Ученые Наконец Рзгадали Тайну Того Почему Cолнечные Зонды Продолжают Запотевать

Космические зонды, предназначенные для изучения Солнца, – это последнее место, где вы могли бы ожидать проблем с влажностью. Однако недавнее исследование показало, что алюминиевые фильтры на двух разных спутниках разрушаются по мере того, как вода разъедает их поверхности.

Фильтры помогают обнаруживать экстремальные ультрафиолетовые излучения (EUV), поэтому любой вид помутнения неизбежно влияет на их эффективность. Хотя проблема была очевидна уже некоторое время, ученые теперь, наконец, знают, в чем ее причина.

Обсерватория солнечной динамики НАСА (SDO, запущена в 2010 году), а также Солнечная и гелиосферная обсерватория НАСА и Европейского космического агентства (SOHO, запущена в 1995 году) сталкиваются с одной и той же проблемой. За первые шесть месяцев качество солнечного EUV-монитора SOHO ухудшилось примерно на 35 процентов; в последующие пять лет оно ухудшилось еще на 60 процентов.

Солнечные зонды не совсем дешевы, как и запуск ежегодных миссий по перекалибровке для отправки новых датчиков в космос. Выяснение того, почему фильтры затуманиваются, может сделать будущие миссии солнечных зондов более надежными.

В 2021 году группа ученых во главе с физиком Чарльзом Таррио из Национального института стандартов и технологий (NIST) экспериментально выяснила, чем это не было, то есть скоплением углерода, вызывающим запотевание, которое долгое время считалось виновником.

Теперь они выяснили, что это такое, и это удивительно: окисление алюминия, вызванное присутствием воды и индуцируемое ультрафиолетовое излучение. По мере накопления слоев окисленного металла фильтр запотевает, не позволяя ему пропускать световые волны, для контроля которых предназначен датчик.

Поверхность алюминия обычно естественным образом покрыта поверхностным слоем оксида, который образуется, когда атомы кислорода связываются с атомами на поверхности алюминия. ультрафиолетовое излучение увеличивает скорость окисления, вызывая образование дополнительных слоев оксида.

Обычно в космосе не так много кислорода, который мог бы связываться с алюминием, но присутствие воды, содержащей атомы кислорода, может изменить ситуацию.

Чтобы проверить гипотезу о воде, ученые использовали установку синхротронного ультрафиолетового излучения NIST (SURF) для генерации EUV-излучения, направляя его на алюминиевый фильтр в вакуумной камере, в которую был введен водяной пар.

В своих экспериментах Таррио и его команда действительно обнаружили слой оксида на своем образце алюминия, который был намного толще, чем предполагалось общепринятой теорией, хотя и не такой толстый, как те, что были замечены на солнечных зондах. Моделирование, однако, показало, что при достаточном воздействии – около 10 месяцев – они получили бы оксидный слой, сравнимый с алюминиевыми фильтрами на космических зондах.

По словам исследователей, их решение загадки было «двойным ударом».

«Удар номер один заключался в том, что физически демонстрировалось, что этот химический процесс с участием воды может вызвать нечто, сравнимое с тем, что мы на самом деле наблюдаем на спутниках. И удар номер два заключается в том, что как только вы создадите теоретическую модель, учитывающую все аспекты, тогда цифры количественно выровняются с тем, что мы видим на спутниках», — объясняет физик Роберт Берг из NIST.

«Собрав все воедино, я убежден. Вода ответственна за разрушение фильтра.»

Следующий вопрос заключается в том, откуда на Земле взялась вода? Команда полагала, что она каким-то образом добралась на самих зондах автостопом.

«Это должно было быть что-то, способное непрерывно выделять воду в течение пяти лет с достаточно постоянными скоростями», – говорит Таррио.

«Это подтолкнуло Бобби [Берга] к поискам, чтобы выяснить, что, черт возьми, это могло быть? Какой источник может быть подходящим? И он нашел его.»

Ответ, который будет подробно описан в следующей статье, заключается в материале термозащиты, используемом для защиты чувствительных инструментов зонда от экстремальных температур. Они изготовлены из слоев тонкого листа полиэтилентерефталата (ПЭТ), покрытого отражающим металлом, который отражает большую часть тепла, попадающего на материал.

Однако известно, что ПЭТ поглощает и удерживает воду из атмосферы. Таким образом, он отправляется в космос со всем этим запасом воды, а затем, когда на него попадает солнечное тепло, вода испаряется и медленно выделяет газы, попадая в космический корабль и вызывая окисление алюминиевого фильтра EUV.

«Было трудно, – говорит Берг, – придумать что-нибудь еще, что могло бы содержать такую воду».

Все, что делает Солнце, интересно, но солнечные вспышки и выбросы корональной массы представляют особый интерес здесь, на Земле. Если они будут выпущены в направлении Земли, количество вещества, выброшенного в нашу сторону, может вызвать геомагнитные бури, которые могут привести к прерыванию спутниковой и радиосвязи и даже создать помехи в работе электросетей.

Этому солнечному веществу может потребоваться от двух до шести дней, чтобы добраться до нас, поэтому приборы, которые могут заблаговременно обнаружить их контрольные волны EUV-излучения, имеют решающее значение для заблаговременного предупреждения и прогнозирования силы грядущей геомагнитной бури.

В будущей работе команда надеется изучить способы предотвращения этого окисления, будь то работа над защитой алюминия или разработка нового фильтра, который может работать в требуемом диапазоне длин волн.

Источник новости Solar Physics