Le chercheur principal Manuel Quijada est montré ici avec le type d'optique que lui et son équipe revêtiraient d'un film de fluorure pour fournir une réflectance maximale sur une large gamme spectrale. Crédit :NASA/W.Hrybyk
Les technologues de la NASA ont produit des miroirs de télescope avec la réflectance la plus élevée jamais signalée dans la gamme spectrale de l'ultraviolet lointain. Maintenant, ils tentent d'établir un autre record.
Manuel Quijada et son équipe, experts en optique au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, étudient des techniques pour créer des miroirs en aluminium hautement réfléchissants sensibles à l'infrarouge, optique, et les bandes de longueur d'onde de l'ultraviolet lointain - une large gamme spectrale envisagée pour les télescopes spatiaux proposés après le télescope spatial James Webb et le télescope d'enquête infrarouge à champ large. Ces missions proposées aborderaient un large éventail d'études en astrophysique, de l'époque de la réionisation, à travers la formation et l'évolution des galaxies, à la formation des étoiles et des planètes.
L'équipe de Quijada étudie spécifiquement trois techniques et matériaux différents pour créer et appliquer des revêtements protecteurs sur les miroirs en aluminium pour les empêcher de s'oxyder lorsqu'ils sont exposés à l'oxygène et de perdre leur réflectivité.
"L'aluminium est un métal que la nature nous a donné la plus large couverture spectrale, " dit Quijada. " Cependant, l'aluminium doit être protégé des oxydes naturels avec un film mince ou un substrat de matériau transparent."
Malheureusement, personne n'a développé un revêtement qui protège et maintient efficacement la réflectivité élevée d'un miroir dans la plage de 90 à 130 nanomètres, également connue sous le nom de gamme Lyman Alpha. A ce régime spectral, les scientifiques peuvent observer un riche assortiment de raies spectrales et de cibles astronomiques, y compris les planètes potentiellement habitables au-delà de notre système solaire. "La faible réflectivité des revêtements dans cette gamme est l'une des plus grandes contraintes dans la conception des télescopes et spectrographes dans l'ultraviolet lointain, " dit Quijada.
Lumière ultraviolette, qui est plus courte que celle de la lumière visible mais plus longue que les rayons X, est invisible à l'œil humain. Ce n'est qu'avec des instruments réglés sur cette longueur d'onde que les objets peuvent être observés.
L'une des missions récentes de la NASA entièrement dédiée aux observations dans l'ultraviolet lointain était le Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer, ou FUSIBLE, qui a été désarmé en 2007 après une mission principale réussie. Bien qu'il en ait acquis 6, 000 observations sur près de 3, 000 objets astronomiques distincts au cours de ses huit années en orbite, Le revêtement du substrat de fluorure de lithium de FUSE n'était pas assez stable et a commencé à se dégrader avec le temps, dit Quijada.
Le chercheur principal Manuel Quijada est éclipsé par la chambre de revêtement de deux mètres où il applique des films minces sur des miroirs de télescope pouvant atteindre un mètre de diamètre. La capacité de revêtir de grands miroirs est essentielle pour permettre aux instruments astronomiques du futur.Crédits :NASA/W. Hrybyk Crédit :NASA/W. Hrybyk
L'objectif de Quijada est de développer un revêtement et un procédé qui améliorent non seulement la réflectance dans l'ultraviolet lointain, mais permet également des observations dans les autres bandes de longueur d'onde.
"Les procédés de revêtement traditionnels n'ont pas permis d'utiliser pleinement les miroirs en aluminium, " a déclaré Quijada. " Les nouveaux revêtements que nous étudions permettraient à un télescope de couvrir une très large gamme spectrale, de l'ultraviolet lointain au proche infrarouge dans un seul observatoire. La NASA en aurait plus pour son argent."
Sous une approche de revêtement, l'équipe utiliserait le dépôt physique en phase vapeur pour appliquer une fine couche de difluorure de xénon gazeux à un échantillon d'aluminium. Selon Quijada, des études ont montré que le traitement du difluorure de xénon crée des ions fluor qui se lient étroitement à la surface de l'aluminium, empêchant une oxydation supplémentaire.
Il étudie également l'utilisation de deux autres techniques de dépôt de couches minces - le dépôt physique en phase vapeur assisté par ions et le dépôt par couche atomique - pour appliquer des films minces de trifluorure d'aluminium, qui est écologiquement stable par rapport à d'autres revêtements.
Quijada et son équipe ont déjà réussi à développer un revêtement pour une autre région de la bande spectrale ultraviolette.
En 2016, un test de validation a prouvé qu'un revêtement protecteur conçu par l'équipe offrait une réflectance de 90 % dans la plage de 133,6 à 154,5 nanomètres, la réflectance la plus élevée jamais signalée pour cette bande ultraviolette. Pour atteindre ce niveau de performance sans précédent, l'équipe a mis au point un processus de dépôt physique en phase vapeur en trois étapes pour revêtir les miroirs en aluminium de films protecteurs en fluorure de magnésium ou en fluorure de lithium.
Ces revêtements à haute réflectance permettent désormais de nouveaux types d'instruments, dit Quijada. Deux nouvelles missions héliophysiques qui étudieront les interactions entre l'ionosphère terrestre et les vents solaires - l'explorateur de connexions ionosphériques et les observations à l'échelle mondiale du membre et du disque - utiliseront cette technologie de revêtement.
"Nous devons pousser plus loin dans le spectre ultraviolet, " Quijada a dit, se référant à la gamme spectrale de l'ultraviolet lointain ciblée. "Nous devons avoir accès à toute la gamme ultraviolette à infrarouge. Nous ouvrons la voie aux revêtements miroir."
