Os pesquisadores desenvolveram um novo instrumento que pode analisar a luz refletida de materiais muito pequenos ou extremamente escuros, como algumas amostras de meteoritos e VANTABlack, a substância humana mais escura criada. O instrumento já está revelando novas informações sobre essas e outras superfícies de difícil análise.

O uso da espectroscopia para medir como a luz reflete em uma superfície pode fornecer informações sobre as propriedades físicas e químicas de um material de amostra. Contudo, Amostras extremamente escuras ou pequenas, como as de meteoritos, tornam esse tipo de análise difícil porque refletem muito pouca luz.

No jornal The Optical Society (OSA) Óptica Aplicada , primeira autora Sandra Potin e colegas do Institut de Planétologie et Astrophysique de Grenoble (IPAG), Universidade Grenoble Alpes na França, relatar que seu novo instrumento, chamado SHADOWS, pode ser usado para espectroscopia de refletância de amostras medindo menos de um milímetro cúbico e que refletem menos de 0,03 por cento da luz iluminando a amostra.

O novo instrumento pode ser usado para entender melhor a composição dos meteoritos e identificar o asteróide ou cometa de onde eles se originaram. Também pode ser usado para analisar superfícies em espaçonaves, onde revestimentos muito escuros são usados ​​para reduzir a luz difusa ou remover o calor da instrumentação usada no espaço.

Melhorando a sensibilidade

O instrumento de espectroscopia criado pelos pesquisadores é conhecido como radiômetro espectrogonio, que funciona iluminando uma amostra de uma direção precisa e, em seguida, detectando a luz refletida de volta em uma direção diferente. Essa abordagem é conhecida como espectroscopia de refletância bidirecional porque calcula a refletância de um material com base na direção da luz de iluminação e na direção da qual a luz refletida é detectada. Os espectros produzidos por esta medição são como uma impressão digital que pode ser usada para determinar a composição de uma amostra.

Os pesquisadores começaram com um radiômetro que desenvolveram anteriormente para grandes, amostras brilhantes e trabalhou para melhorar sua sensibilidade, reduzindo a iluminação para um diâmetro de cerca de 5,2 mm. O ponto de iluminação pode ser ainda menor para mapear superfícies heterogêneas, como uma superfície que contém vários tipos de materiais.

"O instrumento tem uma relação sinal-ruído muito boa porque usamos o que chamamos de detecção síncrona, "disse Potin." Isso significa que, em vez de usar luz contínua, iluminamos as amostras com pulsos de luz em uma frequência muito precisa. Ao ligar os dois detectores do radiômetro a esta frequência, tudo o que não é luz refletida da amostra pode ser removido da medição. "

O novo instrumento usa várias cores de luz e move a fonte de luz e o detector ao redor da amostra para medir a luz proveniente e refletida em várias direções. As informações obtidas nas várias direções e cores da luz são usadas para construir um mapa angular 3-D da reflexão da luz da amostra que pode fornecer ainda mais informações sobre a amostra.

Ampla gama de temperaturas

Outro aspecto do novo instrumento é que ele pode ser usado para analisar amostras de -20 graus C até 250 graus C, com planos de operar em temperaturas ainda mais baixas, até -210 graus C. Isso é importante porque a temperatura da amostra pode alterar os espectros obtidos com o instrumento.

"Alguns asteróides estão muito longe do sol e, portanto, bastante frios, mas quando um cometa se aproxima do sol, fica muito quente, "disse Potin." Se estamos tentando comparar as amostras de meteoritos encontrados na Terra com espectros obtidos de asteróides no espaço, precisamos fazer as medições em uma ampla gama de temperaturas. "

Os pesquisadores usaram SHADOWS para fazer medições de uma amostra VANTABlack, que é uma substância química feita de nanotubos de carbono cultivados em folha de alumínio. Os espectros desse material obtido com o novo instrumento pareciam completamente diferentes daqueles adquiridos por outras técnicas de espectroscopia porque incluía informações obtidas de diferentes direções.

"Ao personalizar a análise espectral bidirecional para superfícies muito escuras, nossa nova abordagem pode revelar informações estruturais que não foram observadas com outros tipos de medições, "disse Potin.

Os pesquisadores dizem que agora estão trabalhando para fazer melhorias no instrumento, incluindo a incorporação de medições de polarização para fornecer ainda mais informações sobre as amostras analisadas. O instrumento está disponível para uso por pesquisadores na Europa por meio da atividade Acesso Transnacional do programa Europlanet 2020-RI.