NASA та ZeCoat створили «надчорну» плівку, щоб нарешті розгледіти життя на інших планетах

Пошук придатних для життя світів за межами Сонячної системи — це не просто амбітне завдання, а справжнє випробування для фізики. Світло зорі в мільярди разів яскравіше за крихітний відблиск, що відбивається від її планети. Астрономи люблять порівнювати це з намаганням розгледіти комара, який летить біля потужного прожектора на відстані в кілька кілометрів. Щоб побачити «комаха», прожектор треба чимось перекрити.

Для цього в Лабораторії реактивного руху (JPL) NASA працюють над проєктом Starshade («Зоряний екран»). Це гігантський апарат у формі квітки розміром із половину футбольного поля. Він має летіти за тисячі кілометрів попереду телескопа, точно перекриваючи диск далекої зірки та залишаючи в полі зору лише її планети. Проблема в тому, що для бездоганної роботи краї цього екрана мають бути гострішими за бритву — близько 300 нанометрів. Проте навіть на таких кромках сонячне світло розсіюється, створюючи «світловий шум», який засліплює чутливу оптику.

Проблема «жирних» нанотрубок

Попередні спроби вирішити проблему розсіювання світла за допомогою вуглецевих нанотрубок або інших надчорних покриттів зазнали невдачі. Виявилося, що вони занадто товсті — кілька мікрон. Це «затуплює» гострий край екрана, що парадоксальним чином лише збільшує розсіювання світла замість того, щоб його поглинати. Тобто замість тонкої лінії ми отримували пухку поверхню, яка працювала як додаткове джерело відблисків.

Засновник компанії ZeCoat Девід Шейх (David Sheikh) запропонував принципово інший підхід. Замість того, щоб нарощувати «хутро» з вуглецю, він використав метод фізичного осадження пари для створення багатошарового «сендвіча» з металів та скла. Покриття вийшло в 100 разів тоншим за всі попередні зразки, що дозволило зберегти критичну гостроту країв Starshade.

Коли фізика стає пасткою для фотонів

Принцип дії розробки витончений: світло потрапляє в нанорозмірні порожнини між шарами та опиняється в пастці. Замість того, щоб відбитися, фотони резонують усередині, як стояча хвиля в лазері (принцип резонатора Фабрі — Перо), і повністю поглинаються металом. Випробування за допомогою лазерного сканірометра показали, що покриття знижує кількість відбитого світла у 20 разів. Цього цілком достатньо, щоб телескоп зміг «відфільтрувати» зірку та отримати чітке зображення екзопланети.

Технологія вже масштабується: ZeCoat навчилися наносити покриття методом «рулон до рулону» на величезні листи поліімідної плівки. Це дозволить покрити не лише краї, а й усю поверхню пелюсток космічного екрана. Головним майданчиком для застосування новинки стане Habitable Worlds Observatory (Обсерваторія населених світів). NASA планує використовувати це покриття для захисту майбутнього флагманського телескопа від мікрометеоритів та перегріву.

Ультрачорна плівка знадобиться і в більш приземлених речах: від затемнення супутників Starlink, щоб вони не псували кадри наземним астрономам, до усунення внутрішніх відблисків у камерах смартфонів. Зрештою, контроль над світлом та видимістю об'єктів у космосі — тема комплексна, і поки одні борються з відблисками, інші закривають дані, як-от SpaceX приховує координати супутників Starlink, намагаючись балансувати між приватністю та публічністю орбітальних даних.