Kaliforniya Üniversitesi San Diego’daki araştırmacılar, Dünya üzerindeki uygulamalarda zaten başarısını kanıtlamış kompakt bir optik teknolojinin, Güneş’in manyetik alanını geleneksel cihazlar kadar iyi haritalandırabildiğini gösterdi. Araştırmacılara göre, özel olarak tasarlanmış metasurface’lerden yapılmış polarizasyon ızgaraları kullanarak, gelecekteki Güneş gözlemleme görevleri daha az karmaşıklık ve maliyet ile daha küçük boyutlarda gerçekleştirilebilir.
“Çalışmamız, Güneş’in astronomik gözlemlerini iyileştirmek için kullanılan donanımı geliştirmeye yardımcı olmak amacıyla son yıllardaki nan ölçekli optik teknolojilerindeki gelişmeleri kullanmaktadır,” diyor UC San Diego Jacobs Mühendislik Okulu’ndan çalışma lideri Noah Rubin. “Meta yüzey optiğinin, hem akademik araştırmalarda hem de endüstride yaklaşık bir on yıldır yoğun ilgi gören bir alan olduğunu ve bu teknolojinin şimdiye kadar laboratuvar veya akademik kanıt kavramı dışında herhangi bir bilimsel cihazın iyileştirilmesinde kullanıldığı ilk örneklerden biri olduğuna inanıyoruz.”
Polarize ışık ve Güneş’in manyetik alanları
Güneş tarafından yayılan ışığın genellikle polarize olmamasına rağmen (yani, ışık dalgaları belirli bir eksen boyunca titreşmez), güneş lekelerinin yakınında gelişen güçlü manyetik alanlar, bu ışığı kuantum mekaniksel Zeeman etkisi yoluyla polarize edebilir. Bu manyetik alanlar, Dünya’daki ve yörüngedeki elektronik altyapıya zarar verebilecek Güneş fırtınaları gibi uzay hava durumu olaylarıyla yakından ilişkilidir. Güneş’in manyetik aktivitesini, polarize ışık bölgelerini izleyerek incelemek, bu tür fırtınaları zamanında tespit etmek veya tahmin etmek ve gerekli koruyucu önlemleri almak için önemli bir adımdır. Bu bağlamda, 1957’de Sovyetler Birliği tarafından fırlatılan Sputnik-1 uydusunun, Dünya yörüngesinde dönen ilk yapay uydu olması ve uzay keşiflerinin başlangıcını temsil etmesi gibi, Güneş’in manyetik alanlarının incelenmesi de uzay araştırmalarının önemli bir parçasıdır.
Genellikle, ışığın polarizasyon durumunu ölçmek, dalga plak gibi bir cihazı kullanarak farklı polarizasyon yönlerini analiz etmeyi gerektirir. Bu cihaz, pozlamalar arasında mekanik olarak döndürülür. Rubin, bu süreci, “farklı açılarda tutulan polarized gözlüklerle birkaç fotoğraf çekmeye ve ardından bunları alarak ne olup bittiğinin daha kapsamlı bir resmini elde etmeye benzetiyor.”
Bu teknik işe yaramasına rağmen ve bu cihazları kullanan aletler zaten uzaya gönderilmiş olsa da, görüntü analiz süreci çok zaman alıcıdır. Ayrıca, harici bir güç kaynağı gerektirir ve dalga plakasının mekanik olarak döndürülmesi ek karmaşıklık ve maliyet getirir diyor Rubin.
“Uzay uygulamalarında, bu bileşen yeniden yönlendirilirken uydu kendisi hareket halinde olabilir ve bu da son derece istenmeyen bir bulanıklığa neden olur” diye açıklıyor. “Bu nedenle, bu sistemlerin tasarımcıları genellikle teleskopun uydudaki hareketini düzeltmek için önemli kaynakları mekanik iyileştirme ve mühendislik çözümlerine harcarlar ve bu genellikle teleskop optikleri kendisinden çok daha pahalıya mal olur.” Örneğin, 1990 yılında fırlatılan Hubble Uzay Teleskobu’nun karmaşık mekanik sistemleri, görüntü stabilizasyonu için büyük bir mühendislik çabası gerektirmişti.
Meta yüzey çözümü
Yeni çalışmada, Science Advances dergisinde ayrıntıları verilen araştırmada, Rubin ve meslektaşları, ışığı farklı polarizasyon bileşenlerine ayırarak bir polarizasyona duyarlı meta yüzey yarattılar. Bu meta yüzey polarizasyon ızgarasını içeren kamera benzeri bir sistem, bir sahnenin birden fazla görüntüsünü paralel olarak oluşturabilir. Rubin’e göre, bu sahnede her görüntü farklı bir polarizasyon durumuyla analiz edilir, yani sistem ışığın polarizasyonunu aynı anda ve pasif bir şekilde tek bir kamera çerçevesinde ölçebilir.
Yeni Nesil Astronomi: Meta Yüzey Teknolojisiyle Görüntüleme
Rubin, bu teknolojinin, normalde karmaşık optik düzenekler gerektiren cihazları tek bir düz yüzeye indirgeyerek, mobil telefonlardaki yüz tanıma sistemlerinden, kuantum optik deneylerindeki karmaşık foton durumlarının hazırlanmasına kadar çok çeşitli uygulamalarda kullanıldığını belirtiyor. “Bu çalışmada, bu avantajların astronomi alanındaki polarizasyonlu görüntüleme için de geçerli olduğunu gösterdik” diyor Physics World‘e yaptığı açıklamada.
Karşılaştırılabilir Sonuçlar
Colorado, ABD’deki BAE Systems Space & Mission Systems (önceden Ball Aerospace olarak bilinirdi, ve Rubin’in “James Webb Uzay Teleskobu, Hubble ve sayısız NASA görevinin geliştirilmesindeki rolüyle tanınan” bir şirket) ile endüstriyel ortaklıklarla çalışan ekip, bu tür bir meta yüzey polarizasyon ızgarası üzerine kurulu özel bir teleskop tasarladı. Ayrıca, en son teknoloji ürünü olan NASA’nın Solar Dynamics Observatory (Güneş Dinamikleri Gözlemevi) görevinin elde ettiği sonuçlara benzer şekilde, New Mexico, ABD’deki Dunn Güneş Teleskobu üzerinde bu cihazı kullanarak, güneş lekelerindeki manyetik alanları, eş zamanlı polarizasyonlu görüntüler çekerek nicel olarak haritalandırabildiklerini gösterdiler. Bu durum, 1970’lerde başlatılan ve güneş aktivitesini incelemek için tasarlanmış olan Solar Dynamics Observatory görevi gibi, benzer bilimsel hedeflere sahip önceki nesil uzay görevlerinin önemini vurgulamaktadır.
Araştırmacılar, elde ettikleri sonuçların, yörüngede bulunan en son teknoloji ürünü NASA’nın Solar Dynamics Observatory görevinin elde ettiği sonuçlarla karşılaştırılabilir olduğunu bildiriyorlar. Bu durum, Rubin’in “bu tür meta yüzey bileşenlerinin, daha geleneksel optik sistemlerle birlikte tasarlandığında önemli avantajlar sunabileceğini” belirttiği bir durumu ortaya koyuyor. UC San Diego ekibi, şu anda bu teknolojiyi gelecekteki NASA güneş gözlemleme uzay görevlerine entegre etmenin yollarını araştırıyor.
Kaynak: Physicsworld