Ända sedan astronomer först började använda teleskop för att få en bättre titt på himlen har de kämpat med en grundläggande conundrum. Förutom förstoring måste teleskop också kunna lösa de små detaljerna i ett objekt för att hjälpa oss att få en bättre förståelse av dem. För att göra detta krävs att bygga större och större ljusuppsamlingsspeglar, vilket kräver instrument av större storlek, kostnad och komplexitet.
Men forskare som arbetar vid NASA Goddards Space Flight Center arbetar med ett billigt alternativ. Istället för att förlita sig på stora och opraktiska teleskop med stora bländare har de föreslagit en anordning som kan lösa små detaljer samtidigt som den är en bråkdel av storleken. Den är känd som fotonsilen och den utvecklas specifikt för att studera solens korona i ultravioletten.
I grund och botten är fotonsilen en variation på Fresnel-zonplattan, en form av optik som består av tätt åtskilda uppsättningar av ringar som växlar mellan det transparenta och det ogenomskinliga. Till skillnad från teleskop som fokuserar ljus genom brytning eller reflektion, orsakar dessa plattor ljuset att spridas genom transparenta öppningar. På andra sidan överlappar ljuset och fokuseras sedan på en specifik punkt - vilket skapar en bild som kan spelas in.
Fotonsilen fungerar på samma grundprinciper, men med en lite mer sofistikerad vridning. I stället för tunna öppningar (d.v.s. Fresnel-zoner) består silen av en cirkulär kisellins som är prickad med miljoner små hål. Även om en sådan enhet skulle kunna vara användbar vid alla våglängder, utvecklar Goddard-teamet specifikt fotonsilen för att besvara en 50-årig fråga om solen.
I huvudsak hoppas de att studera Solens korona för att se vilken mekanism som värmer upp den. Under en tid har forskare visat att korona och andra lager av solens atmosfär (kromosfären, övergångsregionen och heliosfären) är betydligt varmare än ytan. Varför detta är har förblivit ett mysterium. Men kanske inte så mycket längre.
Som Doug Rabin, ledaren för Goddard-teamet, sa i ett pressmeddelande från NASA:
”Detta är redan en framgång ... I mer än 50 år har den centrala obesvarade frågan inom solkransvetenskap varit att förstå hur energi som transporteras underifrån kan värma korona. Nuvarande instrument har rumsliga upplösningar som är cirka 100 gånger större än de funktioner som måste observeras för att förstå denna process. "
Med stöd från Goddards forsknings- och utvecklingsprogram har teamet redan tillverkat tre siktar, som alla mäter 7,62 cm (3 tum) i diameter. Varje enhet innehåller en kiselskiva med 16 miljoner hål, vars storlekar och platser bestämdes med en tillverkningsteknik som kallas fotolitografi - där ljus används för att överföra ett geometriskt mönster från en fotomask till en yta.
Men på lång sikt hoppas de att skapa en sikt som kommer att mäta 1 meter (3 fot) i diameter. Med ett instrument av denna storlek tror de att de kommer att kunna uppnå upp till 100 gånger bättre vinkelupplösning i ultravioletten än NASA: s högupplösta rymdteleskop - Solar Dynamics Observatory. Det här skulle vara tillräckligt för att börja få svar från solens korona.
Under tiden planerar teamet att börja testa för att se om silen kan fungera i rymden, en process som bör ta mindre än ett år. Detta kommer att omfatta huruvida den kan överleva de intensiva g-krafterna i en rymdskyttning eller den extrema rymdmiljön. Andra planer inkluderar att gifta sig med tekniken till en serie CubeSats så att ett två-rymdskepps-flygande uppdrag skulle kunna monteras för att studera solens korona.
Förutom att kasta ljus på solens mysterier, kan en framgångsrik fotonsikt revolutionera optiken som vi känner den. I stället för att tvingas skicka massiva och dyra apparater ut i rymden (som Hubble Space Telescope eller James Webb Telescope), kunde astronomer få alla högupplösta bilder de behöver från enheter som är tillräckligt små för att hålla sig ombord på en satellit som inte mäter mer än några kvadratmeter.
Detta skulle öppna nya platser för rymdforskning, vilket gör det möjligt för privata företag och forskningsinstitutioner att kunna ta detaljerade bilder av avlägsna stjärnor, planeter och andra himmelsföremål. Det skulle också utgöra ett annat viktigt steg mot att göra rymdutforskningen överkomlig och tillgänglig.
