คำนวณความเข้มของ vortex coronagraph สำหรับแหล่งที่คล้ายจุดเดียว เครดิตรูปภาพ: Grover Swartzlander คลิกเพื่อดูภาพขยาย
“ บางคนบอกว่าฉันศึกษาความมืดไม่ใช่ทัศนศาสตร์” Grover Swartzlander กล่าวติดตลก
แต่มันเป็นความมืดที่ทำให้นักดาราศาสตร์มองเห็นแสงสว่าง
Swartzlander ศาสตราจารย์ด้านวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ทัศนศาสตร์มหาวิทยาลัยอาริโซน่ากำลังพัฒนาอุปกรณ์ที่ป้องกันแสงดาวพราวทำให้นักดาราศาสตร์ศึกษาดาวเคราะห์ในระบบสุริยจักรวาลใกล้เคียง
อุปกรณ์เหล่านี้อาจพิสูจน์ได้ว่ามีค่าสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและใช้เพื่อปกป้องกล้องและระบบภาพจากแสงจ้า
แกนหลักของเทคโนโลยีนี้คือ“ หน้ากากน้ำวนแบบออปติคัล” ซึ่งเป็นชิปแก้วที่บางและโปร่งใสขนาดเล็กที่ถูกแกะสลักด้วยขั้นตอนต่าง ๆ ในรูปแบบคล้ายกับบันไดวน
เมื่อแสงกระทบกับหน้ากากจนตายก็จะทำให้ชั้นหนาขึ้นช้ากว่าชั้นที่บางกว่า ในที่สุดแสงจะถูกแยกออกและเปลี่ยนเฟสดังนั้นคลื่นบางส่วนจึงอยู่ห่างจากระยะ 180 องศากับผู้อื่น แสงหมุนผ่านหน้ากากเหมือนลมในพายุเฮอริเคน เมื่อมันมาถึง“ ตา” ของ twister ออพติคอลคลื่นแสงที่อยู่นอกเฟส 180 องศาจะถูกยกเลิกซึ่งกันและกันทำให้เกิดแกนกลางที่มืดมิดโดยสิ้นเชิง
Swartzlander บอกว่านี่เป็นเหมือนแสงที่ตามเกลียวของสายฟ้า ระยะห่างระหว่าง“ สลักเกลียว” แบบออพติคัล - ระยะห่างระหว่างสองเกลียวที่อยู่ติดกัน - สำคัญมาก “ เรากำลังสร้างบางสิ่งที่พิเศษซึ่งระดับเสียงควรสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงในระยะของแสงหนึ่งช่วงคลื่น” เขาอธิบาย “ สิ่งที่เราต้องการคือหน้ากากที่ตัดระนาบหรือแผ่นของแสงที่เข้ามาและทำให้มันม้วนเป็นเกลียวขดอย่างต่อเนื่อง”
“ สิ่งที่เราค้นพบเมื่อไม่นานมานี้คือการทำให้ถุงเท้าของคุณน่าทึ่งจากมุมมองทางทฤษฎี” เขากล่าวเสริม
“ ในทางคณิตศาสตร์มันช่างสวยงาม”
น้ำวนแสงไม่ใช่แนวคิดใหม่ Swartzlander ตั้งข้อสังเกต แต่มันไม่ได้จนกว่ากลางปี 1990 ที่นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังได้ นั่นคือเมื่อความก้าวหน้าในโฮโลแกรมที่สร้างด้วยคอมพิวเตอร์และการพิมพ์หินที่มีความแม่นยำสูงทำให้การวิจัยเป็นไปได้
Swartzlander และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขา Gregory Foo และ David Palacios รวบรวมความสนใจของสื่อเมื่อเร็ว ๆ นี้เมื่อ“ Optics Letters” ตีพิมพ์บทความของพวกเขาเกี่ยวกับวิธีมาสก์ vortex แบบออปติคัลที่ใช้กับกล้องโทรทรรศน์ทรงพลัง มาสก์สามารถใช้ในการปิดกั้นแสงดาวและอนุญาตให้นักดาราศาสตร์ตรวจจับแสงโดยตรงจากดาวเคราะห์ที่หรี่ 10 ล้านล้านเท่าที่โคจรรอบดาว
สิ่งนี้สามารถทำได้ด้วย“ vortex แบบออพติคอล” ใน coronagraph ดั้งเดิมดิสก์ทึบแสงจะถูกใช้เพื่อป้องกันแสงของดาว แต่นักดาราศาสตร์ที่ค้นหาดาวเคราะห์ที่สลัวใกล้ดาวฤกษ์ที่สว่างไม่สามารถใช้โคโรนาเนชันแบบดั้งเดิมได้เนื่องจากแสงจ้าจากแสงดาวฤกษ์กระจายไปรอบ ๆ ดิสก์ที่บดบังแสงที่สะท้อนจากดาวเคราะห์
