เมื่อพูดถึงกล้องโทรทรรศน์ ขนาดก็มีความสำคัญ ยิ่งกล้องโทรทรรศน์มีขนาดใหญ่เท่าไร แสงก็ยิ่งสะสมมากขึ้นเท่านั้น
จะเป็นอย่างไรหากมีวิธีทำกล้องโทรทรรศน์ 10 หรือแม้แต่ 100 เท่าของ Kelper, Spitzer, Hubble และ Webb เดียวกัน? เมื่อเวลาผ่านไป คำถามเชิงทฤษฎีกลายเป็นชุดของการทดลอง เป้าหมายคือการค้นหาว่าของเหลวสามารถใช้เพื่อสร้างเลนส์ในสภาวะไร้น้ำหนักได้หรือไม่ การทดลองครั้งต่อไปจะเกิดขึ้นที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติของสถานีอวกาศนานาชาติโดยนักบินอวกาศของภารกิจ Axiom-1
เลนส์ "ของเหลว"
ของเหลวทุกชนิดมีแรงยืดหยุ่น ซึ่งเรียกว่าแรงตึงผิว เธอคือผู้ที่ยอมให้แมลงบางชนิดเหินผ่านน้ำโดยไม่จมน้ำ และทำให้หยดน้ำมีรูปร่างเหมือนน้ำ บนโลกเมื่อหยดน้ำมีขนาดเล็กเพียงพอ (2 มม. หรือน้อยกว่า) แรงตึงผิวจะเอาชนะแรงโน้มถ่วงและยังคงเป็นทรงกลมอย่างสมบูรณ์ หากการดรอปมีขนาดใหญ่ขึ้นมาก มันจะหดตัวภายใต้น้ำหนักของมันเอง
Edward Balaban นักวิจัยหลักของการทดลอง FLUTE กำลังมองหาว่าจะสร้างเลนส์และกระจกที่มีความแม่นยำสูงในอวกาศโดยใช้ของเหลวได้หรือไม่
“เราคิดว่าทำไมไม่ใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่าของเหลวมีพฤติกรรมตามธรรมชาติอย่างไรในสภาวะไร้น้ำหนัก คุณสมบัตินี้สามารถนำไปใช้กับการสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่หรือส่วนประกอบเชิงแสงที่สร้างขึ้นในอวกาศได้” Balaban อธิบายในบล็อกโพสต์ของ NASA “ในสภาวะไร้น้ำหนัก ของเหลวจะมีรูปทรงที่เป็นประโยชน์สำหรับการผลิตเลนส์และกระจก หากเราสร้างมันขึ้นมาในอวกาศ มันจะมีประโยชน์ในการสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่มากจนถือว่าไม่สมจริง”
การทดสอบภาคพื้นดิน
ก่อนทำการทดลองในอวกาศ นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบความคิดของพวกเขาที่นี่บนโลก “ของไหลมีประโยชน์ไม่เพียงแต่สำหรับการสร้างเลนส์เอง แต่ยังเป็นกลไกในการกำจัดผลกระทบของแรงโน้มถ่วงในการทดลองบนโลก” Moran Bercovici ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลของ Technion อธิบาย
โดยการฉีดของเหลวที่สามารถแข็งตัวในกรอบกลมที่แช่อยู่ในน้ำ นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างเลนส์ได้ เมื่อสร้างพวกมัน นักวิทยาศาสตร์ใช้โพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งใช้ในร้านทำเล็บเพื่อทำเล็บอะคริลิก
การทดลองระหว่างการบินพาราโบลา ZeroG รูปภาพ: Israel Institute of Technology
ในฐานะผู้เขียนบันทึกการพัฒนา ผลลัพธ์ของเลนส์คุณภาพพื้นผิวที่โดดเด่น ในขณะเดียวกันก็ใช้เวลาค่อนข้างนานในการสร้าง “วิธีนี้ช่วยให้เราสามารถจ่ายให้กับกระบวนการทางกลใดๆ เช่น การเจียรหรือการขัดเงา ฟิสิกส์ธรรมชาติของของไหลทำหน้าที่ทั้งหมดสำหรับเรา” นักวิทยาศาสตร์กล่าว
การทดสอบแรงโน้มถ่วง
ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2564 ทีมงานได้ทดสอบแนวคิดบนเที่ยวบิน ZeroG Parabolic สองเที่ยวบิน โดยรวมแล้ว นักวิทยาศาสตร์พบว่าตนเองอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนัก 50 ครั้ง โดยแต่ละช่วงเวลากินเวลา 15 ถึง 20 วินาที ซึ่งเพียงพอสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการสร้างเลนส์เหลวและรวบรวมข้อมูลเพื่อวิเคราะห์ว่าพวกเขาบรรลุเป้าหมายหรือไม่
Karen Nyberg นักบินอวกาศของ NASA มองผ่านฟองของเหลวทรงกลมที่ลอยอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนัก ที่มา: นาซ่า.
