Όταν πρόκειται για τηλεσκόπια, το μέγεθος έχει σημασία. Όσο μεγαλύτερο είναι το τηλεσκόπιο, τόσο περισσότερο φως συλλέγει,
Τι κι αν υπήρχε τρόπος να γίνειένα τηλεσκόπιο 10 ή και 100 φορές μεγαλύτερο από το Kelper, το Spitzer, το Hubble και το ίδιο Webb; Με τον καιρό, το θεωρητικό ερώτημα μετατράπηκε σε μια σειρά πειραμάτων. Ο στόχος είναι να μάθουμε εάν τα υγρά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία φακών στη μικροβαρύτητα. Το επόμενο πείραμα θα πραγματοποιηθεί στο Εθνικό Εργαστήριο του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού από τους αστροναύτες της αποστολής Axiom-1.
«Υγροί» φακοί
Όλα τα υγρά έχουν ελαστική δύναμη, η οποίαπου ονομάζεται επιφανειακή τάση. Είναι αυτή που επιτρέπει σε μερικά έντομα να γλιστρήσουν μέσα στο νερό χωρίς να πνιγούν και δίνει στις σταγόνες νερού το σχήμα τους. Στη Γη, όταν τα σταγονίδια νερού είναι αρκετά μικρά (2 mm ή λιγότερο), η επιφανειακή τάση υπερνικά τη βαρύτητα και παραμένουν τέλεια σφαιρικά. Εάν η πτώση γίνει πολύ μεγαλύτερη, συστέλλεται υπό το βάρος της.
Ο Edward Balaban, ο κύριος ερευνητής του πειράματος FLUTE, ψάχνει να δει εάν είναι δυνατό να κατασκευαστούν φακοί και καθρέφτες υψηλής ακρίβειας στο διάστημα χρησιμοποιώντας υγρά.
«Σκεφτήκαμε, γιατί να μην εκμεταλλευτούμε το γεγονός αυτόπώς τα υγρά συμπεριφέρονται φυσικά στη μικροβαρύτητα. Αυτή η ιδιότητα μπορεί να εφαρμοστεί στην κατασκευή τηλεσκοπίων μεγάλης κλίμακας ή οπτικών εξαρτημάτων που κατασκευάζονται στο διάστημα», εξηγεί ο Balaban σε μια ανάρτηση ιστολογίου της NASA. «Στη μικροβαρύτητα, τα υγρά παίρνουν σχήματα χρήσιμα για την κατασκευή φακών και καθρεφτών. Εάν τα δημιουργήσουμε στο διάστημα, θα είναι χρήσιμα για τη δημιουργία τηλεσκοπίων τόσο μεγάλων που θεωρήθηκε μη ρεαλιστικό».
Δοκιμές εδάφους
Πριν πειραματιστούν στο διάστημα, οι επιστήμονες έλεγξαντις ιδέες τους εδώ στη γη. «Τα υγρά είναι χρήσιμα όχι μόνο για τη δημιουργία των ίδιων των φακών, αλλά και ως μηχανισμός για την εξάλειψη των επιπτώσεων της βαρύτητας σε πειράματα στη Γη», εξηγεί ο Moran Bercovici, επίκουρος καθηγητής μηχανολογίας στο Technion.
Με την έγχυση ενός υγρού που μπορεί να στερεοποιηθεί,σε στρογγυλά πλαίσια βυθισμένα στο νερό, οι επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν φακούς. Κατά τη δημιουργία τους, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ευρέως χρησιμοποιούμενα πολυμερή που χρησιμοποιούνται στα ινστιτούτα νυχιών για την κατασκευή ακρυλικών νυχιών.
Πείραμα κατά τη διάρκεια της παραβολικής πτήσης ZeroG. Φωτογραφία: Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ισραήλ
Όπως σημειώνουν οι συντάκτες της ανάπτυξης, οι φακοί που προκύπτουνεξαιρετική ποιότητα επιφάνειας. Ταυτόχρονα, χρειάστηκε πολύς χρόνος για την κατασκευή τους. «Αυτή η μέθοδος μας επιτρέπει να απαλλάσσουμε πλήρως τυχόν μηχανικές διεργασίες όπως λείανση ή γυάλισμα. Η φυσική φυσική των υγρών απλώς κάνει όλη τη δουλειά για εμάς», λένε οι επιστήμονες.
