I ricercatori hanno sviluppato un nuovo strumento in grado di analizzare la luce riflessa da materiali molto piccoli o estremamente scuri come alcuni campioni di meteorite e VANTABlack, la sostanza artificiale più oscura creata. Lo strumento sta già rivelando nuove informazioni su queste e altre superfici difficili da analizzare.
L'utilizzo della spettroscopia per misurare il modo in cui la luce si riflette su una superficie può fornire informazioni sulle proprietà fisiche e chimiche di un materiale campione. Però, campioni estremamente scuri o piccoli come quelli dei meteoriti rendono difficile questo tipo di analisi perché riflettono pochissima luce.
Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica applicata , prima autrice Sandra Potin e colleghi dell'Institut de Planétologie et Astrophysique de Grenoble (IPAG), Università Grenoble Alpes in Francia, riferiscono che il loro nuovo strumento, chiamate OMBRE, può essere utilizzato per la spettroscopia di riflettanza di campioni che misurano meno di un millimetro cubo e che riflettono meno dello 0,03% della luce che illumina il campione.
Il nuovo strumento può essere utilizzato per comprendere meglio la composizione dei meteoriti e per identificare l'asteroide o la cometa da cui hanno avuto origine. Può anche essere usato per analizzare superfici su veicoli spaziali, dove vengono utilizzati rivestimenti molto scuri per ridurre la luce parassita o rimuovere il calore dalla strumentazione utilizzata nello spazio.
Migliorare la sensibilità
Lo strumento di spettroscopia creato dai ricercatori è noto come radiometro spettrogonio, che funziona illuminando un campione da una direzione precisa e quindi rilevando la luce riflessa da una direzione diversa. Questo approccio è noto come spettroscopia di riflettanza bidirezionale perché calcola la riflettanza di un materiale in base alla direzione della luce di illuminazione e alla direzione da cui viene rilevata la luce riflessa. Gli spettri prodotti da questa misurazione sono come un'impronta digitale che può essere utilizzata per determinare la composizione di un campione.
I ricercatori hanno iniziato con un radiometro che avevano precedentemente sviluppato per grandi, campioni luminosi e ha lavorato per migliorarne la sensibilità riducendo l'illuminazione a un diametro di circa 5,2 mm. Il punto di illuminazione può essere reso ancora più piccolo per mappare superfici eterogenee come una superficie che contiene più tipi di materiali.
"Lo strumento ha un ottimo rapporto segnale-rumore perché abbiamo usato quello che chiamiamo rilevamento sincrono, " disse Potin. "Questo significa che invece di usare la luce continua, illuminiamo i campioni con impulsi di luce a una frequenza molto precisa. Collegando i due rivelatori del radiometro a questa frequenza, tutto ciò che non è luce riflessa dal campione può essere rimosso dalla misurazione."
Il nuovo strumento utilizza più colori di luce e sposta la sorgente luminosa e il rilevatore attorno al campione per misurare la luce proveniente e riflessa in più direzioni. Le informazioni ottenute dalle varie direzioni e colori della luce vengono utilizzate per costruire una mappa angolare 3D della riflessione della luce del campione che può fornire ancora più informazioni sul campione.
Ampia gamma di temperature
Un altro aspetto del nuovo strumento è che può essere utilizzato per analizzare campioni a -20 gradi C fino a 250 gradi C, con piani per operare a temperature ancora più basse, fino a -210 gradi C. Questo è importante perché la temperatura del campione può modificare gli spettri ottenuti con lo strumento.
"Alcuni asteroidi sono molto lontani dal sole e quindi piuttosto freddi, ma quando una cometa si avvicina al sole, fa molto caldo, " disse Potin. "Se stiamo cercando di confrontare i campioni di meteoriti trovati sulla Terra con gli spettri ottenuti da asteroidi nello spazio, dobbiamo effettuare le misurazioni in un intervallo di temperature molto ampio".
I ricercatori hanno utilizzato SHADOWS per effettuare misurazioni di un campione VANTABlack, che è una sostanza chimica costituita da nanotubi di carbonio cresciuti su fogli di alluminio. Gli spettri di questo materiale ottenuti con il nuovo strumento apparivano completamente diversi da quelli acquisiti con altre tecniche di spettroscopia perché includevano informazioni prese da direzioni diverse.
"Personalizzazione dell'analisi spettrale bidirezionale per superfici molto scure, il nostro nuovo approccio può rivelare informazioni strutturali che non sono state osservate con altri tipi di misurazioni, " disse Potin.
I ricercatori affermano che ora stanno lavorando per apportare miglioramenti allo strumento, incluso l'incorporazione di misurazioni di polarizzazione per fornire ancora più informazioni sui campioni analizzati. Lo strumento è disponibile per l'uso da parte dei ricercatori in Europa attraverso l'attività Trans National Access del programma Europlanet 2020-RI.
