Поиск обитаемых планет за пределами Солнечной системы — задача колоссальной сложности. Свет материнской звезды в миллиарды раз ярче, чем крошечный блик, отраженный от её планеты. Астрономы сравнивают это с попыткой разглядеть отражение света от комара, летящего рядом с мощным прожектором на расстоянии в несколько километров. Чтобы увидеть «комара», прожектор необходимо надежно закрыть.
Для решения этой задачи NASA разрабатывает проект Starshade («Звёздный экран») — гигантский космический аппарат в форме цветка размером с половину футбольного поля. Он должен лететь в тысячах километров перед телескопом, в точности перекрывая диск далекой звезды и оставляя в поле зрения только её планеты.
Чтобы экран работал идеально, его края должны быть острее бритвы — около 300 нанометров. Однако солнечный свет имеет свойство рассеиваться на этих кромках, создавая «световую пыль», которая мешает работе телескопа.
Предыдущие попытки решить проблему не увенчались успехом: углеродные нанотрубки и другие сверхчёрные покрытия оказались слишком толстыми (несколько микрон). Они «затупляли» острый край экрана, что парадоксальным образом лишь увеличивало рассеивание света вместо его поглощения.
Фото: David Sheikh
Резонаторная ловушка для фотонов
Основатель компании ZeCoat Дэвид Шейх предложил принципиально иной подход. Вместо нанесения толстого слоя «пушистого» углерода он применил метод физического осаждения паров, создав многослойный «сэндвич» из металлов и стекла.
Новое покрытие получилось в 100 раз тоньше всех существующих аналогов. Принцип его действия изящен: свет попадает в наноразмерные полости между слоями и оказывается в ловушке. Вместо отражения фотоны начинают резонировать внутри структуры, подобно стоячей волне в лазере (принцип резонатора Фабри — Перо), и полностью поглощаются металлом.
Результаты тестов и перспективы
В Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) новинку протестировали с помощью лазерного сканирометра. Результаты показали, что покрытие снижает количество отражённого света в 20 раз. Этого достаточно, чтобы телескоп смог эффективно «отфильтровать» излучение звезды и получить прямое изображение экзопланеты.
Технология уже успешно масштабируется: специалисты ZeCoat научились наносить покрытие методом «рулон к рулону» на огромные листы полиимидной плёнки. Это позволит защитить не только края, но и всю поверхность «лепестков» космического экрана.
В ZeCoat уверены, что ультрачёрная плёнка будет востребована и в других проектах. Например, её можно использовать для создания затемнений спутниковых созвездий, чтобы они не мешали наземной астрономии, или для устранения паразитных бликов в объективах современных смартфонов. Главным же проектом станет Обсерватория обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory): NASA планирует применять это покрытие для защиты будущего флагманского телескопа от перегрева и микрометеоритов.
Благодаря этой нанотехнологичной плёнке астрономы рассчитывают однажды увидеть на снимке не просто абстрактную точку, а полноценный мир, где, возможно, существуют океаны и плотная атмосфера.
