Odkąd astronomowie po raz pierwszy zaczęli używać teleskopów, aby lepiej przyjrzeć się niebiosom, zmagali się z podstawową zagadką. Oprócz powiększenia, teleskopy muszą również być w stanie rozpoznać drobne szczegóły obiektu, aby pomóc nam lepiej je zrozumieć. W tym celu należy budować coraz większe lustra zbierające światło, co wymaga instrumentów o większych rozmiarach, kosztach i złożoności.
Jednak naukowcy pracujący w Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard pracują nad niedrogą alternatywą. Zamiast polegać na dużych i niepraktycznych teleskopach o dużej aperturze, zaproponowali urządzenie, które może rozróżniać drobne szczegóły, będąc jednocześnie ułamkiem wielkości. Jest znany jako sito fotonowe i jest specjalnie opracowywany do badania korony słonecznej w ultrafiolecie.
Zasadniczo sito fotonowe jest odmianą płyty strefy Fresnela, formą optyki, która składa się z ciasno rozmieszczonych zestawów pierścieni, które występują naprzemiennie między przezroczystym a nieprzezroczystym. W przeciwieństwie do teleskopów, które skupiają światło poprzez załamanie lub odbicie, płytki te powodują dyfrakcję światła przez przezroczyste otwory. Z drugiej strony światło zachodzi na siebie, a następnie skupia się na określonym punkcie - tworząc obraz, który można zapisać.
Sito fotonowe działa na tych samych podstawowych zasadach, ale z nieco bardziej wyrafinowanym skrętem. Zamiast cienkich otworów (tj. Stref Fresnela) sito składa się z okrągłej silikonowej soczewki, która jest usiana milionami małych otworów. Chociaż takie urządzenie byłoby potencjalnie przydatne na wszystkich długościach fal, zespół Goddarda specjalnie opracowuje sito fotonowe, aby odpowiedzieć na 50-letnie pytanie dotyczące Słońca.
Zasadniczo mają nadzieję zbadać koronę słoneczną, aby zobaczyć, jaki mechanizm ją podgrzewa. Od pewnego czasu naukowcy wiedzą, że korona i inne warstwy atmosfery Słońca (chromosfera, region przejściowy i heliosfera) są znacznie gorętsze niż jej powierzchnia. Dlaczego tak jest, pozostaje tajemnicą. Ale może nie na długo.
Jak powiedział Doug Rabin, lider zespołu Goddard w komunikacie prasowym NASA:
„To już sukces… Przez ponad 50 lat centralnym pytaniem bez odpowiedzi w naukach koronalnych dotyczących słońca było zrozumienie, w jaki sposób energia transportowana z dołu jest w stanie ogrzewać koronę. Obecne instrumenty mają rozdzielczość przestrzenną około 100 razy większą niż cechy, które należy obserwować, aby zrozumieć ten proces. ”
Dzięki wsparciu programu badań i rozwoju Goddarda zespół wyprodukował już trzy sita o średnicy 7,62 cm (3 cale). Każde urządzenie zawiera wafel krzemowy z 16 milionami otworów, których rozmiary i lokalizacje określono za pomocą techniki wytwarzania zwanej fotolitografią - w której światło przenosi wzór geometryczny z maski fotograficznej na powierzchnię.
Jednak na dłuższą metę mają nadzieję stworzyć sito o średnicy 1 metra. Dzięki instrumentowi tej wielkości uważają, że będą w stanie osiągnąć do 100 razy lepszą rozdzielczość kątową w ultrafiolecie niż kosmiczny teleskop NASA o wysokiej rozdzielczości - Obserwatorium Dynamiki Słońca. To wystarczy, aby zacząć uzyskiwać odpowiedzi z korony słonecznej.
W międzyczasie zespół planuje rozpocząć testy, aby sprawdzić, czy sito może działać w przestrzeni kosmicznej, co powinno zająć mniej niż rok. Będzie to obejmowało to, czy będzie w stanie przetrwać intensywne siły g wystrzelenia w przestrzeń kosmiczną, a także ekstremalne środowisko kosmiczne. Inne plany obejmują połączenie technologii z serią CubeSats, aby można było zbudować misję latającą w formacji kosmicznej, aby zbadać koronę słoneczną.
Oprócz rzucenia światła na tajemnice Słońca, udane sito fotonowe może zrewolucjonizować optykę, jaką znamy. Zamiast być zmuszonym do wysyłania masywnych i drogich aparatów w kosmos (takich jak Kosmiczny Teleskop Hubble'a lub Teleskop Jamesa Webba), astronomowie mogą uzyskać wszystkie potrzebne obrazy o wysokiej rozdzielczości z urządzeń wystarczająco małych, aby trzymać się na pokładzie satelity mierzącego nie więcej niż kilka metrów kwadratowych.
Otworzy to nowe miejsca do badań kosmicznych, umożliwiając prywatnym firmom i instytucjom badawczym wykonywanie szczegółowych zdjęć odległych gwiazd, planet i innych obiektów niebieskich. Byłby to także kolejny ważny krok w kierunku uczynienia eksploracji kosmosu przystępnym i dostępnym.