“ แสงกระจัดกระจายจำนวนหนึ่งจากดาวฤกษ์ยังคงครอบงำสัญญาณจากดาวเคราะห์” Swartzlander อธิบาย “ แต่หากหน้ากากวนของกระแสน้ำวนเกิดขึ้นตรงกับจุดศูนย์กลางของดาวดวงนั้นหน้ากากจะสร้างหลุมดำที่ไม่มีแสงกระจัดกระจายและคุณจะเห็นดาวเคราะห์ดวงใด ๆ อยู่ด้านข้าง "
ทีม UA ซึ่งรวมถึง Eric Christensen จาก Lunar และ Planetary Lab ของ UA ได้สาธิตต้นแบบ vortex optical coronagraph บนกล้องโทรทรรศน์ Mount Lemmon ขนาด 60 นิ้วของ Steward Observatory เมื่อสองปีที่แล้ว พวกเขาไม่สามารถค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะของเราได้เพราะกล้องโทรทรรศน์ขนาด 60 นิ้วนั้นไม่ได้ติดตั้งเลนส์ออพติคอลที่ปรับได้ซึ่งแก้ไขความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศ
แต่ทีมถ่ายภาพดาวเสาร์และวงแหวนเพื่อแสดงให้เห็นว่าหน้ากากชนิดนี้สามารถใช้กับระบบกล้องที่มีอยู่ของกล้องโทรทรรศน์ได้ง่ายเพียงใด ภาพถ่ายจากการทดสอบออนไลน์ในเว็บไซต์ของ Swartzlander ที่ http://www.u.arizona.edu/~grovers
Swortlanderer ระบุว่าหน่วยน้ำวนออปติคัลแบบออปติคัลอาจมีประโยชน์ต่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศในอนาคตเช่น Terrestrial Planet Finder (TPF) และภารกิจดาร์วินขององค์การอวกาศยุโรป ภารกิจของ TPF จะใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเพื่อวัดขนาดอุณหภูมิและตำแหน่งของดาวเคราะห์ที่เล็กที่สุดในโลกในพื้นที่ที่อาศัยอยู่ในระบบสุริยจักรวาลไกลโพ้น
“ เรากำลังสมัครขอทุนเพื่อสร้างหน้ากากที่ดีกว่า - เพื่อเพิ่มทางลาดนี้เพื่อให้ได้เลนส์ที่มีคุณภาพดีขึ้น Swartzlander กล่าว “ เราสามารถแสดงให้เห็นถึงสิ่งนี้ได้ในห้องแล็บสำหรับลำแสงเลเซอร์ แต่เราต้องการหน้ากากคุณภาพดีเพื่อเข้าใกล้สิ่งที่จำเป็นสำหรับกล้องโทรทรรศน์”
ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่คือการพัฒนาวิธีการสลักหน้ากากเพื่อให้ได้ "ศูนย์ไขมันขนาดใหญ่ของแสง" ที่เป็นแกนหลักของเขาเขากล่าวว่า
Swartzlander และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขากำลังทำแบบจำลองเชิงตัวเลขเพื่อกำหนดระดับเสียงที่เหมาะสมสำหรับมาสก์แบบขดลวดตามความยาวคลื่นแสงที่ต้องการ Swartzlander ได้ยื่นจดสิทธิบัตรหน้ากากที่ครอบคลุมมากกว่าหนึ่งความยาวคลื่นหรือสีของแสง
สำนักงานวิจัยกองทัพสหรัฐฯและข้อเสนอ 301 กองทุนสนับสนุนงานวิจัยนี้
สำนักงานวิจัยกองทัพบกสนับสนุนเงินทุนการวิจัยด้านวิทยาศาสตร์สายตาขั้นพื้นฐานถึงแม้ว่างานของ Swartzlander ก็มีแอปพลิเคชันป้องกันภัยเชิงปฏิบัติ
มาสก์น้ำวนแบบออพติคอลสามารถใช้ในกล้องจุลทรรศน์เพื่อเพิ่มความแตกต่างระหว่างเนื้อเยื่อชีวภาพ
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว UA
