Da quando gli astronomi hanno iniziato a usare i telescopi per vedere meglio i cieli, hanno lottato con un enigma di base. Oltre all'ingrandimento, i telescopi devono anche essere in grado di risolvere i piccoli dettagli di un oggetto per aiutarci a comprenderli meglio. Per fare ciò è necessario costruire specchi per la raccolta della luce sempre più grandi, che richiedono strumenti di dimensioni, costi e complessità maggiori.
Tuttavia, gli scienziati che lavorano presso il Space Flight Center della NASA Goddard stanno lavorando a un'alternativa economica. Invece di fare affidamento su telescopi di grandi dimensioni e poco pratici, hanno proposto un dispositivo in grado di risolvere piccoli dettagli pur essendo una frazione delle dimensioni. È noto come il setaccio fotonico ed è stato sviluppato appositamente per studiare la corona del sole nell'ultravioletto.
Fondamentalmente, il setaccio fotonico è una variazione sulla piastra della zona di Fresnel, una forma di ottica che consiste in serie di anelli strettamente distanziati che si alternano tra trasparente e opaco. A differenza dei telescopi che focalizzano la luce attraverso la rifrazione o la riflessione, queste lastre provocano la diffrazione della luce attraverso aperture trasparenti. Dall'altro lato, la luce si sovrappone e viene quindi focalizzata su un punto specifico, creando un'immagine che può essere registrata.
Il setaccio a fotoni opera secondo gli stessi principi di base, ma con un tocco leggermente più sofisticato. Invece di aperture sottili (ad es. Zone di Fresnel), il setaccio è costituito da una lente circolare in silicone punteggiata da milioni di piccoli fori. Sebbene un tale dispositivo sarebbe potenzialmente utile a tutte le lunghezze d'onda, il team di Goddard sta sviluppando specificamente il setaccio fotonico per rispondere a una domanda di 50 anni sul Sole.
In sostanza, sperano di studiare la corona del Sole per vedere quale meccanismo la sta riscaldando. Per qualche tempo, gli scienziati hanno saputo che la corona e altri strati dell'atmosfera del Sole (cromosfera, regione di transizione ed eliosfera) sono significativamente più caldi della sua superficie. Perché questo è rimasto è un mistero. Ma forse, non per molto più tempo.
Come ha detto Doug Rabin, leader del team Goddard, in un comunicato stampa della NASA:
"Questo è già un successo ... Per più di 50 anni, la domanda centrale senza risposta nella scienza della corona solare è stata quella di capire come l'energia trasportata dal basso è in grado di riscaldare la corona. Gli strumenti attuali hanno risoluzioni spaziali circa 100 volte più grandi delle caratteristiche che devono essere osservate per comprendere questo processo. "
Con il supporto del programma di ricerca e sviluppo di Goddard, il team ha già fabbricato tre setacci, ognuno dei quali misura 7,62 cm (3 pollici) di diametro. Ogni dispositivo contiene un wafer di silicio con 16 milioni di fori, le cui dimensioni e posizioni sono state determinate usando una tecnica di fabbricazione chiamata fotolitografia - in cui la luce viene utilizzata per trasferire un motivo geometrico da una fotomaschera a una superficie.
Tuttavia, a lungo termine, sperano di creare un setaccio che misurerà 1 metro (3 piedi) di diametro. Con uno strumento di queste dimensioni, credono di essere in grado di ottenere una risoluzione angolare fino a 100 volte migliore nell'ultravioletto rispetto al telescopio spaziale ad alta risoluzione della NASA: il Solar Dynamics Observatory. Questo sarebbe appena sufficiente per iniziare a ricevere alcune risposte dalla corona del Sole.
Nel frattempo, il team prevede di iniziare i test per vedere se il setaccio può operare nello spazio, un processo che dovrebbe richiedere meno di un anno. Ciò includerà se può sopravvivere alle intense forze g di un lancio nello spazio, così come all'ambiente estremo dello spazio. Altri piani includono il matrimonio della tecnologia con una serie di CubeSats, in modo da poter organizzare una missione di volo a due astronavi per studiare la corona del Sole.
Oltre a far luce sui misteri del Sole, un setaccio fotonico di successo potrebbe rivoluzionare l'ottica così come la conosciamo. Piuttosto che essere costretti a inviare nello spazio apparecchi enormi e costosi (come il telescopio spaziale Hubble o il telescopio James Webb), gli astronomi potrebbero ottenere tutte le immagini ad alta risoluzione di cui hanno bisogno da dispositivi abbastanza piccoli da rimanere a bordo di un satellite che non misura più di pochi metri quadrati.
Ciò aprirebbe nuovi spazi per la ricerca spaziale, consentendo alle aziende private e agli istituti di ricerca di scattare foto dettagliate di stelle, pianeti e altri oggetti celesti distanti. Ciò costituirebbe anche un altro passo cruciale per rendere l'esplorazione dello spazio accessibile e accessibile.
