В России создали бесконтактный метод измерения температуры в открытом космосе
Определение температуры планет во Вселенной — это одна из наиболее важных задач, стоящих перед учеными, ведь она позволяет не только получить новую информацию о небесных телах, но и расширить понимание о возможных рисках, которые они несут для существующей формы жизни. Однако в некоторых областях космического пространства измерить температуру контактным способом не представляется возможным — в таких случаях на помощь приходит бесконтактная термометрия с использованием люминофоров.
Люминофоры представляют собой материалы, поглощающие свет и испускающие собственное свечение. Ученые нередко сравнивают их с люминесцентными браслетами, которые сначала «накапливают» свет, а потом светятся в темноте. Спектральные характеристики люминофоров напрямую зависят от температуры окружающей среды, но если она очень низкая, то изменения в спектрах большинства люминесцентных частиц становятся практически незаметными.
Возможный выход из этой ситуации представили ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Для измерения сверхнизких температур они предложили использовать оксидные наночастицы. Результаты их исследования, которое было поддержано грантом президентской программы Российского научного фонда (РНФ), были опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry С.
На объект, температуру которого необходимо было измерить, ученые кисточкой нанесли взвесь из изопропилового спирта и порошка с наночастицами, активированными редкоземельными ионами неодима. Когда изопропиловый спирт улетучился, оставшиеся наночастицы облучили инфракрасным светом, после чего они начали самостоятельно испускать его.
Следующим шагом физики измерили спектры и рассчитали соотношение интенсивностей люминесцентных полос неодима при разных температурах. Результатом этой работы стал график соответствия — с помощью него ученые теперь могут определить температуру до -253°C с точностью до десятой доли градуса. Особенность такого метода заключается в том, что он бесконтактный: в последующих измерениях непосредственный контакт с объектом уже не нужен — его температура будет измеряться только по излучению.
По мнению авторов исследования, данный способ можно будет применять и в космических исследованиях, поскольку температуры в космосе очень низкие. В этом случае они советуют наносить частицы люминофора на элементы обшивки космического корабля на Земле, чтобы затем проводить измерения с их помощью уже в самом космосе.
«Наша дальнейшая цель — расширить шкалу до еще более низких температур, чтобы охватить как можно больше объектов и явлений, например в космической области. Важная ближайшая задача — дойти до -268°C, то есть температуры жидкого гелия. Кроме того, мы стремимся улучшить термометрические характеристики предлагаемых люминофоров, а именно тепловую чувствительность и температурное разрешение», — поделился руководитель проекта Илья Колесников.
Ранее студентка Самарского университета имени Королева рассчитала модель поведения вышедшего из строя аппарата на примере спутника связи Starlink. Результаты исследования позволят увеличить эффективность уборки космического мусора на орбите.
