Goodbye Mirrors: Teleskop Ini Dapat Mengumpulkan Cahaya 100x Lebih Banyak Daripada James Webb

Para astronom telah menemukan lebih dari 5,000 planet di luar tata surya hingga saat ini. Pertanyaan besarnya adalah apakah salah satu planet ini adalah rumah bagi kehidupan. Untuk menemukan jawabannya, para astronom kemungkinan akan membutuhkannya teleskop yang lebih kuat daripada yang ada saat ini.

saya adalah seorang astronom yang mempelajari astrobiologi dan planet di sekitar bintang yang jauh. Selama tujuh tahun terakhir, saya telah memimpin tim yang sedang mengembangkan teleskop luar angkasa jenis baru yang dapat mengumpulkan cahaya seratus kali lebih banyak daripada teleskop luar angkasa. James Webb Space Telescope, teleskop luar angkasa terbesar yang pernah dibuat.

Hampir semua teleskop luar angkasa, termasuk Hubble dan Webb, mengumpulkan cahaya menggunakan cermin. Teleskop yang kami usulkan, the Observatorium Luar Angkasa Nautilus, akan menggantikan cermin besar dan berat dengan lensa tipis baru yang jauh lebih ringan, lebih murah, dan lebih mudah diproduksi daripada teleskop cermin. Karena perbedaan ini, dimungkinkan untuk meluncurkan banyak unit individu ke orbit dan membuat jaringan teleskop yang kuat.

Kebutuhan akan Teleskop yang Lebih Besar

Exoplanet—planet yang mengorbit bintang selain matahari—adalah target utama dalam pencarian kehidupan. Para astronom perlu menggunakan teleskop luar angkasa raksasa yang mengumpulkan cahaya dalam jumlah besar mempelajari benda-benda yang redup dan jauh ini.

Teleskop yang ada dapat mendeteksi exoplanet sekecil Bumi. Namun, dibutuhkan lebih banyak kepekaan untuk mulai belajar tentang komposisi kimiawi planet-planet ini. Bahkan Teleskop Luar Angkasa James Webb hampir tidak cukup kuat untuk mencari planet ekstrasurya tertentu untuk petunjuk kehidupan-yaitu gas di atmosfer.

Biaya Webb lebih dari $8 miliar dan membutuhkan waktu lebih dari 20 tahun untuk membangunnya. Teleskop andalan berikutnya diperkirakan tidak akan terbang sebelum tahun 2045 dan diperkirakan berharga $ 11 miliar. Proyek teleskop yang ambisius ini selalu mahal, melelahkan, dan menghasilkan satu observatorium yang kuat—namun sangat terspesialisasi.

Teleskop Jenis Baru

Pada 2016, raksasa luar angkasa Northrop Grumman mengundang saya dan 14 profesor lainnya serta ilmuwan NASA—semuanya pakar eksoplanet dan pencarian kehidupan di luar bumi—ke Los Angeles untuk menjawab satu pertanyaan: Seperti apa teleskop luar angkasa eksoplanet dalam 50 tahun mendatang?

Dalam diskusi kami, kami menyadari bahwa hambatan utama yang mencegah pembangunan teleskop yang lebih kuat adalah tantangan untuk membuat cermin yang lebih besar dan membawanya ke orbit. Untuk menghindari kemacetan ini, beberapa dari kami memiliki ide untuk meninjau kembali teknologi lama yang disebut lensa difraksi.

Lensa konvensional menggunakan refraksi untuk memfokuskan cahaya. Pembiasan adalah ketika cahaya berubah arah saat ia berpindah dari satu medium ke medium lainnya—itulah alasan cahaya membengkok saat memasuki air. Sebaliknya, difraksi adalah ketika cahaya membelok di sekitar sudut dan rintangan. Pola langkah dan sudut yang diatur dengan cerdik pada permukaan kaca dapat membentuk lensa difraksi.

Lensa semacam itu pertama kali ditemukan oleh ilmuwan Prancis Augustin-Jean Fresnel pada tahun 1819 untuk menyediakan lensa yang ringan bagi mercusuar. Saat ini, lensa difraksi serupa dapat ditemukan di banyak optik konsumen berukuran kecil, dari Lensa kamera untuk headset realitas maya.

Tipis, lensa difraksi sederhana terkenal karena gambar buram mereka, jadi mereka tidak pernah digunakan di observatorium astronomi. Tetapi jika Anda dapat meningkatkan kejernihannya, menggunakan lensa difraksi alih-alih cermin atau lensa bias akan memungkinkan teleskop luar angkasa menjadi jauh lebih murah, lebih ringan, dan lebih besar.

Lensa Tipis, Resolusi Tinggi

Setelah pertemuan tersebut, saya kembali ke Universitas Arizona dan memutuskan untuk mengeksplorasi apakah teknologi modern dapat menghasilkan lensa difraksi dengan kualitas gambar yang lebih baik. Beruntung bagi saya, Thomas Milster—salah satu pakar desain lensa difraksi terkemuka dunia—bekerja di gedung sebelah saya. Kami membentuk tim dan mulai bekerja.

