Um par de pequenos satélites em órbita de precisão tentará capturar as primeiras imagens de estruturas de pequena escala perto da superfície do Sol que os cientistas da NASA acreditam que impulsionam o aquecimento e a aceleração do vento solar.
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Doug Rabin, do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, disse que as peneiras de fótons, uma tecnologia que pode focar luz ultravioleta extrema, devem ser capazes de resolver características 10 a 50 vezes menores do que as que podem ser vistas hoje com o Solar Dynamics, do Observatório da NASA.
Para serem mais eficazes, entretanto, eles devem ser largos, superfinos e gravados com orifícios precisos para refratar a luz. Trabalhando no Laboratório de Desenvolvimento de Detectores de Goddard da NASA, o engenheiro, Kevin Denis, desenvolveu novas maneiras de criar membranas mais largas e mais finas a partir de wafers de silício e nióbio.
Cada avanço até agora exigiu etapas adicionais para proteger as peneiras resultantes, como deixar um favo de mel de material mais espesso para apoiar a membrana e evitar rasgos. “É um grande desafio físico construir peneiras com tanta precisão”, disse o heliofísico de Goddard, Dr. Doug Rabin. “Suas menores características têm 2 mícrons de diâmetro e um intervalo de 2 mícrons entre as perfurações, que é aproximadamente o tamanho da maioria das bactérias.”
Gravadas a partir do centro com anéis de furos cada vez menores, as peneiras são construídas para refratar a luz de forma semelhante às lentes Fresnel usadas em faróis. A luz ultravioleta extrema que passa por esta peneira é gradualmente curvada para dentro, em direção a uma câmera distante. Membranas finas são importantes para a ciência solar porque essas peneiras transmitem mais luz do que materiais mais espessos, disse Denis.
Ele e seu colega engenheiro Kelly Johnson produziram com sucesso uma peneira de silício de 8 cm de diâmetro e apenas 100 nanômetros de espessura. Agora, eles estão fazendo experiências com membranas de nióbio, que podem melhorar ainda mais a eficiência da captação de luz porque transmitem até sete vezes mais luz que o silício. Eles gravaram com sucesso uma peneira de nióbio de 13 cm de diâmetro e apenas 200 nanômetros de espessura.
Denis se inspira no trabalho próximo com cientistas para superar barreiras ao avanço de seu campo, disse ele. “Eles fizeram um ótimo trabalho usando as peneiras em aplicações científicas de curto prazo, enquanto impulsionamos a tecnologia para missões maiores e mais capazes”.
Peneiras de fótons cortadas de materiais com espessura de até 25 mícrons já fazem parte da demonstração de tecnologia VISORS – Virtual Super Optics Reconfigurable Swarm – missão CubeSat, com lançamento previsto para 2024. VISORS consiste em um satélite compacto do tamanho de uma maleta equipado com peneiras para refratar a luz em um receptor em um segundo satélite a 130 pés (40 m) de distância.
Manter a órbita de alta precisão dessas espaçonaves e desenvolver um guarda-sol são o foco de outros projetos do Goddard IRAD. O sucesso do VISOR poderá abrir caminho para uma missão futura maior, com a separação das naves espaciais medida em quilômetros, empregando a maior resolução das peneiras mais finas de Denis quando estiverem prontas para o voo espacial. Outra peneira de fótons maior será usada para calibrar o espectrômetro MUSE – Multi-slit Solar Explorer – com lançamento previsto para 2027.
O trabalho de Denis foi destaque na Physics Today e já resultou em duas patentes, com uma terceira submetida. O tecnólogo-chefe da Goddard, Peter Hughes, concedeu a Denis o prêmio IRAD de Inovador do Ano de 2023 durante a sessão anual de pôsteres do programa, realizada em 15 de novembro.
Enquanto continua ultrapassando os limites da engenharia, Denis disse que está ansioso pelos lançamentos do MUSE e do VISORS. “É uma grande motivação ver como eles serão usados para novas ciências, mesmo enquanto continuamos melhorando.”
Traduzido por Mateus Lynniker de Phys.Org
