Bei Teleskopen kommt es auf die Größe an. Je größer das Teleskop, desto mehr Licht sammelt es.
Was wäre, wenn es eine Möglichkeit gäbeein Teleskop, das 10 oder sogar 100 Mal größer ist als das Kelper, Spitzer, Hubble und das gleiche Webb? Aus der theoretischen Fragestellung wurde mit der Zeit eine Reihe von Experimenten. Ziel ist es herauszufinden, ob Flüssigkeiten verwendet werden können, um Linsen in der Mikrogravitation herzustellen. Das nächste Experiment wird im National Laboratory der Internationalen Raumstation von den Astronauten der Axiom-1-Mission durchgeführt.
"Flüssige" Linsen
Alle Flüssigkeiten haben eine elastische Kraft, dieOberflächenspannung genannt. Sie ist es, die manche Insekten durchs Wasser gleiten lässt, ohne zu ertrinken, und den Wassertropfen ihre Form gibt. Wenn Wassertröpfchen auf der Erde klein genug sind (2 mm oder weniger), überwindet die Oberflächenspannung die Schwerkraft und sie bleiben perfekt kugelförmig. Wenn der Tropfen viel größer wird, zieht er sich unter seinem eigenen Gewicht zusammen.
Edward Balaban, der Hauptforscher des FLUTE-Experiments, möchte herausfinden, ob es möglich ist, mithilfe von Flüssigkeiten hochpräzise Linsen und Spiegel im Weltraum herzustellen.
„Wir dachten, warum das nicht ausnutzen?wie sich Flüssigkeiten in der Mikrogravitation natürlich verhalten. Diese Eigenschaft kann auf den Bau von Großteleskopen oder weltraumgefertigten optischen Komponenten angewendet werden“, erklärt Balaban in einem NASA-Blogbeitrag. „In der Schwerelosigkeit nehmen Flüssigkeiten Formen an, die für die Herstellung von Linsen und Spiegeln nützlich sind. Wenn wir sie im Weltraum erschaffen, werden sie für den Bau von Teleskopen nützlich sein, die so groß sind, dass dies als unrealistisch galt.“
Bodentests
Vor dem Experimentieren im Weltraum überprüften die Wissenschaftlerihre Ideen hier auf Erden. „Flüssigkeiten sind nicht nur nützlich, um die Linsen selbst herzustellen, sondern auch als Mechanismus, um die Auswirkungen der Schwerkraft in Experimenten auf der Erde zu eliminieren“, erklärt Moran Bercovici, Assistenzprofessor für Maschinenbau am Technion.
Durch Einspritzen einer Flüssigkeit, die sich verfestigen kann,In runden, in Wasser getauchten Rahmen gelang es den Wissenschaftlern, Linsen herzustellen. Bei der Herstellung verwendeten die Wissenschaftler weit verbreitete Polymere, die in Nagelstudios zur Herstellung von Acrylnägeln verwendet werden.
Experiment während des ZeroG-Parabelfluges. Foto: Israel Institute of Technology
Wie die Autoren der Entwicklung mitteilen, sind die resultierenden Objektivehervorragende Oberflächenqualität. Gleichzeitig dauerte es ziemlich lange, sie herzustellen. „Mit diesem Verfahren können wir komplett auf mechanische Prozesse wie Schleifen oder Polieren verzichten. Die natürliche Physik von Flüssigkeiten nimmt uns einfach die ganze Arbeit ab“, sagen die Wissenschaftler.
Mikrogravitationstests
Im Dezember 2021 testete das Team seine Ideenauf zwei ZeroG-Parabelflügen. Insgesamt befanden sich die Wissenschaftler 50 Mal in der Schwerelosigkeit, jeder Zeitraum dauerte 15 bis 20 Sekunden. Dies reichte den Wissenschaftlern aus, um flüssige Linsen zu formen und Daten zu sammeln, um zu analysieren, ob sie ihre Ziele erreicht hatten.
Die NASA-Astronautin Karen Nyberg blickt in der Mikrogravitation durch eine schwebende kugelförmige Flüssigkeitsblase. Quelle: NASA.
Während des Fluges nutzten die ForscherPumpen, um das synthetische Öl in einen kreisförmigen Rahmen (etwa so groß wie eine Münze) zu drücken, sodass die Flüssigkeit die Lücke füllen und sofort die gewünschte Form annehmen kann. Öle ähneln Autoölen, weisen jedoch unterschiedliche Viskositäts- oder Klebrigkeitsgrade auf, sodass Wissenschaftler bestimmen können, welche Option am besten „funktioniert“.
„In Sekundenschnelle konnten wir separat erstellenstehende flüssige Linse. Sie behielt ihre Form, bis das Flugzeug wieder stieg, die Schwerkraft eingeschaltet wurde und das Öl austrat“, sagen die Autoren der Entwicklung. Ein neues Experiment auf der Raumstation soll es Flüssigkeiten ermöglichen, ihre Form für lange Zeit beizubehalten. Um den Moment zu sehen, in dem die Flüssigkeit die gewünschte Form annahm, half den Wissenschaftlern ein Laser für ultraschnelle und ultrapräzise Messungen.
Was weiter?
Nach erfolgreichen Tests auf ZeroG haben Wissenschaftler vonIch freue mich auf das Experiment an Bord des ISS Orbital Laboratory. Ax-1-Besatzungsmitglied Eitan Stibbe wird das Experiment leiten, und der frühere NASA-Astronaut und Ax-1-Kommandant Michael Lopez-Alegria wird sein Stellvertreter sein. Das Experiment findet vollständig in Mikrogravitation statt. Astronauten werden flüssige Polymere, ultraviolettes Licht oder Temperatur verwenden, um sie in der Mikrogravitation zu härten. Die Linsen werden dann zur Erde zurückkehren, wo sie im Ames Research Center (ARC) untersucht werden.
„Dieser Ansatz wird perfekt geformte glatte Oberflächen schaffen, die sich ideal für die Herstellung von Spiegeln für Teleskope eignen“, erklärt Vivek Dwivedi, ein Teilnehmer des FLUTE-Experiments.
„Wenn das Experiment auf der ISS erfolgreich ist, wird es die erste Erfahrung sein, ein optisches Bauteil im Weltraum herzustellen. Das ist ein historisches Ereignis“, schlussfolgern die Wissenschaftler.
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FLUTE ist ein technologisches Experiment zur Herstellung eines Teleskopspiegels in der Schwerelosigkeit unter Verwendung von flüssigem Gallium für die polymerbasierte Abscheidung (Fluidic Telescope Experiment).