Las naves espaciales que monitorean el Sol en busca de tormentas solares potencialmente mortales se han degradado, y ahora los científicos creen que han descubierto por qué.
Boffins del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST) y el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado Boulder han pasado años tratando de averiguar por qué los filtros UV en estas sondas se degradan con el tiempo.
Los filtros permiten que las naves espaciales analicen el espectro de luz de la luz solar en longitudes de onda específicas. El equipo utilizado para dirigir la luz ultravioleta de 100 nanómetros a 10 nanómetros a los detectores tiende a deteriorarse. A los pocos años de estar en el espacio, los filtros de algunos satélites enviados para estudiar las erupciones solares o los filtros de eyección de masa coronal se degradan significativamente.
El único satélite que hemos estudiado es el Observatorio de Dinámica Solar”, dijo Charles Tarrio, físico del NIST directamente involucrado en la investigación. El registro. “No podemos decir si este es o no el único satélite que ha experimentado este mecanismo de degradación, pero me sorprendería si es el único”.
El rendimiento de un filtro que permitió que el 50 por ciento de la luz ultravioleta de 30 nanómetros pasara al detector, por ejemplo, podría caer al 25 por ciento en un año, e incluso más al diez por ciento en cinco años. Ahora, un equipo de investigadores que estudia el problema cree haber descubierto qué está causando el problema.
El vapor de agua liberado por las mantas térmicas, utilizadas para controlar la temperatura de los instrumentos a bordo de los satélites, se adhiere a la superficie del filtro UV. El vapor de agua se descompone con la luz solar, dejando moléculas de hidróxido en la superficie del instrumento. Los rayos de luz ultravioleta liberan electrones de los componentes de aluminio del filtro, que ionizan las moléculas de hidróxido.
El ion negativo extrae el ion de aluminio positivo del filtro e interactúa para crear óxido de aluminio. Las capas de óxido de aluminio se depositan en la superficie del filtro con el tiempo, haciéndolos turbios y menos efectivos para absorber la luz ultravioleta, según un estudio publicado en la revista Solar Physics.
Robert Berg, coautor del artículo y físico del NIST, dijo en un comunicado que descubrir que el agua era la culpable de por qué los satélites que miran al sol se corroían “fue una especie de doble golpe”.
“El primer golpe mostraba físicamente que este proceso químico que involucra agua podría causar algo comparable a lo que realmente vemos que sucede en el satélite”, dijo.
“Y el golpe número dos es decir que una vez que se crea un modelo teórico que tiene todo en cuenta, los números se alinean cuantitativamente con lo que vemos en los satélites. Poniendo todo junto, estoy convencido de que el agua es responsable de la degradación del filtro. “
El equipo cree que los futuros satélites deberían tener filtros que contengan tubos que bloqueen el vapor de agua de sus superficies y estar construidos con capas de carbono para evitar que los iones de aluminio interactúen con las moléculas de hidróxido.
Descubrieron que el agua estaba causando el problema al exponer muestras de filtros a la luz ultravioleta mediante el uso de la instalación de radiación ultravioleta de sincrotrón del NIST. La radiación creada por el acelerador de partículas sincrotrón simula la actividad solar y el clima espacial.
Descubrieron que el óxido de aluminio comenzó a formarse en los filtros UV después de que los sometieron a la luz, y creen que los niveles similares de oxidación experimentados por los satélites reales se habrían replicado en sus muestras si las hubieran dejado expuestas a la radiación durante diez meses.
La oxidación requiere oxígeno y agua, dijeron los investigadores. “Tenía que ser algo que pudiera emitir agua durante cinco años de forma continua a tasas razonablemente constantes”, dijo Tarrio. Identificaron la fuente de humedad como mantas térmicas dentro del satélite.
“Creemos que la fuente del vapor de agua son las mantas aislantes cerca de las aberturas de entrada de los instrumentos. Las mantas están hechas de múltiples capas de Mylar aluminizado y tereftalato de polietileno (PET). Se sabe que el PET absorbe aproximadamente el vapor de agua en la atmósfera, “, nos explicó.
“Cuando la luz del sol lo golpea y lo calienta, libera vapor de agua, y debido a que el agua se almacena en el volumen del material en lugar de solo en la superficie, puede continuar liberando gases a un ritmo razonablemente constante durante muchos años”.
El equipo ahora está trabajando para probar diferentes materiales para filtros que tengan menos probabilidades de oxidarse en el espacio. ®