Δοκιμή Μικροβαρύτητας
Τον Δεκέμβριο του 2021, η ομάδα δοκίμασε τις ιδέες τηςσε δύο παραβολικές πτήσεις ZeroG. Συνολικά, οι επιστήμονες βρέθηκαν στη μικροβαρύτητα 50 φορές, με κάθε περίοδο να διαρκεί από 15 έως 20 δευτερόλεπτα. Αυτό ήταν αρκετό για τους επιστήμονες να σχηματίσουν υγρούς φακούς και να συλλέξουν δεδομένα για να αναλύσουν εάν πέτυχαν τους στόχους τους.
Η αστροναύτης της NASA Karen Nyberg κοιτάζει μέσα από μια αιωρούμενη σφαιρική φυσαλίδα υγρού στη μικροβαρύτητα. Πηγή: NASA.
Κατά τη διάρκεια της πτήσης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαναντλίες για να σπρώξουν το συνθετικό λάδι σε ένα κυκλικό πλαίσιο (περίπου στο μέγεθος ενός νομίσματος), επιτρέποντας στο υγρό να γεμίσει το κενό και να πάρει αμέσως το επιθυμητό σχήμα. Τα λάδια είναι παρόμοια με τα λιπαντικά αυτοκινήτων, αλλά με διαφορετικά επίπεδα ιξώδους ή κολλώδους, έτσι οι επιστήμονες μπορούν να προσδιορίσουν ποια επιλογή «δουλεύει» καλύτερα.
«Μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, μπορέσαμε να δημιουργήσουμε ξεχωριστάόρθιος υγρός φακός. Διατήρησε το σχήμα της έως ότου το αεροπλάνο ανέβηκε ξανά, η βαρύτητα ενεργοποιήθηκε και το λάδι διέρρευσε», λένε οι συντάκτες της ανάπτυξης. Ένα νέο πείραμα στον διαστημικό σταθμό θα επιτρέψει στα υγρά να διατηρήσουν το σχήμα τους για μεγάλο χρονικό διάστημα. Για να δουν τη στιγμή που το υγρό πήρε το επιθυμητό σχήμα, οι επιστήμονες βοηθήθηκαν από ένα λέιζερ για εξαιρετικά γρήγορες και εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις.
Τι άλλο;
Μετά από επιτυχείς δοκιμές στο ZeroG, επιστήμονες απόανυπομονώ για το πείραμα στο ISS Orbital Laboratory. Το μέλος του πληρώματος του Ax-1, Eitan Stibbe, θα ηγηθεί του πειράματος και ο πρώην αστροναύτης της NASA και διοικητής του Ax-1, Michael Lopez-Alegria θα είναι το stand-in του. Το πείραμα θα γίνει εξ ολοκλήρου στη μικροβαρύτητα. Οι αστροναύτες θα χρησιμοποιήσουν υγρά πολυμερή, υπεριώδες φως ή θερμοκρασία για να τα σκληρύνουν στη μικροβαρύτητα. Στη συνέχεια οι φακοί θα επιστρέψουν στη Γη, όπου θα μελετηθούν στο Ερευνητικό Κέντρο Ames (ARC).
«Αυτή η προσέγγιση θα δημιουργήσει λείες, τέλεια διαμορφωμένες επιφάνειες που είναι ιδανικές για τη δημιουργία κατόπτρων για τηλεσκόπια», εξηγεί ο Vivek Dwivedi, συμμετέχων στο πείραμα FLUTE.
«Εάν το πείραμα στον ISS είναι επιτυχές, θα είναι η πρώτη εμπειρία δημιουργίας ενός οπτικού στοιχείου στο διάστημα. Αυτό είναι ένα ιστορικό γεγονός», καταλήγουν οι επιστήμονες.
Διαβάστε περισσότερα:
Υπάρχει ένας άλλος «πλανήτης» μέσα στη Γη: πώς έσωσε την εκκολαπτόμενη ζωή
Η πυρηνική σύντηξη δεν χρειάζεται πλέον εκατομμύρια βαθμούς: πώς λειτουργεί η νέα μέθοδος
Νέα μελέτη διαψεύδει τη θεωρία μεταφοράς φωτεινής ενέργειας
Το FLUTE είναι ένα τεχνολογικό πείραμα για τη δημιουργία ενός κατόπτρου τηλεσκοπίου σε μηδενική βαρύτητα χρησιμοποιώντας υγρό γάλλιο για εναπόθεση με βάση πολυμερή (Fluidic Telescope Experiment).