شدة محسوبة من دوامة كوروناغراف لمصدر واحد يشبه النقطة. حقوق الصورة: Grover Swartzlander. اضغط للتكبير
قال غروفر شوارتز لاندر: "يقول بعض الناس إنني أدرس الظلام ، وليس البصريات".
لكنه نوع من الظلام سيسمح لعلماء الفلك برؤية النور.
يعمل شوارتز لاندر ، الأستاذ المساعد في كلية العلوم البصرية بجامعة أريزونا ، على تطوير أجهزة تمنع ضوء النجوم المبهر ، مما يسمح لعلماء الفلك بدراسة الكواكب في الأنظمة الشمسية القريبة.
قد تثبت الأجهزة أيضًا أنها ذات قيمة للمجهر البصري ويمكن استخدامها لحماية الكاميرا وأنظمة التصوير من الوهج.
جوهر هذه التكنولوجيا هو "قناع دوامة بصري" - شريحة زجاجية رفيعة وصغيرة وشفافة محفورة بسلسلة من الخطوات في نمط يشبه الدرج اللولبي.
عندما يضرب الضوء القناع ميتًا ، فإنه يتباطأ أكثر في الطبقات السميكة أكثر من الطبقات الأقل سمكًا. في النهاية ، ينقسم الضوء ويتحول الطور بحيث تكون بعض الموجات 180 درجة خارج الطور مع البعض الآخر. يدور الضوء من خلال القناع مثل الرياح في الإعصار. عندما تصل إلى "عين" هذا الإعصار البصري ، فإن الموجات الضوئية التي تبعد عن الطور بمقدار 180 درجة تلغي بعضها البعض ، تاركة قلبًا مركزيًا مظلمًا تمامًا.
يقول Swartzlander هذا مثل الضوء بعد خيوط الترباس. يعد انحراف "الترباس" البصري - المسافة بين خيطين متجاورين - أمرًا بالغ الأهمية. وأوضح قائلاً: "إننا نبتكر شيئًا خاصًا حيث يجب أن يتوافق الملعب مع تغيير في مرحلة الطول الموجي للضوء". "ما نريده هو قناع يقطع هذه الطائرة أو الورقة من الضوء الوارد ويجعدها إلى شعاع حلزوني مستمر."
وأضاف: "ما وجدناه مؤخرًا هو أن تدقق جواربك بشكل مذهل من وجهة نظر نظرية".
"إنها رياضية".
وأشار سوارتزلاندر إلى أن الدوامات الضوئية ليست فكرة جديدة. ولكن لم يكن حتى منتصف التسعينات قادرين على دراسة الفيزياء وراء ذلك. وذلك عندما جعل التقدم في الصور المجسمة التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر والطباعة الحجرية عالية الدقة مثل هذا البحث ممكنًا.
اجتذب شوارتز لاندر وطلابه الخريجون ، جريجوري فو وديفيد بالاسيوس ، اهتمام وسائل الإعلام مؤخرًا عندما نشرت "رسائل البصريات" مقالهم حول كيفية استخدام أقنعة الدوامة الضوئية على التلسكوبات القوية. يمكن استخدام الأقنعة لمنع ضوء النجوم والسماح لعلماء الفلك باكتشاف الضوء مباشرة من كوكب باهت 10 مليارات مرة يدور حول النجم.
يمكن القيام بذلك مع "الفقرة الدوامة البصرية". في التاج التقليدي ، يتم استخدام قرص معتم لحجب ضوء النجم. لكن الفلكيين الذين يبحثون عن كواكب باهتة بالقرب من النجوم الساطعة لا يمكنهم استخدام الفقرة التقليدية لأن الوهج الناتج عن ضوء النجوم يتشتت حول القرص الذي يحجب الضوء المنعكس من الكوكب.
وأوضح سوارتزلاندر أن "أي كمية صغيرة من الضوء المنعرج من النجم ما زالت ستطغى على إشارة الكوكب". "ولكن إذا تزامن حلزونية قناع الدوامة تمامًا مع مركز النجم ، فإن القناع يخلق ثقبًا أسود حيث لا يوجد ضوء مبعثر ، وسترى أي كوكب على الجانب."
أظهر فريق UA ، الذي ضم أيضًا Eric Christensen من مختبر UA's Lunar and Planetary Lab ، نموذجًا أوليًا لدوامة بصرية على تلسكوب Mount Stemard Observatory 60 بوصة Mount Mount Lemmon منذ عامين. لم يتمكنوا من البحث عن الكواكب خارج نظامنا الشمسي لأن التلسكوب 60 بوصة غير مجهز بالبصريات التكيفية التي تصحح الاضطراب الجوي.
وبدلاً من ذلك ، التقط الفريق صورًا لزحل وحلقاته لتوضيح مدى سهولة استخدام هذا القناع مع نظام الكاميرا الموجود في التلسكوب. توجد صورة من الاختبار على الإنترنت في موقع Swartzlander الإلكتروني http://www.u.arizona.edu/~grovers.
وأشار سوارتزلاندر إلى أن التلفيفات الدوامة الضوئية يمكن أن تكون ذات قيمة للتلسكوبات الفضائية المستقبلية ، مثل وكالة ناسا الأرضية للكشف عن الكواكب (TPF) ومهمة داروين لوكالة الفضاء الأوروبية. ستستخدم مهمة TPF مقاريب فضائية لقياس حجم ودرجة حرارة ووضع الكواكب الصغيرة مثل الأرض في المناطق الصالحة للسكن في الأنظمة الشمسية البعيدة.
قال سوارتزالاندر: "نحن نتقدم بطلب للحصول على منح لصنع قناع أفضل - لزيادة هذا الشيء حقًا للحصول على بصريات أفضل جودة". "يمكننا إثبات ذلك الآن في المختبر لأشعة الليزر ، لكننا بحاجة إلى قناع عالي الجودة حقًا للاقتراب أكثر مما هو مطلوب للتلسكوب."
وقال إن التحدي الكبير هو تطوير طريقة حفر القناع للحصول على "صفر كبير من الدهون" في جوهره.
يقوم شوارتز لاندر وطلابه بإجراء عمليات محاكاة عددية لتحديد درجة الصوت المناسبة للأقنعة الحلزونية بالأطوال الموجية البصرية المطلوبة. قدم Swartzlander براءة اختراع لقناع يغطي أكثر من طول موجة أو لون ضوء واحد.
يدعم مكتب أبحاث الجيش الأمريكي وصناديق عرض ولاية أريزونا 301 هذا البحث.
يمول مكتب أبحاث الجيش أبحاث العلوم البصرية الأساسية ، على الرغم من أن عمل Swartzlander له أيضًا تطبيقات دفاعية عملية.
يمكن أيضًا استخدام أقنعة الدوامة الضوئية في الفحص المجهري لتعزيز التباين بين الأنسجة البيولوجية.
المصدر الأصلي: UA News Release
