Powlekane kryształy laserowe usprawnią obserwację Ziemi
Programy obserwacji Ziemi stanowią nasze oko na niebie i pozwalają nam na monitorowanie planety oraz środowiska naturalnego. W związku z tym stanowią także niezbędne narzędzie w walce ze skutkami zmiany klimatu. Oparte na satelitach działających w przestrzeni kosmiczne i czujnikach zlokalizowanych na powierzchni, systemy obserwacji Ziemi, w tym między innymi europejski program Copernicus, pomagają nam monitorować poziomy mórz i oceanów, tworzyć dokładne prognozy pogody i chronić różnorodność biologiczną. „Kosmiczne misje obserwacji Ziemi są nieodzownym źródłem danych, dzięki któremu jesteśmy w stanie lepiej zrozumieć naszą planetę”, wyjaśnia Peter Wessels, badacz ośrodka Laser Zentrum Hannover (LZH). „Gdy poszczególne misje zaczną wykorzystywać instrumenty laserowe oparte na aleksandrytach, będą w stanie monitorować atmosferę lub powierzchnię planety na zupełnie nowe sposoby”. W ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu GALACTIC, zespół LZH połączył siły ze spółkami Altechna i Optomaterials, aby zbudować europejski łańcuch powlekanych kryształów na potrzeby laserów aleksandrytowych o wyjątkowych osiągach, przeznaczonych do zastosowań kosmicznych, tworząc tym samym kluczową technologię na potrzeby przyszłych misji obserwacji Ziemi.
Kryształy aleksandrytu i ich rola w obserwacji Ziemi
Aleksandryt jest jedną z odmian rzadkiego minerału – chryzoberylu. Niektórzy twierdzą, że za dnia jest szmaragdem, a w nocy zmienia się w rubin. Poza wyjątkową właściwością, jaką jest zmienność kolorów, aleksandryt charakteryzuje się również szeregiem cech, które pozwalają na jego wykorzystanie na potrzeby obserwacji Ziemi. Kryształy aleksandrytowe umożliwiają dostrajanie długości fali lasera, co pozwala na dokonywanie pomiarów przy długości fali dostosowanej do oczekiwanych wyników, dzięki czemu są doskonałym rozwiązaniem do analizy atmosfery oraz roślinności przy pomocy technologii LiDAR, która już teraz jest wykorzystywana w celu oceny kluczowych parametrów atmosferycznych, stanu lasów i biomasy. LiDAR to metoda teledetekcji, która pozwala na pomiar odległości do Ziemi za pomocą światła emitowanego dzięki impulsom lasera. Jedną z zalet kryształów aleksandrytu jest fakt, że długość fali emitowanego przez nie światła może zostać z łatwością zmieniona, by uzyskać światło ultrafioletowe. „Taka długość fali umożliwia dokonywanie bezpośrednich pomiarów atmosfery i prędkości wiatru, co może poprawić prognozowanie pogody”, dodaje Wessels.
Lepsze osiągi, większa trwałość
Pomimo szeregu korzyści, zastosowanie kryształów aleksandrytu pozostaje ograniczone ze względu na szereg wyzwań. W przypadku wykorzystywania w przestrzeni kosmicznej, są one narażone na trudne i potencjalnie szkodliwe warunki, w tym wysokie wahania temperatury i podwyższone poziomy promieniowania. W tym celu badacze postanowili zwiększyć ich trwałość przez zastosowanie specjalnych powłok syntetycznych, których skuteczność została sprawdzona w warunkach realistycznie odzwierciedlających te panujące podczas misji obserwacji Ziemi. Kryształy opracowane w ramach projektu GALACTIC wykazały się doskonałą odpornością na działanie promieniowania jonizującego i zmienne temperatury. W następstwie tych badań kryształy są obecnie zatwierdzone i dopuszczone do zastosowań kosmicznych, co oznacza, że mogą być wykorzystywane jako komponenty satelitów obserwacji Ziemi. „Nasze syntetycznie powlekane aleksandrytowe kryształy laserowe są produkowane w całości na terenie Unii Europejskiej. Co więcej, są porównywalne, a w wielu aspektach znacznie lepsze od najlepszych kryształów dostępnych na rynku poza Europą”, zauważa Wessels. „Dzięki temu nie tylko udało nam się zrealizować podstawowy cel projektu GALACTIC, ale także przyczynić się do zwiększenia odporności europejskiego przemysłu kosmicznego”.
Słowa kluczowe
GALACTIC, europejska przestrzeń kosmiczna, kryształy laserowe, obserwacja Ziemi, aleksandrytowe kryształy laserowe, zmiana klimatu, satelity, Copernicus, LiDAR