El espacio contiene numerosos objetos fascinantes que solo podemos investigar observando su radiación, incluso más allá del alcance visible. Para telescopios espaciales como el observatorio infrarrojo Herschel de la Agencia Espacial Europea ESA, cuya misión es observar la radiación en el lejano ...infrarrojo, enfriar los instrumentos es de vital importancia, ya que los instrumentos en sí no deben emitir radiación infrarroja perturbadora. Los espejos de estos telescopios, que se utilizan a temperaturas inferiores a –190 ° C, están hechos de cerámica especial ultraestable como el carburo de silicio.Para planificar correctamente las dimensiones exactas, incluso a temperaturas tan bajas, se debe conocer la expansión térmica precisa de los materiales utilizados. Dentro del alcance de un proyecto de la ESA recientemente completado, el Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB en Braunschweig midió la temperaturaexpansión de estas cerámicas, así como la de silicio monocristalino en el rango de temperatura de –266 ° C a 20 ° C con alta precisión.En el rango de temperatura investigado, la precisión alcanzada corresponde a un cambio relativo en la longitud de aprox.una milmillonésima por grado Celsius.Las investigaciones también han demostrado que los valores utilizados hasta la fecha para el material de referencia de "silicio monocristalino" deben corregirse.
El último número de la revista científica Revisión física B contiene un informe dedicado al último de estos dos temas. Los telescopios espaciales como Herschel exploran rangos espectrales a los que no se puede acceder desde la Tierra; por lo tanto, solo se pueden usar en el espacio. Qué importante es saber la expansión térmica exacta dellos materiales utilizados al instalar dichos telescopios se demostraron claramente durante una de las últimas misiones de la ESA, ya que se reveló que las simulaciones realizadas anteriormente no estaban de acuerdo con los espejos fabricados.Para evitar que se repitan sorpresas desagradables en el futuro, se requirieron investigaciones en profundidad de los materiales utilizados. Para sus investigaciones dentro del alcance del proyecto ESA, el grupo de investigación de René Schödel utilizó el interferómetro ultra preciso de PTB para medir la longitud delas muestras en todo el rango de temperatura con precisión nanométrica.
Este interferómetro es el único de su tipo en el mundo. Para permitir que las mediciones se tomen con una precisión similar pero con menos esfuerzo, incluso en otros institutos, los materiales de referencia cuya expansión térmica exacta se conoce generalmente se usan para comparación.El material de referencia es el silicio monocristalino, que se caracteriza por una estructura reticular continua con muy pocos defectos, también fue investigado por los investigadores.Al igual que algunos de los materiales cerámicos ultraestables, el silicio exhibe un comportamiento peculiar: a bajas temperaturas, comienzare-expandiéndose por debajo de cierta temperatura. Esta característica dinámica, que es bastante inesperada en la vida cotidiana, también fue medida exactamente por los científicos de PTB. Sus mediciones arrojaron un resultado importante: a través de un amplio rango de temperatura, descubrieron desviaciones significativas delos valores de referencia utilizados hasta la fecha para el silicio de cristal único. Esto sugiere que los valores de referencia deben corregirse.
Los resultados del proyecto son importantes para otras misiones espaciales que ya se han planificado, como el James Webb Space Telescope JWST, para el que se planifican temperaturas de uso inferiores a –220 ° C, o el Space Infrared Telescope paraCosmología y Astrofísica SPICA, para las cuales se prevén temperaturas de uso aún más bajas.
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Materiales proporcionado por Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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