美国宇航局开发的一种由碳纳米管制成的材料将使我们能够寻找系外行星——其中一些可能能够支持生命。这项碳纳米管技术最初是由美国宇航局戈达德太空飞行中心的年度创新者约翰·哈戈皮安和斯蒂芬妮·盖蒂领导的研究小组于2007年开发的，目前正在对其进行改进，以用于美国宇航局即将推出的可居住世界天文台(hho)——第一个专门设计用于寻找围绕其他恒星运行的行星上的生命迹象的望远镜。
如下图所示，碳纳米管看起来像石墨烯(单层碳原子排列成六边形晶格)，它被卷成一根管。这种超暗材料由多壁碳纳米管(即嵌套的纳米管)组成，垂直生长成“森林”。碳纳米管99%是空的，所以进入材料的光不会被反射。取而代之的是，光进入纳米管森林，使碳原子六边形晶格中的电子摇摆，将光转化为热。碳纳米管消除几乎所有光线的能力使NASA的科学仪器成为可能，因为杂散光限制了观测的灵敏度。当应用于仪器结构时，这种材料可以消除大部分杂散光，并使新的和更好的观测。
观察系外行星是非常困难的;系外行星围绕着比它们亮100亿倍的恒星旋转。这就像在白天看着太阳，试图看到它旁边的一颗暗淡的恒星。必须使用一种叫做日冕仪的特殊仪器来阻挡来自恒星的光线，才能看到这些系外行星。碳纳米管材料被用于日冕仪，以阻止尽可能多的杂散光进入仪器的探测器。
下图描绘了一台假想的望远镜和日冕仪对一颗系外行星的成像。望远镜收集来自遥远恒星和系外行星的光。然后，光线被引导到日冕仪，日冕仪校准光束，使光线平行，然后光束被用于精确控制光衍射的远视镜反射。远视镜上的碳纳米管吸收了从望远镜结构边缘衍射出来的杂散光，所以它不会污染观测结果。然后，光被聚焦在焦平面掩膜上，焦平面掩膜阻挡了来自恒星的光，但允许来自系外行星的光通过。光线再次被校准，然后反射到一个可变形的镜子上，以纠正图像中的失真。最后，光通过Lyot站，Lyot站也涂有碳纳米管以去除剩余的杂散光。然后光束聚焦到探测器阵列上，形成图像。
即使采取了所有这些措施，仍然有一些杂散光到达探测器，但日冕仪会产生一个黑暗区域，只有来自系外行星的光才能被看到。下图右侧的最后一张图像显示了黄色区域内恒星发出的剩余光，红色区域内系外行星发出的光。
hho将使用类似的方案来寻找可居住的系外行星。科学家将分析hho捕获的光谱，以确定系外行星大气中的气体。水蒸气、氧气和其他气体的存在可以表明一颗系外行星是否可能支持生命。
他们还致力于开发碳纳米管作为电子束发射器，该项目由美国宇航局行星仪器概念推进太阳系观测(毕加索)计划资助。该项目由美国宇航局戈达德的露西·林(Lucy Lim)领导，旨在开发一种探测太空中小行星和彗星成分的仪器。
此外，先进纳米光子学公司与美国宇航局戈达德探测器系统部门的研究员拉里·赫斯和美国宇航局艾姆斯研究中心的李静合作，开发了一种使用碳纳米管技术筛查Covid-19的呼吸分析仪。碳纳米管网络中的电子迁移率使其对与疾病相关的呼出气体具有高灵敏度。
这种以碳纳米管为基础的技术在我们继续寻找生命的太空和地球上都有好处。
欲了解更多细节，请参阅NASA TechPort上的该项目的条目。
项目领导
John Hagopian (Advanced Nanophotonics, LLC)
热点;nSORING组织
smd资助的SBIR项目
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最后更新于2024年9月3日相关术语
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