Adio oglinzi: acest telescop ar putea colecta de 100 de ori mai multă lumină decât James Webb

Astronomii au descoperit mai mult de 5,000 de planete în afara sistemului solar până în prezent. Marea întrebare este dacă oricare dintre aceste planete găzduiește viață. Pentru a găsi răspunsul, probabil că astronomii vor avea nevoie telescoape mai puternice decât există astăzi.

eu sunt un astronom care studiază astrobiologia și planete din jurul stelelor îndepărtate. În ultimii șapte ani, am fost co-conducerea unei echipe care dezvoltă un nou tip de telescop spațial care ar putea colecta de o sută de ori mai multă lumină decât Telescopul spațial James Webb, cel mai mare telescop spațial construit vreodată.

Aproape toate telescoapele spațiale, inclusiv Hubble și Webb, colectează lumina folosind oglinzi. Telescopul nostru propus, the Observatorul spațial Nautilus, ar înlocui oglinzile mari și grele cu o lentilă nouă, subțire, care este mult mai ușoară, mai ieftină și mai ușor de produs decât telescoapele cu oglindă. Datorită acestor diferențe, ar fi posibilă lansarea multor unități individuale pe orbită și crearea unei rețele puternice de telescoape.

Nevoia de telescoape mai mari

Exoplanetele – planete care orbitează în jurul altor stele decât Soarele – sunt ținte principale în căutarea vieții. Astronomii trebuie să folosească telescoape spațiale gigantice care colectează cantități uriașe de lumină studiază aceste obiecte slabe și îndepărtate.

Telescoapele existente pot detecta exoplanete la fel de mici ca Pământul. Cu toate acestea, este nevoie de mult mai multă sensibilitate pentru a începe să înveți despre compoziția chimică a acestor planete. Chiar și telescopul spațial James Webb este abia suficient de puternic pentru a căuta anumite exoplanete pentru indicii de viață-și anume gazele din atmosferă.

Webb a costat mai mult decât 8 miliarde de dolari și a durat peste 20 de ani pentru a construi. Următorul telescop emblematic nu este de așteptat să zboare înainte de 2045 și se estimează că va zbura a costat 11 de miliarde de dolari. Aceste proiecte ambițioase de telescop sunt întotdeauna costisitoare, laborioase și produc un singur observator puternic, dar foarte specializat.

Un nou tip de telescop

În 2016, gigantul aerospațial Northrop Grumman m-a invitat pe mine și pe alți 14 profesori și oameni de știință de la NASA - toți experți în exoplanete și în căutarea vieții extraterestre - la Los Angeles pentru a răspunde la o întrebare: Cum vor arăta telescoapele spațiale pentru exoplanete peste 50 de ani?

În discuțiile noastre, ne-am dat seama că un blocaj major care împiedică construirea de telescoape mai puternice este provocarea de a face oglinzi mai mari și de a le pune pe orbită. Pentru a ocoli acest blocaj, câțiva dintre noi au venit cu ideea de a revizui o tehnologie veche numită lentile difractive.

Lentilele convenționale folosesc refracția pentru a focaliza lumina. Refracția este atunci când lumina își schimbă direcția pe măsură ce trece de la un mediu la altul — este motivul pentru care lumina se îndoaie când intră în apă. În schimb, difracția este atunci când lumina se îndoaie în jurul colțurilor și obstacolelor. Un model inteligent aranjat de trepte și unghiuri pe o suprafață de sticlă poate forma o lentilă difractivă.

Primele astfel de lentile au fost inventate de omul de știință francez Augustin-Jean Fresnel în 1819 pentru a oferi lentile ușoare pentru faruri. Astăzi, lentile difractive similare pot fi găsite în multe optice de consum de dimensiuni mici, de la lentile de camera la căști de realitate virtuală.

Lentilele difractive subțiri și simple sunt renumite pentru imaginile lor neclare, deci nu au fost folosite niciodată în observatoarele astronomice. Dar dacă le-ați putea îmbunătăți claritatea, utilizarea lentilelor difractive în loc de oglinzi sau lentile de refracție ar permite unui telescop spațial să fie mult mai ieftin, mai ușor și mai mare.

Un obiectiv subțire, de înaltă rezoluție

După întâlnire, m-am întors la Universitatea din Arizona și am decis să explorez dacă tehnologia modernă ar putea produce lentile difractive cu o calitate mai bună a imaginii. Noroc pentru mine, Thomas Milster— unul dintre cei mai mari experți din lume în proiectarea lentilelor difractive — lucrează în clădirea de lângă mine. Am format o echipă și ne-am apucat de treabă.

