شیشه فضایی دانشمندان را غافلگیر کرد

ضمیمه دانش امروز روزنامه اطلاعات نوشت: نبوغ انسان و گرانش صفر به انسان کمک کرده‌اند تا در فضا از مزایای علم بهره مند شود. یک نمونه از این مزایا تلفن‌های هوشمند مجهز به سیستم‌های ناوبری و دوربین است.

به نظر می‌رسد چنین فناوری‌های متحول‌کننده‌ای با ریتم زندگی روزانه ما در‌هم‌آمیخته باشند اما همه آن‌ها حاصل سال‌ها اکتشاف و ساخت موادی هستند که می‌توانند شرایط و محیط‌های سخت را در خارج از جو زمین تحمل کنند. آن‌ها نتیجه دهه‌ها تلاش برای پایه‌ریزی طرح‌ها و ایده‌هایی در علوم پایه هستند تا معلوم شود اتم‌ها در مواد مختلف و تحت شرایط مختلف چه رفتاری از خود نشان می‌دهند.

تیمی از دانشمندان «آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن» (JAXA) و سازمان «ناسا» (NASA)با تکیه بر دستاوردهای علمی گذشته تا حال محک تازه‌ای را برای آزمایش‌های آینده طرح‌ریزی کرده‌اند که شامل ساختن موادی در فضا است؛ نه موادی که روی زمین برای فضا ساخته می‌شوند.

آن‌ها در یافتند بسیاری از انواع شیشه ازجمله شیشه‌هایی که می‌توانند برای وسایل نوری نسل بعد ساخته شوند ساختارها و آرایش اتمی مشابهی دارند که می‌توان آن‌ها را به‌خوبی در فضا ساخت.

لازمه این کار شناخت مکانیسم‌هایی است که در روند ساختن مواد در فضا دخالت دارند. ممکن است عناصری مورد نیاز باشند که لزوماً در زمین قابل‌دسترس نیستند. دانشمندان به کمک سریع‌ترین انکسارسنج نوترونی (neutron diffractometer) جهان با نام NOMADبا مشاهده بالا جستن نوترون‌ها پس از برخورد با اتم‌ها می‌توانند آرایش اتمی مواد را ترسیم کنند.

NOMADکه در آزمایشگاه «چشمه نوترون اسپالاسیون» معروف به SNSساخته شده‌است یکی از 20 دستگاه موجود در این آزمایشگاه است که به دانشمندان برای یافتن پاسخ به پرسش‌های بزرگ و ایجاد نوآوری‌های بی‌شمار کمک می‌کند؛ مانند داروهایی که به طرز کارآمدتری بیماری‌ها را درمان می‌کنند،

موتورهای هواپیما و موشکی که قابل اطمینان‌تر هستند، خودروهایی که با مصرف سوخت بهینه مسافت‌ها را می‌پیماند و باتری‌هایی که ایمن‌تر هستند، سریع‌تر شارژ می‌شوند و دوام بیشتری دارند. چشمه نوترون اسپالاسیون یک منبع ذرات نوترون با شتاب‌دهنده است که شدیدترین جریان‌های پرتوهای نوترونی جهان را برای پژوهش‌های علمی و توسعه صنعت فراهم می‌کند.

اپراتورهای آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن در پایگاه زمینی خود، از راه دور یک شیشه ذوب شده را در ایستگاه فضایی بین‌المللی ساختند. آن‌ها این کار را با کنترل از راه دور و یک شناور‌کننده انجام دادند. شناور‌کننده برای معلق نگه‌داشتن نمونه‌های مواد طی انجام آزمایش مورد استفاده قرار می‌گیرد تا از تماس نمونه با مواد دیگر جلوگیری شود.

پس از گذشت چند ماه، زمانی که مأموریت بعدی این آژانس ژاپنی به اتمام رسید و شیشه ساخته شده در ایستگاه فضایی به زمین آورده شد؛ پژوهشگران آژانس با استفاده از تکنیک‌هایی که شامل نوترون، پرتو ایکس و میکروسکوپ‌های قدرتمند است شیشه ساخته و ذوب شده در فضا را با شیشه‌ای که در زمین ساخته و ذوب می‌شود مقایسه کردند.

این قیاس نشان داد که با تکنیک‌های بدون ظرف، مانند تکنیک استفاده از شناورکننده می‌توانند انواع شیشه نامتعارف را در شرایط ریزگرانش ساخت.

پژوهشگران به کمک NOMADدر آزمایشگاه «چشمه نوترون اسپالاسیون» نمونه‌های شیشه را به کمک نوترون‌ها مشاهده کردند و در چشمه فوتون پیشرفته در «آزمایشگاه ملی آرگون» نمونه‌های شیشه را به کمک پرتو ایکس مشاهده و بررسی کردند.

ساخت این شیشه در ایستگاه فضایی بین‌المللی نشان داد که مواد زیادی قابل انتقال به فضا و بازگرداندن به زمین هستند و NOMADبرای این آزمایش بسیار مناسب بود.

دانه‌های شیشه مذاب ساخته شده هر‌کدام به قطر یک‌هشتم اینچ بودند که اندازه‌گیری آن‌ها از لحاظ ساختار اتمی بسیار دشوار است اما ازآنجاکه NOMADدر اندازه‌گیری نمونه‌های بسیار کوچک یک ابزار برتر است، به‌راحتی مقایسه دانه‌هایی که در آزمایشگاه ساخته شدند با دانه‌هایی که در فضا ساخته شدند را امکان‌پذیر کرد.