Viszlát tükrök: ez a teleszkóp 100-szor több fényt tud begyűjteni, mint a James Webb

A csillagászok többet fedeztek fel, mint 5,000 bolygó a Naprendszeren kívül randizni. A nagy kérdés az, hogy vajon ezen bolygók bármelyike ​​az élet otthona. A válasz megtalálásához a csillagászoknak valószínűleg szükségük lesz erősebb távcsövek mint ma léteznek.

én vagyok egy csillagász, aki asztrobiológiát tanul és bolygók a távoli csillagok körül. Az elmúlt hét évben egy olyan csapatot vezettem, amely egy újfajta űrtávcsövet fejleszt, amely százszor több fényt képes begyűjteni, mint a James Webb Űrtávcső, a valaha épített legnagyobb űrtávcső.

Szinte minden űrteleszkóp, köztük a Hubble és a Webb, tükrök segítségével gyűjti a fényt. Javasolt teleszkópunk, a Nautilus Űr Obszervatórium, a nagy, nehéz tükröket egy újszerű, vékony lencsére cserélné, amely sokkal könnyebb, olcsóbb és könnyebben előállítható, mint a tükrös teleszkópok. E különbségek miatt lehetséges lenne számos egyedi egység pályára állítása és egy erőteljes távcsövek hálózat létrehozása.

Nagyobb teleszkópok szükségessége

Az exobolygók – a Napon kívül más csillagok körül keringő bolygók – az életkeresés elsődleges célpontjai. A csillagászoknak óriási űrteleszkópokat kell használniuk, amelyek hatalmas mennyiségű fényt gyűjtenek össze tanulmányozza ezeket a halvány és távoli tárgyakat.

A meglévő teleszkópok a Földhöz hasonló kicsi exobolygókat is képesek észlelni. Azonban sokkal nagyobb érzékenységre van szükség ahhoz, hogy megismerjük e bolygók kémiai összetételét. Még a James Webb űrteleszkóp is alig elég erős a kereséshez bizonyos exobolygók az élet nyomaiért-ugyanis gázok a légkörben.

Webb többe került, mint 8 milliárd dollár, és több mint 20 évbe telt megépíteni. A következő zászlóshajó távcső várhatóan 2045 előtt fog repülni, és a becslések szerint fog 11 milliárd dollárba került. Ezek az ambiciózus teleszkópprojektek mindig drágák, fáradságosak, és egyetlen nagy teljesítményű – de nagyon speciális – obszervatóriumot hoznak létre.

Egy újfajta teleszkóp

2016-ben repülőgép-óriás Northrop Grumman meghívott engem és 14 másik professzort és NASA tudóst – mindannyian az exobolygók és a földönkívüli élet kutatásának szakértőit ​​– Los Angelesbe, hogy válaszoljak egy kérdésre: Milyenek lesznek az exobolygó űrteleszkópjai 50 év múlva?

Megbeszéléseink során rájöttünk, hogy a nagyobb teljesítményű teleszkópok megépítését akadályozó fő szűk keresztmetszet a nagyobb tükrök elkészítése és pályára állítása. Ennek a szűk keresztmetszetnek a megkerülésére néhányunknak az az ötlete támadt, hogy újra felkeressük a diffrakciós lencséknek nevezett régi technológiát.

A hagyományos lencsék fénytörést használnak a fény fókuszálásához. A fénytörés az, amikor a fény irányát változtatja ahogy egyik közegből a másikba kerül – ez az oka annak, hogy a fény vízbe jutva meghajlik. Ezzel szemben a diffrakció az, amikor a fény a sarkok és az akadályok körül elhajlik. Az üvegfelületen okosan elrendezett lépcsők és szögek mintázata diffrakciós lencsét képezhet.

Az első ilyen lencséket Augustin-Jean Fresnel francia tudós találta fel 1819-ben, hogy könnyű lencséket biztosítsanak világítótornyok. Ma már sok kis méretű fogyasztói optikában megtalálhatók hasonló diffrakciós lencsék, től kamera lencsék nak nek virtuális valóságos fejhallgatók.

A vékony, egyszerű diffrakciós lencsék azok elmosódott képeikről hírhedt, ezért soha nem használták csillagászati ​​obszervatóriumokban. De ha javítani tudná a tisztaságukat, a tükrök vagy fénytörő lencsék helyett diffrakciós lencsék használata lehetővé tenné, hogy az űrteleszkóp sokkal olcsóbb, könnyebb és nagyobb legyen.

