Desde que los astrónomos comenzaron a usar telescopios para ver mejor los cielos, han luchado con un enigma básico. Además de la ampliación, los telescopios también deben poder resolver los pequeños detalles de un objeto para ayudarnos a comprenderlos mejor. Hacer esto requiere la construcción de espejos cada vez más grandes, que requieren instrumentos de mayor tamaño, costo y complejidad.
Sin embargo, los científicos que trabajan en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA están trabajando en una alternativa económica. En lugar de depender de telescopios grandes y poco prácticos de gran apertura, han propuesto un dispositivo que podría resolver pequeños detalles y ser una fracción del tamaño. Se conoce como el tamiz de fotones, y se está desarrollando específicamente para estudiar la corona del Sol en el ultravioleta.
Básicamente, el tamiz de fotones es una variación de la placa de zona de Fresnel, una forma de óptica que consiste en conjuntos de anillos estrechamente espaciados que alternan entre lo transparente y lo opaco. A diferencia de los telescopios que enfocan la luz a través de la refracción o la reflexión, estas placas hacen que la luz difracte a través de aberturas transparentes. Por otro lado, la luz se superpone y luego se enfoca en un punto específico, creando una imagen que se puede grabar.
El tamiz de fotones funciona con los mismos principios básicos, pero con un giro ligeramente más sofisticado. En lugar de aberturas delgadas (es decir, zonas de Fresnel), el tamiz consiste en una lente de silicio circular que está salpicada de millones de pequeños agujeros. Aunque dicho dispositivo sería potencialmente útil en todas las longitudes de onda, el equipo de Goddard está desarrollando específicamente el tamiz de fotones para responder una pregunta de 50 años sobre el Sol.
Esencialmente, esperan estudiar la corona del Sol para ver qué mecanismo la calienta. Durante algún tiempo, los científicos han sabido que la corona y otras capas de la atmósfera del Sol (la cromosfera, la región de transición y la heliosfera) son significativamente más calientes que su superficie. Por qué esto es sigue siendo un misterio. Pero tal vez, no por mucho más tiempo.
Como Doug Rabin, el líder del equipo Goddard, dijo en un comunicado de prensa de la NASA:
"Esto ya es un éxito ... Durante más de 50 años, la pregunta central sin respuesta en la ciencia coronal solar ha sido comprender cómo la energía transportada desde abajo es capaz de calentar la corona. Los instrumentos actuales tienen resoluciones espaciales aproximadamente 100 veces más grandes que las características que deben observarse para comprender este proceso ".
Con el apoyo del programa de Investigación y Desarrollo de Goddard, el equipo ya ha fabricado tres tamices, todos los cuales miden 7.62 cm (3 pulgadas) de diámetro. Cada dispositivo contiene una oblea de silicio con 16 millones de orificios, cuyos tamaños y ubicaciones se determinaron utilizando una técnica de fabricación llamada fotolitografía, donde la luz se utiliza para transferir un patrón geométrico de una fotomáscara a una superficie.
Sin embargo, a largo plazo, esperan crear un tamiz que mida 1 metro (3 pies) de diámetro. Con un instrumento de este tamaño, creen que podrán lograr una resolución angular hasta 100 veces mejor en el ultravioleta que el telescopio espacial de alta resolución de la NASA: el Observatorio de Dinámica Solar. Esto sería suficiente para comenzar a obtener algunas respuestas de la corona del Sol.
Mientras tanto, el equipo planea comenzar a probar para ver si el tamiz puede operar en el espacio, un proceso que debería llevar menos de un año. Esto incluirá si puede sobrevivir o no a las intensas fuerzas g de un lanzamiento espacial, así como al entorno extremo del espacio. Otros planes incluyen unir la tecnología a una serie de CubeSats para que se pueda montar una misión de formación de dos naves espaciales para estudiar la corona del Sol.
Además de arrojar luz sobre los misterios del Sol, un tamiz de fotones exitoso podría revolucionar la óptica tal como la conocemos. En lugar de verse obligados a enviar aparatos masivos y costosos 'al espacio (como el Telescopio Espacial Hubble o el Telescopio James Webb), los astrónomos podrían obtener todas las imágenes de alta resolución que necesitan de dispositivos lo suficientemente pequeños como para pegarse en un satélite que no mida más de A pocos metros cuadrados.
Esto abriría nuevos lugares para la investigación espacial, permitiendo a compañías privadas e instituciones de investigación la capacidad de tomar fotos detalladas de estrellas, planetas y otros objetos celestes distantes. También constituiría otro paso crucial para hacer que la exploración espacial sea asequible y accesible.
