科學家利用光鑷支撐聚苯乙烯反射鏡
來源：中國航天 | 0評論 | 7155查看 | 2014-03-17 11:38:00
據美國《科學》雜志2014年1月22日報道]有研究人員成功利用激光將微小聚苯乙烯顆粒聚集排列形成一面小型反射鏡。若該技術成熟了，那么，足球場般大的天基望遠鏡可能僅有幾片面包重。沒有了重量的約束，望遠鏡的性能會比以前所想象的高得多。
對天基望遠鏡而言，尺寸越大，性能越高。像“哈勃”這樣的太空望遠鏡，采用巨大的反射鏡來提高集光能力，反射鏡越大，收集的光就越多，使“哈勃”能看見最昏暗和最遙遠的星系。但巨大而又笨重的反射鏡，制造成本和進入太空的成本，都十分昂貴。因此，科學家們一直在設法尋找新途徑以使反射鏡尺寸更大、質量更輕。
1970年，貝爾實驗室的科學家阿斯金（Arthur Ashkin）發現可利用激光束來束縛微粒。自那時開始，科學家們已經用激光捕獲過原子、分子和其他細小粒子。這種“光鑷”技術還使生物學家們能探究病毒、細胞、細菌和DNA。
1979年，天文學家拉貝瑞（Antoine Labeyrie）提出可利用激光束將顆粒排布成一個反射表面，造一個超輕反射鏡用于天基望遠鏡。例如，一臺35米口徑的望遠鏡重僅100g。作為對比，“哈勃”的2.4米主鏡重達828kg。超輕反射鏡不但能使望遠鏡變輕，而且還能在受到隕石打擊之后自我修復。BAE系統公司的物理學家格茲郭澤克（Tomasz Grzegorczyk）稱，粒子有返回平衡態的自然趨勢，從而重新形成薄膜。這是一個巨大的優勢。
格茲郭澤克和瑞士聯邦理工學院的同事們，在2014年1月的《物理評論通訊》上撰文說，他們利用激光使150顆聚苯乙烯球形顆粒（直徑3微米）排布成了一個平坦的反射面并實際用這個反射面反射了一個圖像。他們還進行了計算，認為由一系列小微粒排布成的拋物反射面，可以像一個望遠鏡的反射面那樣聚焦出一個圖像。
格茲郭澤克承認，已完成的研究工作只是前進了一步，想要造出一個這樣的望遠鏡，還有很長的路要走，需面對諸多挑戰。比如，真正的望遠鏡所需的反射鏡尺寸要比實驗中獲得的大百萬倍，所需的高能激光器目前尚不存在。另外，最大的難點在于如何在真空中穩定粒子。實驗中，顆粒浸沒在水中，水有助于防止粒子抖動，保持晶格結構。
法國尼斯非線性研究所的物理學家里皮（Gian-Luca Lippi）認為，格茲郭澤克的實驗成功是一項了不起的成就。以前有理論研究認為可能，這畢竟是首次實驗演示。
哈佛另一物理學家伯恩斯（Michael Burns）也認為實驗結果沒有提供鏡面的反射效率。不過他說“這次實驗表明原理可行，這項工作使超輕望遠鏡離實現近了一步。人們必須一步一步地朝那個方向前進。這是邁得很好的一步。”
格茲郭澤克現在想要建造的是在水體中懸浮的反射鏡，而不再是漂浮在水面之上的反射鏡。（中國航天系統科學與工程研究院：李金釗 杜元清）
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