Una coppia di piccoli satelliti in orbita di precisione tenterà di catturare le prime immagini in assoluto di strutture su piccola scala vicino alla superficie del sole che gli scienziati ritengono siano responsabili del riscaldamento e dell'accelerazione del vento solare.

L'eliofisico Dr. Doug Rabin del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, ha affermato che i setacci fotonici, una tecnologia in grado di focalizzare la luce ultravioletta estrema, dovrebbero essere in grado di risolvere caratteristiche da 10 a 50 volte più piccole di quanto si può vedere oggi con il Solar Dynamics. Imager EUV dell'Osservatorio.

Per essere più efficaci, tuttavia, devono essere larghi, super sottili e incisi con fori precisi per rifrangere la luce. Lavorando nel Detector Development Laboratory di Goddard, l'ingegnere di Goddard Kevin Denis ha sviluppato nuovi modi per creare membrane più larghe e più sottili da wafer di silicio e niobio.

Ogni progresso finora ha richiesto ulteriori passaggi per proteggere i setacci risultanti, come lasciare un nido d’ape di materiale più spesso per sostenere la membrana e prevenirne la lacerazione. "Costruire setacci con tale precisione è una vera e propria sfida fisica", ha affermato il dottor Doug Rabin, eliofisico di Goddard. "Le loro caratteristiche più piccole hanno un diametro di 2 micron con uno spazio di 2 micron tra le perforazioni, ovvero la dimensione della maggior parte dei batteri."

Incisi dal centro con anelli di fori sempre più piccoli, i setacci sono costruiti per rifrangere la luce in modo simile alle lenti di Fresnel utilizzate nei fari. La luce ultravioletta estrema che passa attraverso questo setaccio viene piegata gradualmente verso l'interno verso una telecamera distante. Le membrane sottili sono importanti per la scienza solare perché questi setacci trasmettono più luce rispetto ai materiali più spessi, ha detto Denis.

Lui e il collega ingegnere Kelly Johnson hanno prodotto con successo un setaccio in silicio da 3 pollici (8 cm) di diametro, spesso solo 100 nanometri. Ora stanno sperimentando membrane di niobio, che possono migliorare ulteriormente l’efficienza di raccolta della luce perché trasmettono fino a sette volte più luce del silicio. Hanno inciso con successo un setaccio per niobio da 5 pollici (13 cm) di diametro e spesso solo 200 nanometri.

Denis trae ispirazione dal lavoro a stretto contatto con gli scienziati per superare gli ostacoli al progresso del loro campo, ha affermato. "Hanno fatto un ottimo lavoro utilizzando i setacci in applicazioni scientifiche a breve termine mentre noi spingiamo la tecnologia per missioni più grandi e più capaci."

I setacci fotonici ricavati da materiali spessi fino a 25 micron fanno già parte della dimostrazione tecnologica VISORS—Virtual Super Optics Reconfigurable Swarm—CubeSat, il cui lancio è previsto nel 2024. VISORS è costituito da un satellite compatto delle dimensioni di una valigetta dotato di setacci per rifrangono la luce su un ricevitore su un secondo satellite a 40 metri di distanza.

Il mantenimento dell'orbita ad alta precisione di questi veicoli spaziali e lo sviluppo di un parasole sono al centro di altri progetti Goddard IRAD. Il successo di VISOR potrebbe aprire la strada a una missione futura più ampia, con la separazione dei veicoli spaziali misurata in chilometri, utilizzando la maggiore risoluzione dei setacci più sottili di Denis una volta che saranno pronti per il volo spaziale. Un altro setaccio fotonico più grande verrà utilizzato per calibrare lo spettrometro MUSE, Multi-slit Solar Explorer, il cui lancio è previsto nel 2027.

Il lavoro di Denis è stato evidenziato in Physics Today , e ha già prodotto due brevetti, di cui un terzo è stato presentato. Il capo tecnologico di Goddard, Peter Hughes, ha assegnato a Denis il premio IRAD Innovator of the Year per l'anno fiscale 2023 durante la sessione annuale dei poster del programma tenutasi il 15 novembre.

Mentre continua a spingere i limiti dell'ingegneria, Denis ha detto che non vede l'ora che arrivino i lanci di MUSE e VISORS. "È una grande motivazione vedere come verranno utilizzati per la nuova scienza, anche se continuiamo a migliorare."

Ulteriori informazioni: Holly Gilbert, Progressi nei telescopi solari, Fisica oggi (2023). DOI:10.1063/PT.3.5292

Informazioni sul giornale: La fisica oggi

Fornito dal Goddard Space Flight Center della NASA