Новий тип супертемної, надзвичайно стійкої фарби для супутників обіцяє доступне рішення проблеми світлового забруднення, яке заважає астрономічним дослідженням з момента появи мегаконстеляцій на низьких орбітах Землі.
Одна з таких констеляцій — Starlink, яка забезпечує доступ до інтернету, викликала багато суперечок після запуску першої партії супутників у 2019 році. Тисячі космічних апаратів цієї констеляції обертаються так низько, що відбите ними світло перевищує яскравість багатьох зірок, які видно з Землі. І хоча вид потяга супутників Starlink може захопити дух спостерігачів за небом, для астрономів це справжній кошмар на світовій арені.
Коли за 1,9 мільярда доларів відкриється обсерваторія Вера Рубін, астрономи очікують, що до 40% її зображень буде спотворено або повністю зіпсовано слідами супутників. Це значна проблема, яка тільки ускладниться, оскільки кількість супутників на орбіті планується збільшити до десятків тисяч протягом наступних кількох років. Але нова фарба, що розробляється спільно з астрономами, може допомогти. Ця фарба, названа Vantablack 310, може зменшити кількість світла, яке відбивається суперниками на орбіті, до лише 2% від тієї кількості, що відбивається з покриттям, практично стираючи неприємні сліди з зображень телескопів.
За словами Ноелії Ноель, астрофізика з Університету Суррея, ці сліди супутників значно зменшать наукову віддачу від інвестицій, які робляться в телескоп Вера Рубін, фінансований платниками податків. Ноель, яка планує брати участь у десятирічній місії Рубіна, що має на меті мапування неба в небачених деталях, роками стурбована втратою незайманого темного неба.
Походячи з Аргентини, Ноель виросла під враженням від зоряного південного неба і усвідомлює його деградацію. Ці тривоги спонукали її встановити партнерство з компанією Surrey NanoSystems, яка розробляє ультра-чорні покриття для наукових приладів на супутниках. Ця співпраця створила новий вид надчорної фарби для космосу, яка відбиває менше світла, ніж доступні альтернативи, і може бути легко нанесена виробниками супутників у їхніх чистих кімнатах.
«За останні п’ять років людство відправило в космос більше супутників, ніж за попередні 60 років», — розповіла Ноель. «Це дійсно велика проблема для астрономії, особливо для телескопів на кшталт Вера Рубін, які змушені значно змінити свою стратегію спостереження, щоб уникнути скупчення супутників. Тому я хотіла щось зробити».
Попередні покриття компанії Surrey NanoSystems, хоч і чудово відбивали світло (флагманське покриття Vantablack High Performance поглинає 99,9% вхідних сонячних променів), базувалися на крихкій нанотехнології, яка вимагала складного технологічного процесу нанесення. Після нанесення покриття не можна було чіпати людською рукою, інакше воно втрачало свої антивідбивні властивості.
«Попереднє покриття базувалося на структурі вуглецевих нанотрубок, яку не можна було торкатися, адже вона руйнувалася», — розповів Кіран Кліффорд, матеріалознавець компанії Surrey NanoSystems. «Нам потрібно було щось, що можна безпечно обробляти інженерами у своїх приміщеннях».
Новий тип покриття спроектований на основі унікальної суміші вуглецевого чорнила, схожого на сажу, з особливими зв’язувальними речовинами, які роблять фарбу стійкою до жорстких умов у космосі поблизу Землі. Випробування показали, що нове покриття перевершує інші аналогічні фарби на ринку не тільки за здатністю поглинання світла, але й за витривалістю в космосі, зазначив Кліффорд.
«Ми провели випробування, які симулювали три роки в орбіті, і наше покриття витримало їх із незначними змінами, тоді як інші типи космічних фарб повністю еродували», — сказав Кліффорд. «Наше покриття також має кращу оптичну продуктивність. У той час як покриття конкурентів відбивають близько 5% вхідного світла, покриття Vantablack 310 відбиває лише 2% світла в видимій та майже інфрачервоній області спектру».
SpaceX раніше експериментувала з темною фарбою для зменшення яскравості своїх супутників, але ці експерименти дали змішані результати. У деяких випадках супутники почали перегріватися через кількість поглиненого світла. Кліффорд вважає, що нова фарба не викликатиме таких проблем і зробить супутники значно менш видимими в порівнянні з поточними Starlink.
«Ми знаємо з деяких симуляцій, що наше покриття повинно робити супутники невидимими неозброєним оком», — сказав Кліффорд. «Це приблизно 7 магнітуд у термінах яскравості, тоді як супутники Starlink коливаються від 3 до 5 магнітуд».
Магнітуда — це міра яскравості астрономічних об’єктів, яка є оберненою до фактичної яскравості об’єкта. Чим нижча величина магнітуди, тим яскравішим є об’єкт. Масштаб магнітуди логарифмічний, що означає, що спостережувана яскравість зростає експоненційно із зменшенням числового значення магнітуди.
Surrey NanoSystems та Університет Суррея випробують покриття Vantablack 310 у космосі на студентському супутнику Jovian 1, який воно наздожене на низьку орбіту Землі наступного року з набором вантажу, створеним британськими університетами.
«Задня частина розгорнутого сонячного панелі супутника буде покрита Vantablack 310, і ми будемо обертати супутник, виконуючи спостереження з землі, аби зафіксувати зміни в яскравості», — сказав Кліффорд.
Компанія вже веде переговори з виробниками супутників. Вони сподіваються, що легкість нанесення фарби, її чудова витривалість та здатність зменшувати яскравість надихнуть їх використовувати її на своїх супутниках у майбутньому.
«Не хочу бути надто оптимістичною, але сподіваюся, що з цим новим рішенням ми зможемо надихнути на певні зміни в політиці», — сказала Ноель. «Супутники — це дивовижна технологія, але ми також хочемо переконатися, що небо залишиться доступним для всіх. Великі телескопи — це значні інвестиції, і ми хочемо, щоб вони не були марними».