Apskaičiuotas sūkurinės koronografijos intensyvumas vieno taško tipo šaltiniui. Vaizdo kreditas: „Grover Swartzlander“. Spustelėkite norėdami padidinti
„Kai kurie žmonės sako, kad aš studijuoju tamsą, o ne optiką“, - juokauja Groveris Swartzlanderis.
Bet tai tam tikra tamsa, leidžianti astronomams pamatyti šviesą.
Arizonos universiteto Optinių mokslų kolegijos docentas Swartzlanderis kuria prietaisus, kurie blokuoja akinantį žvaigždės spindulį, leidžiant astronomams tyrinėti planetas netoliese esančiose saulės sistemose.
Prietaisai taip pat gali būti vertingi optinės mikroskopijos metu ir gali būti naudojami fotoaparatams ir vaizdo gavimo sistemoms apsaugoti nuo akinimo.
Šios technologijos pagrindas yra „optinė sūkurinė kaukė“ - plona, maža, permatoma stiklo drožlė, išgraviruota įvairiais žingsniais pagal modelį, panašų į spiralinius laiptus.
Kai šviesa užklumpa negyvą kaukę, ji labiau sulėtėja storesniuose sluoksniuose nei plonesniuose. Galų gale, šviesa yra padalyta ir pasislinkusi fazėje, todėl kai kurios bangos yra 180 laipsnių už kitas fazes. Šviesa sklinda pro kaukę kaip vėjas per uraganą. Kai jis pasiekia šio optinio virpelio „akį“, 180 laipsnių kampu esančios šviesos bangos viena kitą panaikina, palikdamos visiškai tamsią centrinę šerdį.
Swartzlanderis sako, kad tai yra tarsi šviesa po varžto sriegiais. Optinio „varžto“, kuris yra atstumas tarp dviejų gretimų gijų, žingsnis yra kritinis. „Mes kuriame kažką ypatingo, kai žingsnis turėtų atitikti vienos šviesos bangos ilgio fazės pokytį“, - aiškino jis. „Mes norime kaukės, kuri iš esmės nupjauna šią gaunamos šviesos plokštumą arba lapą ir sulenkia į ištisinį spiralės spindulį“.
„Tai, ką neseniai atradome, teoriniu požiūriu yra nuostabi“, - „kojinės-kojinės“, - pridūrė jis.
„Matematiškai tai yra gražu“.
Optiniai sūkuriai nėra nauja idėja, pažymėjo Swartzlanderis. Tačiau tik dešimtojo dešimtmečio viduryje mokslininkai sugebėjo ištirti fiziką. Tuomet tokie tyrimai buvo įmanomi kompiuterių sukurtų hologramų ir didelio tikslumo litografijos srityje.
Swartzlanderis ir jo pakopos studentai Gregory Foo ir Davidas Palaciosas sulaukė žiniasklaidos dėmesio neseniai, kai „Optikos laiškai“ paskelbė savo straipsnį apie tai, kaip optines sūkurines kaukes galima naudoti galingais teleskopais. Kaukės galėtų būti naudojamos siekiant užblokuoti žvaigždės šviesą ir leisti astronomams tiesiogiai aptikti šviesą iš 10 milijardų kartų artimesnės planetos, kuri skrieja aplink žvaigždę.
Tai galima padaryti naudojant „optinį sūkurinį koronografą“. Tradiciniame koronagrafe žvaigždės šviesai blokuoti naudojamas nepermatomas diskas. Bet astronomai, ieškantys silpnų planetų šalia ryškių žvaigždžių, negali naudoti tradicinio koronagrafo, nes žvaigždžių šviesos spinduliai išsisklaido aplink diską, užtemdydami planetos atspindėtą šviesą.
„Bet koks nedidelis išsklaidytos šviesos kiekis iš žvaigždės vis tiek užvaldo planetos signalą“, - aiškino Swartzlanderis. "Bet jei sūkurio kaukės spiralė tiksliai sutampa su žvaigždės centru, kaukė sukuria juodąją skylę, kurioje nėra išsklaidytos šviesos, ir jūs matysite bet kurią planetą į šoną."
UA komanda, kurioje taip pat dalyvavo Ericas Christensenas iš UA „Lunar“ ir „Planetary Lab“, prieš dvejus metus Stewardo observatorijos 60 colių „Mount Lemmon“ teleskopu pademonstravo optinio sūkurio koronografą. Jie negalėjo ieškoti planetų, esančių už mūsų saulės sistemos ribų, nes 60 colių teleskopas neturi adaptyviosios optikos, kuri pataisytų atmosferos turbulenciją.
Vietoj to, komanda nufotografavo Saturną ir jo žiedus, kad parodytų, kaip lengvai tokią kaukę būtų galima panaudoti naudojant teleskopo esamą fotoaparatų sistemą. Testo nuotrauka yra internete „Swartzlander“ svetainėje, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Swartzlanderis pažymėjo, kad optiniai sūkuriniai koronografai gali būti vertingi būsimiems kosminiams teleskopams, tokiems kaip NASA antžeminės planetos ieškiklis (TPF) ir Europos kosmoso agentūros Darvino misija. TPF misija pasitelks kosminius teleskopus, kad išmatuotų kuo mažesnių nei Žemė planetų dydį, temperatūrą ir išdėstymą tolimųjų saulės sistemų gyvenamosiose vietose.
„Mes kreipiamės dėl dotacijų, kad padarytume geresnę kaukę - norėdami patobulinti šį reikalą, kad gautume geresnės kokybės optiką“, - teigė Swartzlanderis. „Dabar tai galime pademonstruoti lazerio spindulių laboratorijoje, tačiau mums reikia tikrai geros kokybės kaukės, kad priartėtume prie to, ko reikia teleskopui“.
Pasak jo, didelis iššūkis yra sukurti kaukės gravirinimo būdą, kad jo esmė būtų „didelis riebalų nulis“.
Swartzlanderis ir jo pakopos studentai atlieka skaitmeninius modeliavimus, kad nustatytų tinkamą spiralinių kaukių žingsnį esant norimam optinių bangų ilgiui. „Swartzlander“ pateikė patentą kaukei, apimančiai daugiau nei vieną bangos ilgį arba šviesos spalvą.
JAV armijos tyrimų tarnyba ir Arizonos valstijos pasiūlymo 301 fondai remia šį tyrimą.
Armijos tyrimų biuras finansuoja pagrindinius optinių mokslų tyrimus, nors Swartzlanderio darbai taip pat turi praktinių gynybos programų.
Taip pat mikroskopijoje gali būti naudojamos optinės sūkurinės kaukės, siekiant padidinti kontrastą tarp biologinių audinių.
Originalus šaltinis: UA naujienų leidinys
