受蛾眼启发建造的SOFIA新仪器

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-12-28 09:17:18 | 作者:Melipal 译 | 来源:NASA | 浏览:1422次 ]

原文标题:Moth’s Eye Inspires Critical Component on SOFIA’s Newest Instrument

作者:Lori Keesey   原文来自:NASA  Posted: 2016. 12. 20

编译:Melipal  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

NASA研发的一台新照相机可以拍摄远较先前可能做到的程度更加灵敏的天体影像,而其中用到的技术受到了自然界尤其是蛾眼的启发。

这个概念非常简单。当近距离观看物体的时候,蛾子的眼睛具备由一种小型锥头圆柱凸起组成的极细密排列。这种结构的作用是减少反射光,让这些夜行生物可以尽可能吸收更多的光线,这样它们甚至在夜间也可以辨明方向。

如果将类似的吸收体概念用于远红外吸收体,我们就得到了拥有数千个紧密排列、由机械微加工成形的尖刺(柱状凸起),它们的高度不超过一枚沙粒。这是马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)NASA戈达德太空飞行中心的科学家和技术小组为高分辨率机载宽波段照相机+(HAWC+)开发的4台1280像素测辐射热计阵列的关键元件之一。

这张使用隧道扫描电子显微镜拍摄的照片展示了一种新的吸收体结构,它使SOFIA的新仪器——高分辨率机载宽波段照相机+(HAWC+)进行观测成为了可能。这样的“尖刺”结构是受蛾眼启发而设计的。(图片提供:X射线:NASA/CXC/SAO/M.McCollough et al;射电:ASIAA/SAO/SMA)

NASA刚刚完成了HAWC+在同温层红外天文台(SOFIA)上的启用。SOFIA是NASA与德国航空航天中心(DLR)的联合项目。这架经过大幅度改造的波音747SP型飞机搭载着一架8英尺望远镜以及6台仪器飞向足够高的空域,在这里望远镜不会受到地球大气中的水分干扰。水分阻挡了天体发出的大多数红外辐射。

升级后的这架照相机不仅要拍摄照片,还会测量来自银河系尘埃辐射的偏振光。科学家利用这台仪器可以研究恒星和行星形成历史的早期阶段,而借助HAWC+的偏振计,还能测量银河系中心特大质量黑洞周围环境中的磁场。

凭借这台从未在天文学中有过先例的仪器,我们甚至还可以测量光线频率和方向发生的微小变化。来自戈达德的科学家埃德·沃拉克(Ed Wollack)说:“这使得这台探测器可以在更宽的波段上使用,还让探测器的灵敏度大大增加,尤其是在远红外波段。”沃拉克与戈达德的探测器专家克里斯廷·贾布瓦拉(Christine Jhabvala)一同设计并建造了微加工成形的吸收体,而这对于戈达德开发的这台测辐射热计探测器而言至关重要。

NASA最近完成了一台新式机载照相机在NASA的SOFIA机载天文台上的启用。上图展示了架设在SOFIA望远镜上的HAWC+仪器。(图片提供:NASA/AFRC)

测辐射热计在红外(热)辐射的测量中很常用,它们本质上就是非常灵敏的温度计。当辐射被聚焦,并撞击吸收性的元件(通常为涂有电阻涂层的物质)后,元件就会升温。随后一台超导传感器测量了由此导致的温度变化,给出入射红外光的强度。

SOFIA的这台测辐射热计是探测器技术中名为背照式下网格传感器(BUGS)的一种变体。现在这种传感器用于一系列其他对红外灵敏的仪器上。在SOFIA的应用中,反射性的光学结构(所谓的背照)被微加工成形的吸收体取代,吸收体阻挡并吸收了光线。

小组用碳纳米管做了实验,希望能用它作为潜在的吸收体。然而,这种柱状的管子虽然现在已被用于一系列的航天技术,但对吸收远红外线效率并不高。最后,沃拉克求助于蛾子作为可能的解决方案。

克里斯廷·贾布瓦拉与埃德·沃拉克手持他们设计的吸收体草图。这种吸收体由数千紧凑排列的微加工成形尖刺(柱状突起)组成,突起的高度不及沙粒。它是HAWC+所使用的4台1280像素探测器阵列的关键元件。(图片提供:NASA/W. Hrybyk)

沃拉克说:“你可能会受到自然界一些东西的启发,不过还是要用到手头的工具来制造它。这是人、机器与材料的结合。现在我们有了先前所不具备的新能力。这就是创新的真义所在。”

(全文完)

Tags:SOFIA 红外传感器 仿生

责任编辑:Melipal

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