按常识,近距离绕太阳飞行的恒星探测器是最不可能遇到潮湿问题的东西。 然而,最近发现,两颗不同的恒星探测器上的铝滤光器正在因水腐蚀而失灵。
光过滤器有助于检测极紫外(EUV)辐射,因此任何腐蚀都必然会影响其有效性。尽管这个问题已经存在一段时间了,但科学家们现在总算搞清了原因。
NASA的太阳动力学观测站(SDO,2010 年发射),以及 NASA 和欧洲航天局的太阳和日光层观测站(SOHO,1995 年发射)都存在同样的问题。在前6个月,SOHO的Solar EUV Monitor腐蚀了大约 35%; 在接下来的5年里,它腐蚀了60%。
太阳探测器并不便宜,上去维修更换就更不便宜了。因此,为了以后的发射,我们有必要在地面上想出避免此类问题的方法。
2021 年,由美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的物理学家查尔斯·塔里奥 (Charles Tarrio) 领导的团队通过实验弄清楚了原因不是什么——长期以来人们猜测是雾化的碳积聚引发的腐蚀,但现在知道并不是。
今天,他们终于弄清楚它是什么。令人惊讶:铝的氧化,由水的存在和紫外线辐射引起。随着氧化金属层的堆积,滤光片会变得杂驳不堪,从而导致其无法接收特定光谱的辐射。
铝的表面通常会自然地涂上一层氧化物,当氧原子与铝表面的原子结合时就会发生这种情况。紫外线会增加氧化速度,导致形成额外的氧化物层。
太空中通常没有很多氧气可以与铝结合,但含有氧原子的水的存在可能会改变游戏规则。
为了验证水锈假说,研究人员使用 NIST 的同步加速器紫外线辐射装置 (SURF) 产生极紫外线辐射,将其照射到已引入水蒸气的真空室中的铝滤光器上。
在实验中,塔里奥团队确认,这层氧化层比通行理论的预言还要厚得多,尽管没有太阳探测器上的那么厚。然而,模型显示,如果有足够的暴露——大约 10 个月——他们就会获得与太空探测器上的铝过滤器相当的氧化层。
“把所有东西放在一起,我确信。水是导致光过滤器退化的原因。”
下一个问题是,水是从哪里来的? 该团队认为,它必须以某种方式搭上探测器的便车。
“它必须能够以相当恒定的速度连续五年释放水。Bobby [Berg] 开始思考,它在钠?然后他找到了。”
在一篇即将发表的论文里,会有详细说明。用于保护探测器精密仪器免受极端温度影响的热毯材料。它们由多层聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 薄片制成,表面涂有反光金属,可以反射撞击材料的大部分热量。
然而,PET 以吸收和保持大气中的水分而闻名。 因此,它带着水分进入太空,然后,当太阳热量照射到它时,水会蒸发并缓慢脱气,释放到航天器中并导致铝制 EUV 滤光片氧化。
“想不出还有什么东西可以容纳水。”
在未来的工作中,该团队希望探索防止氧化的方法,无论是通过保护铝,还是开发一种新滤光片材质。
该研究已发表在《恒星物理学》上。
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