ระหว่างการบิน นักวิจัยใช้ปั๊มเพื่อบังคับน้ำมันสังเคราะห์ให้เป็นกรอบวงกลม (ขนาดประมาณเหรียญ) ทำให้ของเหลวเติมช่องว่างและได้รูปทรงที่ต้องการในทันที น้ำมันมีความคล้ายคลึงกับน้ำมันรถยนต์ แต่มีระดับความหนืดหรือความหนืดต่างกัน ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงสามารถระบุได้ว่าตัวเลือกใด "ใช้ได้ผล" ดีที่สุด
“ในเวลาไม่กี่วินาที เราก็สามารถสร้างแยกกันได้เลนส์ของเหลวยืน เธอคงรูปร่างของเธอไว้จนกว่าเครื่องบินจะลอยขึ้นอีกครั้ง แรงโน้มถ่วงเปิดขึ้นและน้ำมันก็รั่วไหลออกมา” ผู้เขียนของการพัฒนากล่าว การทดลองใหม่บนสถานีอวกาศจะทำให้ของเหลวคงรูปร่างได้นาน ในการดูช่วงเวลาที่ของเหลวมีรูปร่างที่ต้องการ นักวิทยาศาสตร์ได้รับความช่วยเหลือจากเลเซอร์สำหรับการตรวจวัดที่รวดเร็วและแม่นยำเป็นพิเศษ
ถัดไปคืออะไร
หลังจากประสบความสำเร็จในการทดสอบ ZeroG นักวิทยาศาสตร์จากรอคอยการทดลองบน ISS Orbital Laboratory สมาชิกลูกเรือของ Ax-1 Eitan Stibbe จะเป็นผู้นำในการทดลองนี้ และ Michael Lopez-Alegria อดีตนักบินอวกาศของ NASA และผู้บัญชาการของ Ax-1 จะเป็นผู้รับผิดชอบ การทดลองจะเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ในสภาวะไร้น้ำหนัก นักบินอวกาศจะใช้โพลีเมอร์เหลว แสงอัลตราไวโอเลต หรืออุณหภูมิเพื่อทำให้แข็งในสภาวะไร้น้ำหนัก จากนั้นเลนส์จะกลับสู่พื้นโลก ซึ่งจะทำการศึกษาที่ Ames Research Center (ARC)
Vivek Dwivedi ผู้เข้าร่วมการทดลอง FLUTE อธิบายว่า "วิธีการนี้จะสร้างพื้นผิวที่เรียบและมีรูปร่างสมบูรณ์แบบซึ่งเหมาะสำหรับการสร้างกระจกสำหรับกล้องโทรทรรศน์"
“หากการทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติประสบผลสำเร็จ มันจะเป็นประสบการณ์ครั้งแรกในการสร้างส่วนประกอบทางแสงในอวกาศ นี่เป็นเหตุการณ์ประวัติศาสตร์” นักวิทยาศาสตร์สรุป
อ่านเพิ่มเติม:
มี "ดาวเคราะห์" ดวงอื่นในโลก: ช่วยชีวิตที่เพิ่งตั้งไข่ได้อย่างไร
นิวเคลียร์ฟิวชันไม่ต้องการหลายล้านองศาอีกต่อไป: วิธีการใหม่นี้ทำงานอย่างไร
การศึกษาใหม่หักล้างทฤษฎีการถ่ายโอนพลังงานแสง
FLUTE เป็นการทดลองทางเทคโนโลยีเพื่อสร้างกระจกของกล้องโทรทรรศน์ในสภาวะไร้น้ำหนักโดยใช้แกลเลียมเหลวสำหรับการสะสมที่มีพอลิเมอร์ (Fluidic Telescope Experiment)