Малък квантов каскаден лазер може да помогне на астронавтите да намерят вода на Луната

Сподели

Инженери от Центъра за космически полети Годард на НАСА разработиха малък, но мощен лазер, който един ден може да помогне на астронавтите да намерят вода на Луната. По-малък от една четвърт в САЩ, лазерът използва квантово-механични ефекти, за да произведе лъч в терагерцовия (THz) диапазон, който може да подчертае скритата вода.

Повече от десетилетие знаем със сигурност, че на Луната има вода, благодарение на мисии като Chandrayaan-1. Този орбитален апарат изобразява лунната повърхност със спектрометър, който измерва отражението и абсорбцията на различни дължини на вълната на светлината, което може да разкрие състава на наличния материал, включително водни молекули.

Колкото и полезни да бяха тези инструменти, те нямаха чувствителността да разграничават вода от подобни форми като свободни водородни йони и хидроксил. По-прецизните инструменти, наречени хетеродинни спектрометри, се фокусират върху по-тесни честотни диапазони, като комбинират входящата светлина с тази от лазер в устройството, след което измерват разликата между двата източника на светлина.

Инженерите на Goddard са проектирали едно от тези устройства, което може да се настрои към THz честотите на водата. Съществуващите осцилатори и лазери, които генерират THz вълни, са обемисти, тежки и жадни за енергия системи, но те успяха да намалят дизайна си до размера на монета. За да направи това, екипът се докосна до някои странни квантови странности.

Инженерът на Годард Берхану Булча държи малкия квантов каскаден лазер

НАСА/Майкъл Джунто

Устройството на екипа е това, което е известно като квантов каскаден лазер, който се състои от серия от ултратънки слоеве от полупроводникови материали. Излъчените фотони влизат в тази ръкавица от бариери – и тъй като слоевете са толкова тънки, има увеличен шанс фотоните просто да игнорират бариерите и да се появят от другата страна, във феномен, наречен квантово тунелиране.

Когато един фотон достигне другата страна, той възбужда други фотони, така че докато преминат през 80 до 100 слоя, подредени в устройството, крайният резултат е каскада от фотони с енергия по скалата на THz. Вълноводът и тънката оптична антена поддържат лъча фокусиран за по-дълго време.

Екипът казва, че дори със захранването, процесора и хардуера на спектрометъра, цялата система може да се побере в устройство с размерите на чайник. Това означава, че е възможно бъдещите астронавти да използват ръчна версия, за да търсят вода на Луната, Марс или други тела.

Въпреки че има още работа за вършене, изследователите планират да създадат готова за полет версия за предстоящата програма на НАСА Artemis, която ще види хората да се върнат на Луната до 2024 г.

източник: НАСА



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели