di grandi dimensioni è la chiave per abilitare gli strumenti astronomici del futuro. Crediti:NASA/W. Hrybyk Credito:NASA/W. Hrybyk
L'obiettivo di Quijada è sviluppare un rivestimento e un processo che non solo migliorino la riflettanza nel lontano ultravioletto, ma permette anche osservazioni nelle altre bande di lunghezze d'onda.
"I processi di verniciatura tradizionali non hanno consentito l'utilizzo degli specchi in alluminio al massimo delle loro potenzialità, " ha detto Quijada. "I nuovi rivestimenti che stiamo studiando consentirebbero un telescopio che copre una gamma spettrale molto ampia, dal lontano ultravioletto al vicino infrarosso in un unico osservatorio. La NASA otterrebbe più soldi per il dollaro."
Sotto un approccio di rivestimento, il team utilizzerebbe la deposizione fisica da vapore per applicare uno strato sottile di gas di fluoruro di xeno a un campione di alluminio. Secondo Quijada, studi hanno dimostrato che il trattamento del difluoruro di xeno crea ioni fluoro che si legano strettamente alla superficie dell'alluminio, prevenire ulteriori ossidazioni.
Sta anche studiando l'uso di altre due tecniche di deposizione di film sottili - la deposizione fisica da vapore assistita da ioni e la deposizione di strati atomici - per applicare film sottili di trifluoruro di alluminio, che è ecologicamente stabile rispetto ad altri rivestimenti.
Quijada e il suo team sono già riusciti a sviluppare un rivestimento per un'altra regione della banda spettrale dell'ultravioletto.
Nel 2016, un test di convalida ha dimostrato che un rivestimento protettivo ideato dal team ha fornito una riflettanza del 90% nell'intervallo 133,6-154,5 nanometri, la più alta riflettanza mai riportata per questa banda ultravioletta. Per raggiungere questo livello di prestazioni senza precedenti, il team ha sviluppato un processo di deposizione fisica da vapore in tre fasi per rivestire gli specchi di alluminio con pellicole protettive al fluoruro di magnesio o al fluoruro di litio.
Questi rivestimenti ad alta riflettanza ora consentono nuovi tipi di strumenti, disse Quijada. Due nuove missioni eliofisiche che studieranno le interazioni tra la ionosfera terrestre e i venti solari, lo Ionospheric Connection Explorer e le Global-scale Observations of the Limb and Disk, utilizzeranno questa tecnologia di rivestimento.
"Dobbiamo spingerci più in basso nello spettro ultravioletto, "Quijada ha detto, riferendosi alla gamma spettrale mirata del lontano ultravioletto. "Dobbiamo avere accesso all'intera gamma dall'ultravioletto all'infrarosso. Stiamo aprendo la strada ai rivestimenti per specchi".
