Vorteksikoronografin laskettu intensiteetti yhden pistemäisen lähteen suhteen. Kuvaluotto: Grover Swartzlander. Klikkaa suurentaaksesi
"Jotkut sanovat, että opiskelen pimeyttä, ei optiikkaa", vitsailee Grover Swartzlander.
Mutta se on eräänlainen pimeys, jonka avulla tähtitieteilijät voivat nähdä valon.
Swartzlander, Arizonan yliopiston optisten tieteiden korkeakoulun apulaisprofessori, kehittää laitteita, jotka estävät häikäisevän tähtivalon, jolloin tähtitieteilijät voivat tutkia planeettoja lähellä olevissa aurinkojärjestelmissä.
Laitteet voivat myös osoittautua arvokkaiksi optiselle mikroskopialle, ja niitä voidaan käyttää kamera- ja kuvantamisjärjestelmien suojaamiseen häikäisyltä.
Tämän tekniikan ydin on ”optinen vortex-naamio” - ohut, pieni, läpinäkyvä lasisiru, joka on syövytetty useita vaiheita malliin, joka on samanlainen kuin kierreportaat.
Kun valo osuu maskiin kuolleena, se hidastuu enemmän paksummissa kerroksissa kuin ohuissa. Lopulta valo jakautuu ja vaihe siirtyy, joten jotkut aallot ovat 180 astetta eri vaiheessa muiden kanssa. Valo pyörii naamion läpi kuin tuuli hurrikaanissa. Kun se saavuttaa tämän optisen twisterin “silmän”, 180 astetta epätasaiset valoaallot kumoavat toisensa, jättäen täysin tumman keskeisen ytimen.
Swartzlander sanoo, että tämä on kuin valo pultin kierteiden jälkeen. Optisen ”pultin” nousu - etäisyys kahden vierekkäisen kierteen välillä - on kriittinen. "Luomme jotain erityistä, missä sävelkorkeuden tulisi vastata yhden aallonpituuden valon vaiheen muutosta", hän selitti. "Haluamme naamion, joka leikkaa olennaisesti tämän tulevan valon tason tai arkin ja käpristää sen jatkuvaksi kierukkapalkkiksi."
"Se mitä olemme äskettäin havainneet, on lyödä-sukat pois uskomatonta teoreettisesta näkökulmasta", hän lisäsi.
"Matemaattisesti se on kaunis."
Optiset pyörteet eivät ole uusi idea, Swartzlander totesi. Mutta tutkijat pystyivät tutkimaan sen takana olevaa fysiikkaa vasta 1990-luvun puolivälissä. Silloin tietokoneella tuotettujen hologrammien ja tarkkuuden litografian edistys mahdollisti tällaisen tutkimuksen.
Swartzlander ja hänen jatko-opiskelijansa, Gregory Foo ja David Palacios, keräsivät tiedotusvälineiden huomion äskettäin, kun “Optics Letters” julkaisi artikkelinsa siitä, kuinka optisia vortex-naamioita voitaisiin käyttää voimakkaissa kaukoputkeissa. Maskeja voitiin käyttää estämään tähtivalo ja antamaan tähtitieteilijöille mahdollisuus havaita suoraan tähtiä kiertävä 10 miljardin kerran himmentävä planeetta.
Tämä voitaisiin tehdä ”optisella pyörrekoronagrafilla”. Perinteisessä koronagrafissa läpinäkymätöntä levyä käytetään estämään tähden valo. Mutta tähtitieteilijät, jotka etsivät vaaleita tähtiä lähellä kirkkaita tähtiä, eivät voi käyttää perinteistä koronagrafia, koska tähtivalon heijastus levittää levyn ympärille, peittäen planeetalta heijastuvan valon.
"Pienet määrät diffrogoitunutta valoa tähdestä hävittävät edelleen planeetan signaalin", Swartzlander selitti. "Mutta jos pyörremaskin spiraali osuu täsmälleen tähden keskikohtaan, naamio luo mustan aukon, jossa ei ole sironnut valoa, ja näet minkä tahansa planeetan sivulle."
UA-ryhmä, johon kuului myös Eric Christensen UA: n Lunarista ja Planetary Labista, osoitti optisen vortex-koronografin prototyypin Stewardin observatorion 60 tuuman Mount Lemmon-kaukoputkessa kaksi vuotta sitten. He eivät voineet etsiä planeettoja aurinkokunnan ulkopuolella, koska 60-tuumaisella teleskoopilla ei ole mukautuvaa optiikkaa, joka korjaa ilmakehän turbulenssia.
Sen sijaan joukkue otti kuvia Saturnusta ja sen renkaista osoittaakseen, kuinka helposti tällaista naamaria voidaan käyttää kaukoputken olemassa olevan kamerajärjestelmän kanssa. Valokuvan testi on verkossa Swartzlanderin verkkosivustolla, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Optiset pyörrekoronagrafit voivat olla arvokkaita tuleville avaruus teleskoopeille, kuten NASA: n Terrestrial Planet Finder (TPF) ja Euroopan avaruusjärjestön Darwin-operaatio, Swartzlander totesi. TPF-operaatio käyttää avaruuspohjaisia teleskooppeja mittaamaan niin pienten kuin Maa-planeettojen koon, lämpötilan ja sijoituksen etäisten aurinkojärjestelmien asuttaville alueille.
"Haemme apurahoja paremman naamion valmistamiseksi - tämän asian todella ylösalaisiksi saamiseksi paremman laadun optiikan", Swartzlander sanoi. "Voimme osoittaa tämän nyt laboratoriossa lasersäteille, mutta tarvitsemme todella laadukasta naamaria päästäksesi lähemmäksi sitä, mitä tarvitaan kaukoputkeen."
Hänen mukaansa iso haaste on kehittää tapa etsata naamio saadakseen ”iso rasvainen nolla valoa” sen ytimeen.
Swartzlander ja hänen jatko-opiskelijansa tekevät numeerisia simulaatioita sopivan kierremaskien sävelkorkeuden määrittämiseksi halutuilla optisilla aallonpituuksilla. Swartzlander on jättänyt patentin naamarille, joka kattaa useamman kuin yhden aallonpituuden tai valon värin.
Yhdysvaltain armeijan tutkimustoimisto ja Arizonan osavaltion Proposition 301 -rahastot tukevat tätä tutkimusta.
Armeijan tutkimustoimisto rahoittaa optisten tieteiden perustutkimusta, vaikka Swartzlanderin työllä on myös käytännön puolustussovelluksia.
Optisia pyörremaskeja voitaisiin myös käyttää mikroskopiassa parantamaan kontrastia biologisten kudosten välillä.
Alkuperäinen lähde: UA: n lehdistötiedote
