Az örvénykorongráf kiszámított intenzitása egyetlen pontszerű forrásnál. Kép jóváírása: Grover Swartzlander. kattints a kinagyításhoz
„Egyesek azt mondják, hogy a sötétséget tanulom, nem az optikát” - viccelődik Grover Swartzlander.
De ez egyfajta sötétség, amely lehetővé teszi, hogy a csillagászok láthassák a fényt.
Swartzlander, az Arizonai Egyetem Optikai Tudományos Főiskola docens, olyan eszközöket fejleszt, amelyek megakadályozzák a vakító csillagfényt, lehetővé téve a csillagászoknak, hogy bolygót tanulmányozzanak a közeli naprendszerben.
Az eszközök értékesnek bizonyulhatnak az optikai mikroszkópia szempontjából is, és ezeket a kamerákat és a képalkotó rendszereket a vakító fény megóvására lehet használni.
Ennek a technológiának a lényege egy „optikai örvénymaszk” - egy vékony, apró, átlátszó üveglap, amelyet egy lépcsősorral maratnak egy spirállépcsőhöz hasonló mintázatban.
Amikor a fény megérinti a maszkot, a vastagabb rétegekben inkább lelassul, mint a vékonyabb rétegekben. Végül a fény megoszlik és a fázis eltolódik, így egyes hullámok 180 fokkal elmaradnak a fázistól másokkal. A fény úgy átszakad a maszkon, mint egy szél hurrikánban. Amikor eléri az optikai csavarozó szemét, a 180 fokos hullámhosszú hullámok eltörlik egymást, és teljesen sötét központi magot hagynak.
Swartzlander szerint ez olyan, mint egy fény egy csavar menetét követve. Az optikai „csavar” hangmagassága - a szomszédos menetek közötti távolság - kritikus. "Valami különlegeset hozunk létre, ahol a hangmagasságnak meg kell egyeznie a fény egy hullámhosszának fázisában bekövetkező változással" - magyarázta. "Azt akarjuk, hogy egy maszk lényegében levágja a bejövő fény síkját vagy lapját, és folyamatos spirális sugárrá alakítsa azt."
"Amit a közelmúltban találtunk, az elméleti szempontból csodálatos." - tette hozzá.
"Matematikailag gyönyörű."
Az optikai örvények nem új ötlet, jegyezte meg Swartzlander. A tudósok azonban csak az 1990-es évek közepén tudták tanulmányozni a mögötte álló fizikát. Akkor, amikor a számítógéppel előállított hologramok és a nagy pontosságú litográfia fejlődése lehetővé tette az ilyen kutatásokat.
Swartzlander és végzős hallgatói, Gregory Foo és David Palacios, a közelmúltban felkeltették a média figyelmét, amikor az „Optics Letters” közzétette cikkét arról, hogy az optikai örvénymaszkokat hogyan lehetne használni erős távcsövekön. A maszkokat felhasználhatják a csillagfény blokkolására, és lehetővé teszik a csillagászok számára, hogy közvetlenül észleljék a csillag körül keringő 10 milliárd-szor dimmer bolygó fényét.
Ezt meg lehet tenni egy „optikai örvénykoronagráffal”. A hagyományos koronagráfban egy átlátszatlan lemezt használják a csillag fényének blokkolására. Azonban a csillagászok, akik halvány bolygót keresnek a fényes csillagok közelében, nem használhatják a hagyományos koronagráfot, mivel a csillagfény tükröződik a lemez körül, eltakarva a bolygóról visszatükröződő fényt.
"A csillagból származó kis mennyiségű diffúz fény továbbra is elárasztja a bolygó jelét" - magyarázta Swartzlander. "De ha az örvénymaszk spirálja pontosan egybeesik a csillag közepével, akkor a maszk létrehoz egy fekete lyukat, ahol nincs szórt fény, és bármelyik bolygót oldalról láthatja."
Az UA csapata, amelybe szintén beletartozott Eric Christensen az UA Lunarból és a Planetary Labból, két évvel ezelőtt demonstrálta az optikai örvénykoronográfot a Steward Observatory 60 hüvelykes Mount Lemmon teleszkópján. Nem tudtak volna keresni a Naprendszerünkön kívüli bolygót, mert a 60 hüvelykes távcső nincs felszerelve adaptív optikával, amely korrigálja a légköri turbulenciát.
Ehelyett a csapat fényképeket készített a Szaturnuszról és annak gyűrűiről, hogy bemutassa, mennyire könnyen lehet egy ilyen maszkot használni a távcső meglévő kamerarendszerével. A tesztből származó fotó elérhető online a Swartzlander webhelyén, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Az optikai örvénykoronagráfok értékesek lehetnek a jövőbeli űrteleszkópok számára, mint például a NASA Terrestrial Planet Finder (TPF) és az Európai Űrügynökség Darwin missziója, jegyezte meg Swartzlander. A TPF missziója űr alapú távcsöveket fog használni a földdel olyan kicsi bolygók méretének, hőmérsékletének és elhelyezésének mérésére a távoli Naprendszer lakható területein.
"Pályázatokat kérünk egy jobb maszk elkészítése érdekében - hogy valóban felrázzuk ezt a dolgot, hogy jobb minőségű optikát kapjunk - mondta Swartzlander. "Ezt most a laboratóriumban demonstrálhatjuk lézersugarak számára, de igazán jó minőségű maszkra van szükségünk, hogy közelebb kerüljünk ahhoz, ami a távcsőhöz szükséges."
A nagy kihívás a maszk rézkarcának kidolgozása annak érdekében, hogy a „nagy zsírtartalmú fény” legyen a magjában - mondta.
Swartzlander és végzős hallgatói numerikus szimulációkat végeznek a spirális maszkok megfelelő hangmagasságának meghatározására a kívánt optikai hullámhosszon. Swartzlander szabadalmat nyújtott be egy olyan maszkhoz, amely egynél több hullámhosszt vagy fényfestéket fed le.
Az amerikai hadsereg kutatási hivatala és az arizonai állam 301. javaslatja támogatja ezt a kutatást.
A Hadsereg Kutatási Iroda alapvető optikai tudományos kutatásokat finanszíroz, bár Swartzlander munkája gyakorlati védelmi alkalmazásokat is kínál.
Optikai örvénymaszkok is alkalmazhatók mikroszkópiában a biológiai szövetek kontrasztjának fokozására.
Eredeti forrás: UA sajtóközlemény