Selama dua tahun berikutnya, tim kami menemukan jenis lensa difraksi baru yang memerlukan teknologi produksi baru untuk menggoreskan pola lekukan kecil yang rumit pada selembar kaca bening atau plastik. Pola dan bentuk potongan yang spesifik memfokuskan cahaya yang masuk ke satu titik di belakang lensa. Desain baru menghasilkan a kualitas gambar yang nyaris sempurna, jauh lebih baik dari lensa difraksi sebelumnya.

Karena tekstur permukaan lensa yang melakukan pemfokusan, bukan ketebalannya, Anda dapat dengan mudah membuat lensa lebih besar membuatnya sangat tipis dan ringan. Lensa yang lebih besar mengumpulkan lebih banyak cahaya, dan berarti bobotnya rendah peluncuran yang lebih murah ke orbit—Kedua sifat bagus untuk teleskop luar angkasa.

Pada Agustus 2018, tim kami memproduksi prototipe pertama, lensa berdiameter dua inci (lima sentimeter). Selama lima tahun ke depan, kami semakin meningkatkan kualitas gambar dan memperbesar ukurannya. Kami sekarang sedang menyelesaikan lensa berdiameter 10 inci (24 cm) yang akan 10 kali lebih ringan daripada lensa refraktif konvensional.

Kekuatan Teleskop Ruang Difraksi

Desain lensa baru ini memungkinkan untuk memikirkan kembali bagaimana teleskop luar angkasa dapat dibuat. Pada tahun 2019, tim kami menerbitkan konsep yang disebut Observatorium Luar Angkasa Nautilus.

Dengan menggunakan teknologi baru, tim kami berpendapat bahwa membuat lensa berdiameter 29.5 kaki (8.5 meter) dengan ketebalan hanya sekitar 0.2 inci (0.5 cm) adalah mungkin. Lensa dan struktur pendukung teleskop baru kami dapat memiliki berat sekitar 1,100 pound (500 kilogram). Ini lebih dari tiga kali lebih ringan dari cermin gaya Webb dengan ukuran yang sama dan akan lebih besar dari cermin berdiameter 21 kaki (6.5 meter) Webb.

Lensa juga memiliki manfaat lain. Pertama, mereka jauh lebih mudah dan cepat untuk membuat dari cermin dan dapat dibuat secara masal. Kedua, teleskop berbasis lensa bekerja dengan baik meskipun tidak disejajarkan dengan sempurna, membuat teleskop ini lebih mudah berkumpul dan terbang di luar angkasa daripada teleskop berbasis cermin, yang membutuhkan penyelarasan yang sangat presisi.

Terakhir, karena satu unit Nautilus akan ringan dan relatif murah untuk diproduksi, lusinan Nautilus dapat diluncurkan ke orbit. Desain kami saat ini sebenarnya bukan satu teleskop, tetapi konstelasi dari 35 unit teleskop individu.

Setiap teleskop individu akan menjadi observatorium independen dan sangat sensitif yang mampu mengumpulkan lebih banyak cahaya daripada Webb. Tetapi kekuatan sebenarnya dari Nautilus akan datang dari mengarahkan semua teleskop individu ke satu target.

Dengan menggabungkan data dari semua unit, kekuatan pengumpul cahaya Nautilus akan menyamai teleskop hampir 10 kali lebih besar dari Webb. Dengan teleskop yang kuat ini, para astronom dapat mencari gas atmosfer di ratusan planet ekstrasurya menunjukkan kehidupan di luar bumi.

Meskipun Observatorium Luar Angkasa Nautilus masih jauh dari peluncuran, tim kami telah membuat banyak kemajuan. Kami telah menunjukkan bahwa semua aspek teknologi bekerja dalam prototipe skala kecil dan sekarang berfokus pada pembuatan lensa berdiameter 3.3 kaki (1 meter). Langkah kita selanjutnya adalah mengirim teleskop versi kecil ke tepi angkasa dengan balon ketinggian.

Dengan itu, kami akan siap untuk mengusulkan teleskop ruang angkasa baru yang revolusioner ke NASA dan, mudah-mudahan, akan menjelajahi ratusan dunia untuk tanda tangan kehidupan.

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Gambar Kredit: Katie Yung, Daniel Apai/Universitas Arizona dan AllThingsSpace /SketchFab, CC BY-ND. Desain teleskop ruang angkasa yang ringan dan murah akan memungkinkan untuk menempatkan banyak unit individu di luar angkasa sekaligus.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Otomotif / EV, Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• BlockOffset. Modernisasi Kepemilikan Offset Lingkungan. Akses Di Sini.
• Sumber: https://singularityhub.com/2023/07/12/a-thin-lensed-telescope-design-could-surpass-james-webb-goodbye-mirrors-hello-diffractive-lenses/