În următorii doi ani, echipa noastră a inventat un nou tip de lentilă difractivă care a necesitat noi tehnologii de producție pentru a grava un model complex de caneluri minuscule pe o bucată de sticlă sau plastic transparent. Modelul și forma specifică a tăieturilor concentrează lumina de intrare într-un singur punct din spatele lentilei. Noul design produce a imagine de calitate aproape perfectă, mult mai bine decât lentilele difractive anterioare.

Deoarece textura de suprafață a lentilei este cea care face focalizarea, nu grosimea, puteți mări cu ușurință lentila în timp ce menținându-l foarte subțire și ușor. Lentilele mai mari colectează mai multă lumină, iar greutatea redusă înseamnă lansări mai ieftine pe orbită— ambele trăsături grozave pentru un telescop spațial.

În august 2018, echipa noastră a produs primul prototip, o lentilă cu diametrul de doi inci (cinci centimetri). În următorii cinci ani, am îmbunătățit și mai mult calitatea imaginii și am mărit dimensiunea. Acum completăm o lentilă cu diametrul de 10 inchi (24 cm) care va fi de peste 10 ori mai ușoară decât ar fi o lentilă de refracție convențională.

Puterea unui telescop spațial de difracție

Acest nou design de lentilă face posibilă regândirea modului în care ar putea fi construit un telescop spațial. În 2019, echipa noastră a publicat un concept numit Observatorul spațial Nautilus.

Folosind noua tehnologie, echipa noastră crede că este posibil să construiască o lentilă cu diametrul de 29.5 picioare (8.5 metri) care ar avea o grosime de numai aproximativ 0.2 inchi (0.5 cm). Lentila și structura de susținere a noului nostru telescop ar putea cântări aproximativ 1,100 de lire sterline (500 de kilograme). Aceasta este de trei ori mai ușoară decât o oglindă în stil Webb de dimensiuni similare și ar fi mai mare decât oglinda Webb cu diametrul de 21 de picioare (6.5 metri).

Lentilele au și alte beneficii. În primul rând, ei sunt mult mai usor si mai rapid a fabrica decât oglinzi și poate fi făcută în masă. În al doilea rând, telescoapele bazate pe lentile funcționează bine chiar și atunci când nu sunt aliniate perfect, făcând aceste telescoape mai ușor de utilizat. asambla și zboară în spațiu decât telescoapele bazate pe oglindă, care necesită o aliniere extrem de precisă.

În cele din urmă, deoarece o singură unitate Nautilus ar fi ușoară și relativ ieftină de produs, ar fi posibil să se pună zeci de ele pe orbită. Designul nostru actual nu este de fapt un singur telescop, ci o constelație de 35 de unități individuale de telescop.

Fiecare telescop individual ar fi un observator independent, foarte sensibil, capabil să colecteze mai multă lumină decât Webb. Dar adevărata putere a lui Nautilus ar proveni din întoarcerea tuturor telescoapelor individuale către o singură țintă.

Prin combinarea datelor de la toate unitățile, puterea de colectare a luminii a lui Nautilus ar fi egală cu un telescop de aproape 10 ori mai mare decât Webb. Cu acest telescop puternic, astronomii ar putea căuta în sute de exoplanete gaze atmosferice care ar putea indică viața extraterestră.

Deși Observatorul Spațial Nautilus este încă departe de lansare, echipa noastră a făcut multe progrese. Am arătat că toate aspectele tehnologiei funcționează în prototipuri la scară mică și acum ne concentrăm pe construirea unui obiectiv cu diametrul de 3.3 picioare (1 metru). Următorii noștri pași sunt să trimitem o versiune mică a telescopului la marginea spațiului pe un balon de mare altitudine.

Cu asta, vom fi gata să propunem NASA un nou telescop spațial revoluționar și, sperăm, să fim pe cale de a explora sute de lumi în căutarea semnăturilor vieții.

Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.

Credit imagine: Katie Yung, Daniel Apai/Universitatea din Arizona și AllThingsSpace/SketchFab, CC BY-ND. Un design ușor și ieftin al telescopului spațial ar face posibilă plasarea simultană a mai multor unități individuale în spațiu.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. Automobile/VE-uri, carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• BlockOffsets. Modernizarea proprietății de compensare a mediului. Accesați Aici.
• Sursa: https://singularityhub.com/2023/07/12/a-thin-lensed-telescope-design-could-surpass-james-webb-goodbye-mirrors-hello-diffractive-lenses/