Helt siden astronomer først begynte å bruke teleskoper for å få et bedre blikk på himmelen, har de slitt med en grunnleggende gåte. I tillegg til forstørrelse, må teleskoper også kunne løse de små detaljene til et objekt for å hjelpe oss å få en bedre forståelse av dem. Å gjøre dette krever å bygge større og større lyssamlende speil, noe som krever instrumenter av større størrelse, kostnad og kompleksitet.
Forskere som jobber ved NASA Goddards Space Flight Center jobber imidlertid med et rimelig alternativ. I stedet for å stole på store og upraktiske teleskoper med stor blenderåpning, har de foreslått en enhet som kan løse små detaljer samtidig som den er en brøkdel av størrelsen. Det er kjent som fotonsikt , og den blir spesielt utviklet for å studere solens korona i ultrafiolett.
I bunn og grunn er fotonsikten en variant av Fresnel-soneplaten, en form for optikk som består av sett med ringer med tett avstand som veksler mellom det transparente og det ugjennomsiktige. I motsetning til teleskoper som fokuserer lys gjennom brytning eller refleksjon, får disse platene lys til å diffraktere gjennom gjennomsiktige åpninger. På den andre siden overlapper lyset og fokuseres deretter på et bestemt punkt – og skaper et bilde som kan tas opp.
Bilde som viser fotonsikten som bringer rødt laserlys til et presist fokus på sin optiske akse, og produserer eksotiske diffraksjonsmønstre. Kreditt: NASA/W. Hrybyk
Fotonsikten opererer etter de samme grunnprinsippene, men med en litt mer sofistikert vri. I stedet for tynne åpninger (dvs. Fresnel-soner), består silen av en sirkulær silisiumlinse som er prikket med millioner av små hull. Selv om en slik enhet potensielt kan være nyttig i alle bølgelengder, utvikler Goddard-teamet spesifikt fotonsikten for å svare på et 50 år gammelt spørsmål om solen.
I hovedsak håper de å studere solens korona for å se hvilken mekanisme som varmer den opp. I noen tid har forskere visst at koronaen og andre lag i solens atmosfære (kromosfæren, overgangsregionen og heliosfæren) er betydelig varmere enn overflaten. Hvorfor dette er forble et mysterium. Men kanskje ikke så lenge til.
Som Doug Rabin, lederen for Goddard-teamet, sa i en NASA pressemelding :
'Dette er allerede en suksess... I mer enn 50 år har det sentrale ubesvarte spørsmålet i solenergi-koronalvitenskapen vært å forstå hvordan energi som transporteres nedenfra er i stand til å varme opp koronaen. Nåværende instrumenter har romlig oppløsning som er omtrent 100 ganger større enn funksjonene som må observeres for å forstå denne prosessen.'
Med støtte fra Goddards forsknings- og utviklingsprogram har teamet allerede laget tre sikter, som alle måler 7,62 cm (3 tommer) i diameter. Hver enhet inneholder en silisiumplate med 16 millioner hull, hvis størrelse og plassering ble bestemt ved hjelp av en fabrikasjonsteknikk kalt fotolitografi – der lys brukes til å overføre et geometrisk mønster fra en fotomaske til en overflate.
Goddard-teamet ledet av Doug Rabin (til venstre) jobber med en ny optisk enhet som drastisk vil redusere størrelsen på teleskoper. Kreditt: NASA/W. Hrybyk
Men på sikt håper de å lage en sil som vil måle 1 meter (3 fot) i diameter. Med et instrument av denne størrelsen tror de at de vil være i stand til å oppnå opptil 100 ganger bedre vinkeloppløsning i ultrafiolett enn NASAs høyoppløselige romteleskop – Solar Dynamics Observatory . Dette ville være akkurat nok til å begynne å få noen svar fra solens korona.
I mellomtiden planlegger teamet å begynne å teste for å se om silen kan operere i verdensrommet, en prosess som bør ta mindre enn ett år. Dette vil inkludere hvorvidt den kan overleve de intense g-kreftene til en romoppskyting, så vel som det ekstreme miljøet i verdensrommet. Andre planer inkluderer å gifte teknologien med en serie CubeSats, slik at et to-romskips formasjonsflygende oppdrag kan monteres for å studere solens korona.
I tillegg til å kaste lys over solens mysterier, kan en vellykket fotonsikt revolusjonere optikken slik vi kjenner den. I stedet for å bli tvunget til å sende massive og dyre apparater ut i verdensrommet (som Hubble-romteleskopet eller James Webb-teleskopet ), kunne astronomer få alle de høyoppløselige bildene de trenger fra enheter som er små nok til å feste seg ombord på en satellitt som ikke måler mer enn noen få kvadratmeter.
Dette vil åpne opp nye arenaer for romforskning, og gi private selskaper og forskningsinstitusjoner muligheten til å ta detaljerte bilder av fjerne stjerner, planeter og andre himmelobjekter. Det vil også utgjøre et annet viktig skritt mot å gjøre romutforskning rimelig og tilgjengelig.
Videre lesning: NASA