Από τότε που οι αστρονόμοι άρχισαν να χρησιμοποιούν τηλεσκόπια για να δουν καλύτερα τους ουρανούς, αγωνίστηκαν με ένα βασικό αίνιγμα. Εκτός από τη μεγέθυνση, τα τηλεσκόπια πρέπει επίσης να μπορούν να επιλύουν τις μικρές λεπτομέρειες ενός αντικειμένου για να μας βοηθήσουν να τις κατανοήσουμε καλύτερα. Για να γίνει αυτό απαιτείται η κατασκευή μεγαλύτερων και μεγαλύτερων καθρεφτών συλλογής φωτός, κάτι που απαιτεί όργανα μεγαλύτερου μεγέθους, κόστους και πολυπλοκότητας.
Ωστόσο, οι επιστήμονες που εργάζονται στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων της NASA Goddard εργάζονται σε μια φθηνή εναλλακτική λύση. Αντί να βασίζονται σε μεγάλα και μη πρακτικά τηλεσκόπια μεγάλου διαφράγματος, έχουν προτείνει μια συσκευή που θα μπορούσε να επιλύει μικροσκοπικές λεπτομέρειες ενώ είναι ένα κλάσμα του μεγέθους. Είναι γνωστό ως το κόσκινο φωτονίων , και αναπτύσσεται ειδικά για τη μελέτη της κορώνας του Ήλιου στο υπεριώδες.
Βασικά, το κόσκινο φωτονίων είναι μια παραλλαγή της πλάκας ζώνης Fresnel, μια μορφή οπτικής που αποτελείται από στενά τοποθετημένα σετ δακτυλίων που εναλλάσσονται μεταξύ του διαφανούς και του αδιαφανούς. Σε αντίθεση με τα τηλεσκόπια που εστιάζουν το φως μέσω διάθλασης ή ανάκλασης, αυτές οι πλάκες προκαλούν τη διάθλαση του φωτός μέσω διαφανών ανοιγμάτων. Από την άλλη πλευρά, το φως επικαλύπτεται και στη συνέχεια εστιάζει σε ένα συγκεκριμένο σημείο – δημιουργώντας μια εικόνα που μπορεί να εγγραφεί.
Εικόνα που δείχνει το κόσκινο φωτονίων να φέρνει το κόκκινο φως λέιζερ σε μια ακριβή εστίαση στον οπτικό του άξονα και να παράγει εξωτικά μοτίβα περίθλασης. Πιστώσεις: NASA/W. Hrybyk
Το κόσκινο φωτονίων λειτουργεί με τις ίδιες βασικές αρχές, αλλά με μια ελαφρώς πιο εξελιγμένη συστροφή. Αντί για λεπτά ανοίγματα (δηλαδή ζώνες Fresnel), το κόσκινο αποτελείται από έναν κυκλικό φακό πυριτίου που είναι διάστικτος με εκατομμύρια μικροσκοπικές τρύπες. Αν και μια τέτοια συσκευή θα ήταν δυνητικά χρήσιμη σε όλα τα μήκη κύματος, η ομάδα Goddard αναπτύσσει ειδικά το κόσκινο φωτονίων για να απαντήσει σε μια ερώτηση 50 ετών σχετικά με τον Ήλιο.
Ουσιαστικά, ελπίζουν να μελετήσουν το στέμμα του Ήλιου για να δουν ποιος μηχανισμός το θερμαίνει. Εδώ και αρκετό καιρό, οι επιστήμονες γνώριζαν ότι το στέμμα και άλλα στρώματα της ατμόσφαιρας του Ήλιου (η χρωμόσφαιρα, η περιοχή μετάβασης και η ηλιόσφαιρα) είναι σημαντικά θερμότερα από την επιφάνειά του. Το γιατί συμβαίνει αυτό παρέμεινε μυστήριο. Ίσως όμως, όχι για πολύ ακόμη.
