Самая черная в мире краска может решить важную для астрономии проблему

Фото из открытых источников

Низкая околоземная орбита всё больше заполняется спутниками, и они незаметно стирают из нашего поля зрения Вселенную. В настоящее время на орбите находится более 14 000 таких объектов, и это число быстро растет. Это серьезная проблема для астрономов.

Так называемое световое загрязнение, вызванное спутниками, уже мешает получению значительного количества изображений, сделанных наземными обсерваториями, и с учетом запланированного запуска тысяч новых спутников на низкой околоземной орбите (НОО) проблема будет только усугубляться.

«Ночное небо — одно из древнейших окон человечества во Вселенную», — говорит астрофизик Астха Чатурведи из Университета Суррея. «Но становится все труднее разглядеть суть вещей».

Чатурведи и группа исследователей из Великобритании считают, что у них может быть ответ: Vantablack 310, особая формула одного из самых черных материалов, когда-либо разработанных, предназначенная для использования на космических аппаратах. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В лабораторных условиях покрытие спутников материалом Vantablack 310 показало, что отражалось всего 2 процента падающего света.

«Наши результаты показывают, что относительно простой выбор материалов может существенно повлиять на то, как спутники воздействуют на астрономические наблюдения, без необходимости внесения существенных изменений в конструкцию миссии», — говорит Чатурведи.

Исследователи использовали физические модели для проверки характеристик черного покрытия в разных точках орбиты — например, блестящий спутник отражает свет лучше над снегом, чем над открытым океаном.

В наиболее отражающей области спутник Vantablack 310 получил оценку от 6,7 до 7,0 по шкале звездной величины AB (меньшие значения указывают на большую яркость).

Во многих смоделированных орбитах результаты значительно превышали этот показатель, достигая значений от 7,1 до 7,8.

Наихудший показатель в 6,7 находится чуть ниже порогового значения яркости спутников и орбитальных объектов, равного 7 звездной величине, рекомендованного Международным астрономическим союзом.

Это также намного лучше, чем показатель 3,7, полученный исследователями на необработанном спутнике SpaceX.

Стоит отметить, что SpaceX также тестировала методы снижения яркости спутников под названиями DarkSat и VisorSat. Vantablack 310 показал результаты, сопоставимые или даже превосходящие эти методы.

«При одинаковых геометрических и пространственных допущениях, поверхность с покрытием демонстрирует пиковые значения яркости, которые ниже, чем у непокрытых шасси Starlink, и сопоставимы или ниже, чем у вариантов DarkSat и VisorSat», — пишут исследователи.

Кроме того, команда использовала электронный микроскоп, чтобы изучить, как сверхчерное покрытие повлияло на обработанный спутник.

Они обнаружили, что это создает «кораллоподобные образования с углублениями в виде полостей», что свидетельствует о физических свойствах, которые задерживают свет.

Vantablack 310 — это относительно новая версия оригинального материала, разработанная для более легкого нанесения и большей износостойкости, хотя, как отмечают исследователи, все это еще предстоит проверить в космосе.

«Мы подчеркиваем, что данное исследование рассматривает только оптические характеристики», — пишут исследователи. «Для изучения тепловых характеристик космического аппарата, устойчивости к воздействию окружающей среды и системной интеграции необходимы специальные термовакуумные испытания и проверка на орбите, поэтому эти вопросы выходят за рамки данной работы».

Дальнейшие эксперименты уже находятся в стадии подготовки, и Vantablack 310 планируется использовать в предстоящей миссии CubeSat под названием Jovian-1. Это позволит исследователям проводить измерения яркости в реальных условиях с Земли, пока спутник находится на орбите.

Если мы будем все больше полагаться на эти низкоорбитальные спутники для систем связи (и, возможно, даже для центров обработки данных искусственного интеллекта), это не должно происходить за счет возможности получать полный обзор ночного неба.

Эти предварительные испытания показывают, что Vantablack 310 может помочь – хотя для решения проблемы космического мусора нам все равно потребуется другое решение.

«Космос становится все более переполненным, что создает проблемы не только для астрономов, но и для всех, кто ценит нетронутое ночное небо», — говорит астрофизик Ноэлия Ноэль из Университета Суррея. «Обнадеживает в этом исследовании то, что оно выводит нас за рамки простого выявления проблемы и приближает к разработке практических, основанных на фактических данных решений».