受蛾眼啟發建造的SOFIA新儀器

NASA研發的一台新照相機可以拍攝遠較先前可能做到的程度更加靈敏的天體影像，而其中用到的技術受到了自然界尤其是蛾眼的啟發。

這個概念非常簡單。當近距離觀看物體的時候，蛾子的眼睛具備由一種小型錐頭圓柱凸起組成的極細密排列。這種結構的作用是減少反射光，讓這些夜行生物可以儘可能吸收更多的光線，這樣它們甚至在夜間也可以辨明方向。

如果將類似的吸收體概念用於遠紅外吸收體，我們就得到了擁有數千個緊密排列、由機械微加工成形的尖刺（柱狀凸起），它們的高度不超過一枚沙粒。這是馬里蘭州格林貝爾特（Greenbelt）NASA戈達德太空飛行中心的科學家和技術小組為高解析度機載寬波段照相機+（HAWC+）開發的4台1280像素測輻射熱計陣列的關鍵元件之一。

這張使用隧道掃描電子顯微鏡拍攝的照片展示了一種新的吸收體結構，它使SOFIA的新儀器——高解析度機載寬波段照相機+（HAWC+）進行觀測成為了可能。這樣的「尖刺」結構是受蛾眼啟發而設計的。（圖片提供：X射線：NASA/CXC/SAO/M.McCollough et al；射電：ASIAA/SAO/SMA）

NASA剛剛完成了HAWC+在同溫層紅外天文台（SOFIA）上的啟用。SOFIA是NASA與德國航空航天中心（DLR）的聯合項目。這架經過大幅度改造的波音747SP型飛機搭載著一架8英尺望遠鏡以及6台儀器飛向足夠高的空域，在這裡望遠鏡不會受到地球大氣中的水分干擾。水分阻擋了天體發出的大多數紅外輻射。

升級後的這架照相機不僅要拍攝照片，還會測量來自銀河系塵埃輻射的偏振光。科學家利用這台儀器可以研究恆星和行星形成歷史的早期階段，而藉助HAWC+的偏振計，還能測量銀河系中心特大質量黑洞周圍環境中的磁場。

憑藉這台從未在天文學中有過先例的儀器，我們甚至還可以測量光線頻率和方向發生的微小變化。來自戈達德的科學家埃德·沃拉克（Ed Wollack）說：「這使得這台探測器可以在更寬的波段上使用，還讓探測器的靈敏度大大增加，尤其是在遠紅外波段。」沃拉克與戈達德的探測器專家克里斯廷·賈布瓦拉（Christine Jhabvala）一同設計並建造了微加工成形的吸收體，而這對於戈達德開發的這台測輻射熱計探測器而言至關重要。

NASA最近完成了一台新式機載照相機在NASA的SOFIA機載天文台上的啟用。上圖展示了架設在SOFIA望遠鏡上的HAWC+儀器。（圖片提供：NASA/AFRC）

測輻射熱計在紅外（熱）輻射的測量中很常用，它們本質上就是非常靈敏的溫度計。當輻射被聚焦，並撞擊吸收性的元件（通常為塗有電阻塗層的物質）後，元件就會升溫。隨後一台超導感測器測量了由此導致的溫度變化，給出入射紅外光的強度。

SOFIA的這台測輻射熱計是探測器技術中名為背照式下網格感測器（BUGS）的一種變體。現在這種感測器用於一系列其他對紅外靈敏的儀器上。在SOFIA的應用中，反射性的光學結構（所謂的背照）被微加工成形的吸收體取代，吸收體阻擋並吸收了光線。

小組用碳納米管做了實驗，希望能用它作為潛在的吸收體。然而，這種柱狀的管子雖然現在已被用於一系列的航天技術，但對吸收遠紅外線效率並不高。最後，沃拉克求助於蛾子作為可能的解決方案。

克里斯廷·賈布瓦拉與埃德·沃拉克手持他們設計的吸收體草圖。這種吸收體由數千緊湊排列的微加工成形尖刺（柱狀突起）組成，突起的高度不及沙粒。它是HAWC+所使用的4台1280像素探測器陣列的關鍵元件。（圖片提供：NASA/W. Hrybyk）

沃拉克說：「你可能會受到自然界一些東西的啟發，不過還是要用到手頭的工具來製造它。這是人、機器與材料的結合。現在我們有了先前所不具備的新能力。這就是創新的真義所在。」

原文標題：Moth』s Eye Inspires Critical Component on SOFIA』s Newest Instrument

作者：Lori Keesey

編譯：Melipal（編譯版權所有，未經許可請勿轉載）