Όπως είπε ο Νταγκ Ράμπιν, ο αρχηγός της ομάδας Γκόνταρντ σε μια NASA δελτίο τύπου :
«Αυτό είναι ήδη μια επιτυχία… Για περισσότερα από 50 χρόνια, το κεντρικό αναπάντητο ερώτημα στην επιστήμη του ηλιακού στέμματος ήταν να κατανοήσουμε πώς η ενέργεια που μεταφέρεται από κάτω είναι ικανή να θερμάνει το στέμμα. Τα τρέχοντα όργανα έχουν χωρική ανάλυση περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από τα χαρακτηριστικά που πρέπει να παρατηρηθούν για να γίνει κατανοητή αυτή η διαδικασία».
Με την υποστήριξη του προγράμματος Έρευνας και Ανάπτυξης της Goddard, η ομάδα έχει ήδη κατασκευάσει τρία κόσκινα, τα οποία έχουν διάμετρο 7,62 cm (3 ίντσες). Κάθε συσκευή περιέχει μια γκοφρέτα πυριτίου με 16 εκατομμύρια τρύπες, τα μεγέθη και οι θέσεις των οποίων καθορίστηκαν χρησιμοποιώντας μια τεχνική κατασκευής που ονομάζεται φωτολιθογραφία - όπου το φως χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ενός γεωμετρικού σχεδίου από μια φωτομάσκα σε μια επιφάνεια.
Η ομάδα Goddard με επικεφαλής τον Doug Rabin (αριστερά) εργάζεται σε μια νέα οπτική συσκευή που θα μειώσει δραστικά το μέγεθος των τηλεσκοπίων. Πιστώσεις: NASA/W. Hrybyk
Ωστόσο, μακροπρόθεσμα, ελπίζουν να δημιουργήσουν ένα κόσκινο που θα έχει διάμετρο 1 μέτρο (3 πόδια). Με ένα όργανο αυτού του μεγέθους, πιστεύουν ότι θα είναι σε θέση να επιτύχουν έως και 100 φορές καλύτερη γωνιακή ανάλυση στην υπεριώδη ακτινοβολία από το διαστημικό τηλεσκόπιο υψηλής ανάλυσης της NASA - το Παρατηρητήριο Ηλιακής Δυναμικής . Αυτό θα ήταν αρκετό για να αρχίσουμε να λαμβάνουμε κάποιες απαντήσεις από το στέμμα του Ήλιου.
Εν τω μεταξύ, η ομάδα σχεδιάζει να ξεκινήσει τις δοκιμές για να δει εάν το κόσκινο μπορεί να λειτουργήσει στο διάστημα, μια διαδικασία που θα διαρκέσει λιγότερο από ένα χρόνο. Αυτό θα περιλαμβάνει αν μπορεί να επιβιώσει ή όχι στις έντονες δυνάμεις g μιας εκτόξευσης στο διάστημα, καθώς και στο ακραίο περιβάλλον του διαστήματος. Άλλα σχέδια περιλαμβάνουν το πάντρεμα της τεχνολογίας με μια σειρά CubeSats, έτσι ώστε να μπορεί να πραγματοποιηθεί μια αποστολή σχηματισμού-πτήσης δύο διαστημικών σκαφών για τη μελέτη της κορώνας του Ήλιου.
Εκτός από το να ρίξει φως στα μυστήρια του Ήλιου, ένα επιτυχημένο κόσκινο φωτονίων θα μπορούσε να κάνει επανάσταση στην οπτική όπως την ξέρουμε. Αντί να αναγκαστείτε να στείλετε τεράστιες και ακριβές συσκευές στο διάστημα (όπως η Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble ή το Τηλεσκόπιο James Webb ), οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να λάβουν όλες τις εικόνες υψηλής ανάλυσης που χρειάζονται από συσκευές αρκετά μικρές ώστε να μπορούν να κολλήσουν σε έναν δορυφόρο που δεν υπερβαίνει τα λίγα τετραγωνικά μέτρα.
Αυτό θα ανοίξει νέους χώρους για διαστημική έρευνα, επιτρέποντας σε ιδιωτικές εταιρείες και ερευνητικά ιδρύματα τη δυνατότητα να τραβήξουν λεπτομερείς φωτογραφίες από μακρινά αστέρια, πλανήτες και άλλα ουράνια αντικείμενα. Θα αποτελούσε επίσης ένα άλλο κρίσιμο βήμα για να γίνει η εξερεύνηση του διαστήματος προσιτή και προσβάσιμη.
Περαιτέρω ανάγνωση: NASA