С тех пор, как астрономы впервые начали использовать телескопы, чтобы лучше взглянуть на небеса, они боролись с основной загадкой. В дополнение к увеличению, телескопы также должны уметь распознавать мелкие детали объекта, чтобы помочь нам лучше понять их. Для этого требуется собрать все большие и большие светосъемные зеркала, для чего нужны инструменты большего размера, стоимости и сложности.
Однако ученые, работающие в Центре космических полетов имени Годдарда, работают над недорогой альтернативой. Вместо того, чтобы полагаться на большие и непрактичные телескопы с большой апертурой, они предложили устройство, которое могло бы разрешать мельчайшие детали, оставаясь при этом лишь небольшим размером. Он известен как фотонное сито и специально разрабатывается для изучения солнечной короны в ультрафиолете.
По сути, фотонное сито представляет собой разновидность зонной пластины Френеля, форму оптики, которая состоит из плотно расположенных наборов колец, которые чередуются между прозрачным и непрозрачным. В отличие от телескопов, которые фокусируют свет через преломление или отражение, эти пластины заставляют свет рассеиваться через прозрачные отверстия. С другой стороны, свет перекрывается и затем фокусируется на определенной точке - создавая изображение, которое можно записать.
Фотонное сито работает по тем же базовым принципам, но с немного более сложным поворотом. Вместо тонких отверстий (то есть зон Френеля) сито состоит из круглой кремниевой линзы, усеянной миллионами крошечных отверстий. Хотя такое устройство было бы потенциально полезно на всех длинах волн, команда Годдарда специально разрабатывает фотонное сито, чтобы ответить на 50-летний вопрос о Солнце.
По сути, они надеются изучить корону Солнца, чтобы увидеть, какой механизм его нагревает. В течение некоторого времени ученые знали, что корона и другие слои атмосферы Солнца (хромосфера, переходная область и гелиосфера) значительно жарче, чем его поверхность. Почему это так и осталось загадкой. Но, возможно, ненадолго.
Как сказал в пресс-релизе НАСА Даг Рабин, лидер команды Годдарда:
«Это уже успех… В течение более 50 лет центральным вопросом без ответа в солнечной корональной науке было понять, как энергия, транспортируемая снизу, способна нагревать корону. Современные инструменты имеют пространственное разрешение примерно в 100 раз больше, чем функции, которые необходимо соблюдать, чтобы понять этот процесс ».
При поддержке программы Годдарда по исследованиям и разработкам команда уже изготовила три сита диаметром 7,62 см (3 дюйма). Каждое устройство содержит кремниевую пластину с 16 миллионами отверстий, размеры и расположение которых были определены с использованием технологии изготовления, называемой фотолитография, где свет используется для передачи геометрического рисунка из фотомаски на поверхность.
Однако в долгосрочной перспективе они надеются создать сито диаметром 1 метр (3 фута). С помощью инструмента такого размера они верят, что смогут достичь углового разрешения в 100 раз лучше в ультрафиолете, чем космический телескоп НАСА с высоким разрешением - Обсерватория солнечной динамики. Этого было бы достаточно, чтобы начать получать ответы от солнечной короны.
Тем временем команда планирует начать тестирование, чтобы увидеть, может ли сито работать в космосе, и этот процесс должен занять менее года. Это будет включать в себя то, сможет ли он выдержать интенсивные перегрузки космического запуска, а также экстремальную космическую среду. Другие планы включают в себя объединение этой технологии с серией CubeSats, чтобы можно было установить полет космического корабля из двух космических аппаратов для изучения солнечной короны.
В дополнение к тому, чтобы пролить свет на тайны Солнца, успешное фотонное сито могло бы перевернуть оптику, какой мы ее знаем. Вместо того, чтобы заставлять отправлять массивные и дорогие аппараты в космос (например, космический телескоп Хаббла или телескоп Джеймса Уэбба), астрономы могут получать все необходимые изображения с высоким разрешением от устройств, достаточно маленьких, чтобы прилипать к спутнику размером не более несколько квадратных метров.
Это откроет новые возможности для космических исследований, что позволит частным компаниям и исследовательским учреждениям делать подробные фотографии далеких звезд, планет и других небесных объектов. Это также стало бы еще одним важным шагом на пути к обеспечению доступности и доступности освоения космоса.
