Als het om telescopen gaat, is de grootte van belang. Hoe groter de telescoop, hoe meer licht hij opvangt,
Wat als er een manier was om te doen?een telescoop die 10 of zelfs 100 keer groter is dan de Kelper, Spitzer, Hubble en dezelfde Webb? Na verloop van tijd veranderde de theoretische vraag in een reeks experimenten. Het doel is om erachter te komen of vloeistoffen kunnen worden gebruikt om lenzen te maken in microzwaartekracht. Het volgende experiment zal plaatsvinden in het National Laboratory van het International Space Station door de astronauten van de Axiom-1-missie.
"Vloeibare" lenzen
Alle vloeistoffen hebben een elastische kracht, dieoppervlaktespanning genoemd. Zij is het die sommige insecten door het water laat glijden zonder te verdrinken, en de waterdruppels hun vorm geeft. Op aarde, wanneer waterdruppels klein genoeg zijn (2 mm of minder), overwint de oppervlaktespanning de zwaartekracht en blijven ze perfect bolvormig. Als de druppel veel groter wordt, trekt hij samen onder zijn eigen gewicht.
Edward Balaban, de hoofdonderzoeker van het FLUTE-experiment, onderzoekt of het mogelijk is om met vloeistoffen zeer nauwkeurige lenzen en spiegels in de ruimte te maken.
“We dachten: waarom zouden we daar niet van profiteren?hoe vloeistoffen zich van nature gedragen in microzwaartekracht. Deze eigenschap kan worden toegepast op de constructie van grootschalige telescopen of in de ruimte vervaardigde optische componenten”, legt Balaban uit in een NASA-blogpost. “Bij microzwaartekracht nemen vloeistoffen vormen aan die nuttig zijn voor het maken van lenzen en spiegels. Als we ze in de ruimte creëren, zullen ze bruikbaar zijn voor het maken van telescopen die zo groot zijn dat het als onrealistisch werd beschouwd.”
Grondtesten
Voordat ze in de ruimte experimenteerden, controleerden wetenschappershun ideeën hier op aarde. "Vloeistoffen zijn niet alleen nuttig voor het maken van de lenzen zelf, maar ook als een mechanisme om de effecten van zwaartekracht in experimenten op aarde te elimineren", legt Moran Bercovici, assistent-professor werktuigbouwkunde aan het Technion, uit.
Door een vloeistof te injecteren die kan stollen,in ronde frames ondergedompeld in water, slaagden wetenschappers erin lenzen te maken. Bij het maken ervan gebruikten wetenschappers veelgebruikte polymeren die in nagelstudio's worden gebruikt om acrylnagels te maken.
Experimenteer tijdens een ZeroG-parabolische vlucht. Foto: Israel Institute of Technology
Zoals de auteurs van de ontwikkelingsnota opmerken, zijn de resulterende lenzenuitstekende oppervlaktekwaliteit. Tegelijkertijd kostte het behoorlijk wat tijd om ze te maken. “Met deze methode kunnen we alle mechanische processen zoals slijpen of polijsten volledig achterwege laten. De natuurlijke fysica van vloeistoffen doet gewoon al het werk voor ons', zeggen de wetenschappers.
Microzwaartekracht testen
In december 2021 testte het team hun ideeënop twee ZeroG paraboolvluchten. In totaal bevonden de wetenschappers zich 50 keer in microzwaartekracht, waarbij elke periode 15 tot 20 seconden duurde. Dit was genoeg voor de wetenschappers om vloeibare lenzen te vormen en gegevens te verzamelen om te analyseren of ze hun doelen bereikten.
NASA-astronaut Karen Nyberg kijkt door een zwevende bolvormige vloeistofbel in microzwaartekracht. Bron: NASA.
Tijdens de vlucht gebruikten de onderzoekerspompt de synthetische olie in een cirkelvormig frame (ongeveer zo groot als een munt), waardoor de vloeistof de opening kan vullen en onmiddellijk de gewenste vorm kan aannemen. Oliën zijn vergelijkbaar met auto-oliën, maar met verschillende niveaus van viscositeit of plakkerigheid, zodat wetenschappers kunnen bepalen welke optie het beste "werkt".
“In een kwestie van seconden waren we in staat om afzonderlijk te creërenstaande vloeibare lens. Ze behield haar vorm totdat het vliegtuig weer opsteeg, de zwaartekracht werd ingeschakeld en de olie eruit lekte”, zeggen de auteurs van de ontwikkeling. Een nieuw experiment op het ruimtestation zorgt ervoor dat vloeistoffen lang hun vorm kunnen behouden. Om het moment te zien waarop de vloeistof de gewenste vorm aannam, werden wetenschappers geholpen door een laser voor ultrasnelle en ultranauwkeurige metingen.
Wat is de volgende stap?
Na succesvolle tests op ZeroG hebben wetenschappers vanIk kijk uit naar het experiment aan boord van het ISS Orbital Laboratory. Ax-1-bemanningslid Eitan Stibbe zal het experiment leiden, en voormalig NASA-astronaut en Ax-1-commandant Michael Lopez-Alegria zal zijn stand-in zijn. Het experiment zal volledig plaatsvinden in microzwaartekracht. Astronauten zullen vloeibare polymeren, ultraviolet licht of temperatuur gebruiken om ze in microzwaartekracht te harden. De lenzen keren dan terug naar de aarde, waar ze zullen worden bestudeerd in het Ames Research Center (ARC).
"Deze aanpak zorgt voor gladde, perfect gevormde oppervlakken die ideaal zijn voor het maken van spiegels voor telescopen", legt Vivek Dwivedi, een deelnemer aan het FLUTE-experiment, uit.
“Als het experiment op het ISS slaagt, zal het de eerste ervaring zijn met het creëren van een optische component in de ruimte. Dit is een historische gebeurtenis”, concluderen de wetenschappers.
Lees verder:
Er is nog een "planeet" in de aarde: hoe deze het leven in de dop heeft gered
Kernfusie heeft geen miljoenen graden meer nodig: hoe de nieuwe methode werkt
Nieuwe studie weerlegt theorie over overdracht van lichtenergie
FLUTE is een technologisch experiment om een telescoopspiegel te maken zonder zwaartekracht met behulp van vloeibaar gallium voor op polymeren gebaseerde depositie (Fluidic Telescope Experiment).