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NASA:量子点新技术覆盖卫星“表层”,使卫星表面变成传感器

3641    2022-09-02    发布者:中国测试杂志社    来源:百度资讯

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在美国宇航局寻找地球以外的水和资源的过程中,最近开发出一种量子点仪器新技术,可以覆盖卫星“表层”,使其整个表面变成一个传感器,可以记录遥远行星上存在的化学物质。

美国宇航局在其网站表示,“探索我们的星球、太阳系及太空其他地方的奥秘,是NASA的首要任务,这一种新型的传感器将可能成为探索太空中的强大工具”。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的仪器科学家、孟加拉裔美国工程师、马哈茂达-苏丹娜(Mahmooda Sultana)负责开发出了这个量子点光谱仪。

苏丹娜使用具有独特特性的纳米级材料探索量子物理的新应用,这些特性使它们特别适合应用于航天领域。

量子点是一种半导体纳米晶体,可根据其大小、形状和化学成分吸收和重新发射不同波长的光。苏丹娜从麻省理工学院化学教授、量子点技术权威Moungi Bawendi 的实验室获得了从2到10纳米,即小于50个原子厚度的量子点。

然后,她使用来自行星或其他目标的光分解成光谱的一部分,创建一种“指纹”,揭示光所触及的元素或化合物。

苏丹娜说,“基本上,我们正在将整个光学问题转化为数学问题,” “可以在实验室中识别这些点以记录特定波长的光——化学指纹的一小部分。点另一侧的探测器收集碎片,然后将数据交给地面上的计算机以重新组装完整的指纹。”

她补充说,“数学很复杂,”“但使用机器学习,我们能够获得惊人的准确性,即使是在更为复杂的光谱曲线上。”

传统典型的光谱仪是相对庞大的设备,这占用了卫星上宝贵的空间。而量子点光谱仪的与众不同体现了现代化学的一个亮点。

如图所示叠加在朦胧星球上的数据图:来自光谱仪的数据显示为光谱,如图像中捕捉到的来自系外行星WASP-96 b的水蒸气、云和雾霾的特征。蓝线来自围绕1150光年外的恒星运行的蓬松气体巨星,显示特定颜色(波长)光亮的峰和颜色暗或不存在的谷。每个元素或化合物都贡献了其独特的光谱曲线,作为其在更大范围内的“签名”

量子点光谱仪能够在小型卫星和太阳帆上实现新的应用,具有研究地球表面成分、海洋颜色、植被和大气化学、以及提供对极光相互作用的洞察力的潜力。量子点光谱仪可以识别月球土壤中的水和其他化学物质,并表征其他行星的表面和大气元素。

量子点技术的多功能性还可以较低成本实现对太阳系外行星的探索任务。通过利用传感器的多功能性和轻巧性,打印出用于读出电子设备、探测器阵列、量子点光谱仪和微透镜阵列的独层太阳帆,将可用作航天器、推进系统和科学仪器,以此探索新视野。

苏丹娜表示说,“这是一个改变游戏规则的概念,” “我们基本上正在解决外太阳系探索的三个关键障碍:高成本、长时间、以及发射与这些遥远行星会合的任务。”

如图所示由几艘长方形帆船环绕的白色月亮,收集由颜色条表示的光数据。图中多个太阳帆从海王星的卫星海卫收集光谱

在大面积阳光的温度和压力驱动下,帆将通过靠近太阳的轨道加速,将其推入外太阳系。一旦到了那里,该量子点光谱仪就可以实现关键的科学目标。

1989年,航海者2号的海卫一特写图像首次揭示了其冰冷的表面,其特征是羽流,暗示着活跃的地质和冰下隐藏的海洋。研究海卫一如何随时间变化,将有助于科学家更好地了解太阳系天体是如何演化和运作的。

苏丹娜表示说,随着世界各地人们开发出打印类电子产品,更多的仪器,如量子点光谱仪,可以直接打印在太阳帆上,使其整个表面变成一个传感器,可以记录遥远行星上存在的化学物质,以创造更多的太空探索机遇。



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