Этот материал создан компанией ALLVAR при поддержке Центра космических полётов Маршалла и Лаборатории реактивного движения NASA.
Уникальный сплав может сжиматься при нагревании и расширяться при охлаждении.
**Компонентом сплава является скандий трифторид, свойства которого открыл физик Хэнкок еще в 2015 году (Jason Hancock) из Университета штата Коннектикут, исследовавший вещество, реагирующее обратным образом: оно сжимается при нагревании.
Обычно тепловое расширение, часто приводящее к растрескиванию и короблению материала, являются обычным явлением – в зданиях, мостах, электронике и почти во всём остальном, что подвергается воздействию колебаний температуры в широком диапазоне, – у физиков существуют проблемы с объяснением, почему
твёрдые тела ведут себя таким образом.
Исследования Хэнкока и его коллег скандия трифторида, материала, который имеет отрицательное тепловое расширение, может привести к лучшему пониманию того, почему материалы вообще изменяют объём с температурой, с потенциальными приложениями, такими как более стабильная и долговечная электроника. Скандий трифторид представляет собой материал с большим будущим. Его кристаллическая структура похожа на многие материалы, используемые в электронике, он прозрачен, что делает его интересным как потенциальным компонентом устройств, которые не сжимаются, не трескаются и не ломаются под воздействием тепла.
Джейсон Хэнкок
Созданный материал станет основой для сверхстабильных телескопов в миссиях по поиску обитаемых экзопланет, включая проект Habitable Worlds Observatory – ключевую инициативу NASA для ответа на вопрос "Одни ли мы во Вселенной?".
Этот материал будет использован NASA для создания таких телескопов, которые в 1000 раз стабильнее, чем "Джеймс Уэбб", что позволит увидеть мельчайшие детали на отдалённых космических галактиках.
Космический телескоп Nancy Grace Roman на опорной конструкции. Фото: NASA / Chris Gunn
Технология создания телескопов на основе нового материала, будет способна обнаружить жизнь на экзопланетах. Она уже проходит испытания.
Стабильность материалов для создания зеркал телескопов ранее оставалась основным фактором, препятствующим высокой разрешитнельной способности астрономических наблюдений.
Инженеры боролись как только могли с тепловым расширением и набуханием, искажающими работу телескопов. Современные материалы для зеркал и опорных конструкций значительно улучшили стабильность наблюдений крупных обсерваторий, но они всё ещё не достигают порога в 10 пикометров за несколько часов – уровня, необходимого для поисков жизни на экзопланетах.
Для масштаба: 10 пикометров составляют примерно 1/10 диаметра атома.
Проблема стабильности десятилетиями ограничивала возможности астрономии и даже современные телескопы вроде "Джеймса Уэбба" не достигают требуемой стабильности.
Теперь новый сплав ALLVAR 30 с тепловым сжиманием решает задачу стабильности приборов телескопа, демонстрируя коэффициент -30 ppm/°C – метр материала сжимается на 0,003 мм при нагреве на 1 градус Цельсия, преодолевая расширение традиционных материалов.
Испытания характеристик нового сплава ALLVAR 30, проводимые в Университете Флориды, в подтвердили достигнутую стабильность, близкую к целевому показателю будущих миссий.
В NASA зафиксировали деформацию зеркал менее 5 нанометров при перепаде температур 28 градусов. Технология улучшает тепловую стабильность до 200 раз по сравнению с алюминием или титаном, что критично для будущих миссий. При исследовании Экзопланет, они визуально сливаются со своими звёздами, чей свет в миллиард раз ярче излучения экзопланеты размером с Землю.
Вот почему для обнаружения потенциально обитаемых планет будущей обсерватории NASA –Habitable Worlds Observatory – потребуется контрастность один к миллиарду (1:1 000 000 000).
