NASA aprendeu a eliminar dinamicamente a distorção do picômetro da óptica do telescópio

Na "sala limpa" do Centro de Vôo Espacial Goddard, os técnicos abrem um espelho segmentado do Observatório James Webb em preparação para o teste de alinhamento no verão de 2016. Foto: NASA / Chris Gunn

Para encontrar e determinar as características de dezenas de exoplanetas semelhantes à Terra, é necessário um telescópio espacial muito estável, cujos componentes ópticos movem e distorcem a imagem em apenas alguns picômetros - isso é menor que o tamanho de um átomo. Também são necessárias ferramentas de nova geração que garantam esse nível de estabilidade. Há um ano e meio, a NASA alocou financiamento a um grupo de pesquisa do Goddard Space Flight Center e da Tecnologia 4-D para criar um interferômetro de alta velocidade que assegurasse a estabilidade do picômetro do telescópio. Ninguém poderia resolver esse problema antes.

Como em todos os interferômetros, aqui o feixe de luz é dividido em vários feixes coerentes. Cada um deles segue seu próprio caminho, e então eles se unem novamente, criando um padrão de interferência pelo qual é possível estabelecer a diferença de fase dos feixes interferentes em um dado ponto da figura. Assim, você pode registrar o menor movimento ou deslocamento do material. Esse interferômetro foi utilizado para alinhar 18 espelhos do Observatório James Webb.

A NASA decidiu que medir apenas a superfície dos espelhos não é suficiente. Portanto, o Goddard Space Flight Center, juntamente com a Tecnologia 4-D, desenvolveu um avançado interferômetro dinâmico a laser que registra simultaneamente os deslocamentos não apenas dos espelhos, mas também de suas montagens e outros componentes estruturais, trabalhando em condições de vibração, ruído ou turbulência do ar. O instrumento tinha quatro ordens de magnitude mais precisas do que qualquer técnica semelhante na época. Logo após sua criação, o instrumento foi imediatamente utilizado nos laboratórios, salas limpas e câmaras de teste de todos os participantes do projeto.

Mas isso também não foi suficiente para realizar missões espaciais, como o LUVOIR (Surveyor óptico infravermelho de UV grande). O conceito pressupõe que grandes espelhos com um diâmetro de 8 a 18 m abranjam as faixas de comprimento de onda ultravioleta, visível e infravermelho. Os telescópios LUVOIR poderão analisar a estrutura e a composição da superfície dos exoplanetas, além de remover discos circunstelares fracos para dar uma idéia de como os planetas se formam. Além disso, esses telescópios serão capazes de determinar bioassinaturas nas atmosferas de exoplanetas distantes: o conteúdo de CO ₂ , CO, oxigênio molecular (O ₂ ), ozônio (O ₃ ), água (H ₂ O) e metano (CH ₄ ).

Filmar simultaneamente em diferentes espectros LUVOIR ajudará a entender como a radiação UV da estrela-mãe regula a fotoquímica atmosférica em planetas habitados.

Em 25 de janeiro de 2018, um grupo de pesquisa do Goddard Space Flight Center anunciou a criação de uma ferramenta que tornaria possível a precisão do picômetro. Esse é o primeiro instrumento único desse tipo - interferômetro de salpicos (interferômetro de salpicos).


Os especialistas em óptica do Goddard Center Babak Salf (à esquerda) e Lee Feinberg (à direita), com a ajuda do engenheiro Eli Gri-MacMahon (centro) da Genesis, desenvolveram o sistema de vácuo térmico ultra-estável, que será usado para testes medições de interferômetro com precisão de 12 picômetros

Os cientistas mostraram que o novo interferômetro é capaz de registrar deslocamentos dinamicamente em um espelho segmentado de 1,5 metro do telescópio e sua estrutura de suporte com uma precisão de 25 picômetros.

Tais deslocamentos da escala atômica em seções individuais do espelho podem ocorrer devido a mudanças de temperatura ou como resultado do transporte "impreciso" da Terra, quando o veículo de lançamento acelera com uma aceleração de 6,5 g. Os cientistas dizem que mesmo uma mudança de um átomo afetará a precisão das medições da atmosfera e da superfície de exoplanetas distantes.

Os desenvolvedores agora vão testar o interferômetro em uma instalação de vácuo térmico ultra-estável - e ver se é capaz de detectar deslocamentos de 12 picômetros, ou seja, 1/10 do diâmetro de um átomo de hidrogênio.