NASA и ZeCoat создали «ультрачёрную» пленку, чтобы наконец увидеть жизнь на других планетах

Звёздный экран для будущего: Как ZeCoat решает проблему светового шума. Источник: AI

Поиск пригодных для жизни миров за пределами Солнечной системы — это не просто амбициозная задача, а настоящее испытание для физики. Свет звезды в миллиарды раз ярче, чем крошечный отблеск, отражающийся от её планеты. Астрономы любят сравнивать это с попыткой рассмотреть комара, который летит возле мощного прожектора на расстоянии в несколько километров. Чтобы увидеть «комара», прожектор нужно чем-то перекрыть.

Для этого в Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA работают над проектом Starshade («Звёздный экран»). Это гигантский аппарат в форме цветка размером с половину футбольного поля. Он должен лететь за тысячи километров перед телескопом, точно перекрывая диск далёкой звезды и оставляя в поле зрения только её планеты. Проблема в том, что для безупречной работы края этого экрана должны быть острее бритвы — около 300 нанометров. Однако даже на таких кромках солнечный свет рассеивается, создавая «световой шум», который ослепляет чувствительную оптику.

Проблема «жирных» нанотрубок

Предыдущие попытки решить проблему рассеивания света с помощью углеродных нанотрубок или других ультрачёрных покрытий потерпели неудачу. Оказалось, что они слишком толстые — несколько микрон. Это «тупит» острый край экрана, что парадоксальным образом лишь увеличивает рассеивание света вместо того, чтобы его поглощать. То есть вместо тонкой линии мы получали рыхлую поверхность, которая работала как дополнительный источник отблесков.

Основатель компании ZeCoat Дэвид Шейх (David Sheikh) предложил принципиально другой подход. Вместо того чтобы наращивать «шерсть» из углерода, он использовал метод физического осаждения пара для создания многослойного «сэндвича» из металлов и стекла. Покрытие получилось в 100 раз тоньше всех предыдущих образцов, что позволило сохранить критическую остроту краёв Starshade.

Когда физика становится ловушкой для фотонов

Принцип действия разработки изящный: свет попадает в нанометровые полости между слоями и оказывается в ловушке. Вместо того чтобы отразиться, фотоны резонируют внутри, как стоячая волна в лазере (принцип резонатора Фабри — Перо), и полностью поглощаются металлом. Испытания с помощью лазерного сканирометра показали, что покрытие снижает количество отражённого света в 20 раз. Этого вполне достаточно, чтобы телескоп смог «отфильтровать» звезду и получить чёткое изображение экзопланеты.

Технология уже масштабируется: ZeCoat научились наносить покрытие методом «рулон в рулон» на огромные листы полиимидной плёнки. Это позволит покрыть не только края, но и всю поверхность лепестков космического экрана. Главной площадкой для применения новинки станет Habitable Worlds Observatory (Обсерватория обитаемых миров). NASA планирует использовать это покрытие для защиты будущего флагманского телескопа от микрометеоритов и перегрева.

Ультрачёрная плёнка понадобится и в более приземлённых вещах: от затемнения спутников Starlink, чтобы они не портили кадры наземным астрономам, до устранения внутренних отблесков в камерах смартфонов. В конце концов, контроль над светом и видимостью объектов в космосе — тема комплексная, и пока одни борются с отблесками, другие закрывают данные, например, SpaceX скрывает координаты спутников Starlink, пытаясь балансировать между приватностью и публичностью орбитальных данных.