Vékony, nagy felbontású objektív

A találkozó után visszatértem az Arizonai Egyetemre, és úgy döntöttem, hogy megvizsgálom, vajon a modern technológia képes-e jobb képminőségű diffrakciós lencséket előállítani. Szerencsémre, Thomas Milster– a világ egyik vezető szakértője a diffrakciós lencsék tervezésében – az enyém melletti épületben dolgozik. Csapatot alakítottunk és nekiláttunk a munkának.

A következő két év során csapatunk feltalált egy új típusú diffrakciós lencsét, amely új gyártási technológiát igényelt, hogy apró barázdák összetett mintáját egy átlátszó üvegre vagy műanyagra marják. A vágások sajátos mintázata és alakja egyetlen pontra fókuszálja a bejövő fényt a lencse mögött. Az új dizájn a közel tökéletes minőségű kép, sokkal jobb, mint a korábbi diffrakciós lencsék.

Mivel az objektív felületi textúrája a fókuszálást, nem pedig a vastagsága, könnyedén megnövelheti az objektívet így nagyon vékony és könnyű. A nagyobb lencsék több fényt gyűjtenek, a kis súly pedig azt jelenti olcsóbb kilövések pályára-mindkettő nagyszerű tulajdonság egy űrtávcsőhöz.

2018 augusztusában csapatunk elkészítette az első prototípust, egy két hüvelykes (öt centiméter) átmérőjű objektívet. A következő öt évben tovább javítottuk a képminőséget és növeltük a méretet. Most készülünk egy 10 hüvelykes (24 cm) átmérőjű objektívvel, amely több mint 10-szer könnyebb lesz, mint egy hagyományos fénytörő lencse.

Diffrakciós űrteleszkóp ereje

Ez az új lencsekialakítás lehetővé teszi egy űrteleszkóp felépítésének újragondolását. Csapatunk 2019-ben közzétett egy koncepciót a Nautilus Űr Obszervatórium.

Az új technológiával csapatunk úgy gondolja, hogy egy 29.5 láb (8.5 méter) átmérőjű lencsét készíthetünk, amely mindössze 0.2 cm vastag lenne. Új teleszkópunk lencséje és tartószerkezete körülbelül 0.5 fontot (1,100 kilogrammot) nyomhat. Ez több mint háromszor könnyebb, mint egy hasonló méretű Webb-stílusú tükör, és nagyobb lenne, mint a Webb 500 láb (21 méter) átmérőjű tükre.

A lencséknek más előnyei is vannak. Először is azok sokkal könnyebben és gyorsabban gyártani, mint a tükröket és tömegesen is elkészíthető. Másodszor, az objektív alapú teleszkópok akkor is jól működnek, ha nincsenek tökéletesen beállítva, így ezek a teleszkópok könnyebben kezelhetők összeszerelni és repülnek az űrben, mint a tükör alapú teleszkópok, amelyek rendkívül precíz igazítást igényelnek.

Végül, mivel egyetlen Nautilus egység könnyű és viszonylag olcsó előállítása lenne, több tucatnyit lehetne pályára állítani. Jelenlegi kialakításunk valójában nem egyetlen távcső, hanem egy 35 különálló távcső egységből álló konstelláció.

Minden egyes teleszkóp független, rendkívül érzékeny obszervatórium lenne, amely több fényt képes begyűjteni, mint Webb. De a Nautilus igazi ereje abból adódik, hogy az összes távcsövet egyetlen cél felé fordítja.

Az összes egység adatainak kombinálásával a Nautilus fénygyűjtő ereje a Webbnél közel tízszer nagyobb teleszkópnak felelne meg. Ezzel a nagy teljesítményű távcsővel a csillagászok több száz exobolygón kereshetnek olyan légköri gázokat, amelyek földönkívüli életet jeleznek.

Bár a Nautilus Space Observatory még messze van az indulástól, csapatunk sokat fejlődött. Megmutattuk, hogy a technológia minden aspektusa kisméretű prototípusokban működik, és most egy 3.3 láb (1 méter) átmérőjű objektív megépítésére összpontosítunk. A következő lépésünk az, hogy a teleszkóp egy kis változatát a világűr peremére küldjük egy nagy magasságú léggömbön.

Ezzel készen állunk arra, hogy egy forradalmian új űrtávcsövet ajánljunk a NASA-nak, és remélhetőleg úton leszünk afelé, hogy világok százait fedezzük fel az élet jeleiért.

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.

Kép: Katie Yung, Daniel Apai/Arizonai Egyetem és AllThingsSpace/SketchFab, CC BY-ND. Egy könnyű, olcsó űrteleszkóp-kialakítás lehetővé tenné, hogy egyszerre több egyedi egység kerüljön a világűrbe.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://singularityhub.com/2023/07/12/a-thin-lensed-telescope-design-could-surpass-james-webb-goodbye-mirrors-hello-diffractive-lenses/