Las sondas espaciales diseñadas para estudiar el Sol son los últimos lugares en los que esperaría tener un problema de humedad. Sin embargo, una investigación reciente descubrió que los filtros de aluminio en dos satélites diferentes se están degradando a medida que el agua corroe sus superficies.
Los filtros ayudan a detectar las emisiones ultravioleta extremas (EUV), por lo que cualquier tipo de enturbiamiento afectará su eficacia. Aunque el problema ha sido evidente durante un tiempo, los científicos ahora finalmente saben qué lo está causando.
Observatorio de Dinámica Solar de la NASA (SDOlanzado en 2010), y la NASA y el Observatorio Heliosférico y Solar de la Agencia Espacial Europea (SOHO, lanzado en 1995) ambos tienen el mismo problema. En los primeros seis meses, el Solar EUV Monitor de SOHO se degradó en un 35 por ciento; en los cinco años siguientes, se degradó en un 60 por ciento más.
Las sondas solares no son precisamente baratas, y tampoco lo es lanzar misiones anuales de recalibración para enviar nuevos sensores al espacio. Descubrir por qué los filtros se nublan podría ayudar a que las futuras misiones de sondas solares se vuelvan más robustas.
En 2021, un equipo de científicos dirigido por el físico Charles Tarrio del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) experimentó descubrí lo que no era – es decir, una acumulación de carbono que causa el empañamiento, considerado durante mucho tiempo el culpable.
Ahora han descubierto de qué se trata, y es sorprendente: la oxidación del aluminio, provocada por la presencia de agua e inducida por la radiación ultravioleta. A medida que se acumulan las capas de metal oxidado, el filtro se empaña, impidiendo que admita las ondas de luz que el sensor está diseñado para monitorear.
La superficie del aluminio suele estar recubierta de forma natural con una capa superficial de óxido, que se produce cuando los átomos de oxígeno se unen a los átomos de la superficie del aluminio. La luz ultravioleta aumenta la tasa de oxidación, lo que hace que se formen capas adicionales de óxido.
Por lo general, no hay mucho oxígeno en el espacio para unirse al aluminio, pero la presencia de agua, que contiene átomos de oxígeno, podría cambiar las reglas del juego.
Para probar la hipótesis del agua, los investigadores utilizaron la instalación de radiación ultravioleta de sincrotrón (SURF) del NIST para generar radiación EUV, lanzándola a un filtro de aluminio en una cámara de vacío en la que se había introducido vapor de agua.
En sus experimentos, Tarrio y su equipo encontraron una capa de óxido en su muestra de aluminio que era mucho más gruesa de lo que sugiere la teoría aceptada, aunque no tan gruesa como las que se ven en las sondas solares. Sin embargo, el modelado mostró que con una exposición suficiente, alrededor de 10 meses, habrían logrado una capa de óxido comparable a los filtros de aluminio en las sondas espaciales.
Su solución al misterio, dijeron los investigadores, era una “golpe uno-dos.”
“El primer golpe mostraba físicamente que este proceso químico que involucra agua podría causar algo comparable a lo que realmente vemos que sucede en los satélites. Y el segundo golpe dice que una vez que creas un modelo teórico que tiene todo en cuenta, entonces los números se alinean cuantitativamente con lo que vemos en los satélites”, explica el físico Robert Berg del NIST.
“Poniendo todo junto, estoy convencido. El agua es responsable de la degradación del filtro”.
La siguiente pregunta es ¿de dónde en la Tierra vino el agua? El equipo creía que tenía que haber hecho autostop de alguna manera en las sondas mismas.
“Tenía que ser algo que pudiera emitir agua durante cinco años de forma continua a tasas razonablemente constantes”. tarrio dice. “Ese conjunto Bobby [Berg] en esta búsqueda para encontrar, ¿qué diablos podría ser esto? ¿Cuál podría ser una fuente que encaje? Y lo encontró”.
La respuesta, que se detallará en un próximo artículo, es el material de la manta térmica que se utiliza para proteger los delicados instrumentos de la sonda de las temperaturas extremas. Estos están hechos de capas de una fina lámina de tereftalato de polietileno (PET), recubiertas de metal reflectante que refleja la mayor parte del calor que incide sobre el material.
Sin embargo, el PET es conocido por absorber y retener agua de la atmósfera. Entonces, va al espacio con toda esta retención de agua y luego, cuando el calor solar lo golpea, el agua se vaporiza y se desgasifica lentamente, liberándose en la nave espacial y causando que el filtro EUV de aluminio se oxide.
“Fue dificil,” Berg dice“pensar en cualquier otra cosa que contenga ese tipo de agua”.
Todo lo que hace el Sol es interesante, pero las erupciones solares y las eyecciones de masa coronal son de particular interés aquí en la Tierra. Si se desencadenan en dirección a la Tierra, las cantidades de materia arrojadas hacia nosotros pueden desencadenar tormentas geomagnéticas que corren el riesgo de interrumpir las comunicaciones por satélite y radio, e incluso interferir con las redes eléctricas.
Esta materia solar puede tardar de dos a seis días en llegar a nosotros, por lo que los instrumentos que pueden detectar sus ondas reveladoras de radiación EUV con anticipación son cruciales para advertir con anticipación y predecir la fuerza de la tormenta geomagnética que se avecina.
En el trabajo futuro, el equipo espera explorar formas de prevenir esta oxidación, ya sea trabajando en la protección del aluminio o desarrollando un nuevo filtro que pueda operar en el rango de longitud de onda requerido.
La investigación ha sido publicada en física solar.