Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего и специалисты корпорации BAE Systems представили инновационную оптическую технологию. Компактный компонент диаметром всего 6 миллиметров (0,24 дюйма) способен кардинально изменить методы наблюдения за Солнцем в рамках будущих космических миссий.
Метаповерхности против традиционной оптики
Основой разработки стала метаповерхность — специализированная оптическая структура, состоящая из наномасштабных элементов. В отличие от линз классической оптики, этот элемент позволяет управлять светом на фундаментальном уровне. Инженеры создали метаповерхностную поляризационную решётку, которая способна разделять световой поток по различным состояниям поляризации в режиме реального времени.
Поляризация, определяющая направление колебаний световой волны, критически важна для солнечной физики. Анализ этих данных позволяет ученым восстанавливать структуру магнитных полей Солнца. Именно эти поля связаны с корональными выбросами массы — мощными вспышками, которые выбрасывают в космическое пространство потоки заряженных частиц. Такие явления представляют серьезную угрозу для спутниковой инфраструктуры, систем связи и электросетей на Земле.
Решение проблемы стабильности в космосе
Современные солнечные телескопы сталкиваются с технологическим ограничением: для измерения разных компонентов поляризации они вынуждены делать серию последовательных кадров при смене ориентации оптических элементов. «Сшивка» этих кадров в единое изображение требует высокой стабильности положения прибора.
В космических условиях любые микровибрации аппарата приводят к смещению изображения и потере данных. Для решения этой проблемы сейчас используются тяжелые и дорогостоящие системы стабилизации. Новая разработка нивелирует этот недостаток: метаповерхность разделяет свет на несколько каналов поляризации одновременно. Это дает возможность фиксировать всю необходимую информацию в одном кадре, полностью исключая потребность в движущихся частях.
Ведущий автор исследования Ноа Рубин (Noah Rubin) отмечает, что это достижение стало важным этапом: технология успешно перешла из стадии лабораторного прототипа к испытаниям в составе реальной астрономической системы и получила одобрение для использования в космосе.
Первые успехи и полевые испытания
В рамках сотрудничества с Национальным центром атмосферных исследований США (NCAR) разработку интегрировали в специально созданный солнечный телескоп. Система успешно зафиксировала магнитные поля солнечных пятен, продемонстрировав точность, сопоставимую с данными орбитальной обсерватории Solar Dynamics Observatory (SDO) от NASA.
Надежность технологии подтвердили жесткие испытания: метаповерхность прошла серию температурных тестов и проверок на виброустойчивость, имитирующих реальные условия запуска ракеты и функционирования на орбите. Устройство успешно работало в составе установки в обсерватории Дунн в Нью-Мексико, где свет после прохождения через 41-метровую зеркальную башню направлялся в компактный модуль с метаповерхностью.
Авторы проекта уверены, что внедрение такой оптики позволит значительно удешевить космические миссии и создать более компактные инструменты для мониторинга солнечной погоды. Благодаря возможности мгновенного измерения поляризационных характеристик ученые смогут детально изучать сверхбыстрые процессы на Солнце, которые ранее было крайне сложно зафиксировать с высокой точностью.
