Winzige 6-Millimeter-Sonde erreicht Genauigkeit von NASA-Satelliten bei Sonnenfleck-Kartierung

Winzige Metasurface-Technologie: Eine Metasurface ist eine fortschrittliche Klasse der Nanotechnologie, bestehend aus einer flachen optischen Komponente, die mit mikroskopischen, nanoskaligen Strukturen versehen ist.

Mithilfe dieser Nanostrukturen kann das Gerät Licht auf einzigartige Weise manipulieren – beispielsweise gleichzeitig Aufspaltung und Steuerung seiner Polarisationsebenen – was herkömmliche Glaslinsen und Spiegel physikalisch nicht leisten können.

Bislang war diese Technologie vorwiegend ein akademisches Kuriosum. „Die meisten akademischen Arbeiten zu Metasurfaces sind bisher auf der Stufe des Proof-of-Concept geblieben", sagte Noah Rubin, leitender Autor der Studie und Professor für Ingenieurwesen an der UC San Diego. Rubins Team übertrug das Konzept aus dem Labor in die Praxis.

Ihre Industriepartner bei BAE Systems unterzogen

Ihre Industriepartner bei BAE Systems unterzogen die winzige Linse extremen Vibrationstests und Tests bei extremen Temperaturen. Sie bestand.

Die Nanotechnologie wurde offiziell als für den Weltraum geeignet zertifiziert. „Wir freuen uns auf die Möglichkeit, unsere Technologie im Weltraum einzusetzen", sagte Rubin. „Ich denke, dies ist ein sehr gutes Beispiel dafür, wie grundlegende akademische Forschung tatsächlich zu etwas mit echtem Potenzial für die Weltraumforschung und Wissenschaft führen kann." Die Magnetfelder der Sonne werden häufig untersucht, um massive solare Ausbrüche wie koronale Massenauswürfe vorherzusagen, die geladene Teilchen Richtung Erde senden.

Dazu wird die Polarisation, also die Schwingungsrichtung des einfallenden Sonnenlichts, analysiert. Bestehende Weltraumteleskope verwenden dafür einen anderen Ansatz. Diese Verfahren erfassen ein Bild, drehen mechanisch einen optischen Bauteil und nehmen ein weiteres Bild auf. Anschließend werden diese digital zusammengefügt.

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Dieser Prozess ist langsam und anfällig für die geringsten Erschütterungen. Da Raumfahrzeuge vibrieren, kann selbst eine winzige Verschiebung zwischen den Aufnahmen empfindliche Sonnenbeobachtungsdaten vollständig verwischen.

Um dies zu verhindern, muss die NASA extrem komplexe und kostspielige Stabilisierungssysteme entwickeln. „Diese Systeme kosten oft weit mehr als das Teleskop selbst", so Rubin. Die neue Sechs-Millimeter-Metaschicht eliminiert bewegliche Teile vollständig. Sie spaltet das einfallende Sonnenlicht gleichzeitig in mehrere verschiedene Polarisationspfade auf.

Statt einer langsamen Sequenz alle magnetischen Daten gleichzeitig in einem einzigen Schnappschuss. „Mit diesen höheren Bildraten können wir Phänomene beobachten, die für vorherige Instrumente zu schnell waren, um sie zu erfassen", sagte Lisa Li, Erstautorin der Studie.

Was die Studie zeigt

Magnetfeldkartierung, um zu beweisen, dass das Gerät tatsächlich echte Wissenschaft leisten kann, haben die Forscher es in ein speziell entwickeltes Teleskop integriert und sich auf den Weg zum Dunn Solar Telescope in New Mexico gemacht.

Die Versuchsanordnung war ßen: Sonnenlicht traf auf einen Spiegel am oberen Ende eines 136-Fuß hohen Turms, durchquerte 228 Fuß unterirdisch und wurde dort wieder zur Oberfläche reflektiert. das winzige, sechs Millimeter große Bauteil des Teams.

Die mikroskopische Linse gelangte es, die intensiven Magnetfelder innerhalb aktiver Sonnenflecken erfolgreich zu kartieren. Verglichen die Forscher ihre Daten mit Beobachtungen des massiven, um die Erde kreisenden Solar Dynamics Observatory der NASA, zeigten sich die Ergebnisse nahezu identisch.

Was die Studie zeigt

Das winzige Glas leistete genau so gut wie ein riesiger Satellit. Nun richten die Forscher ihre Blicke auf die Startbahn. Nach fünf Jahren Entwicklung und mit Unterstützung durch die NASA haben sie einen formellen Vorschlag für ein Missionskonzeptstudie eingereicht.

Falls ausgewählt, könnte ihr winziges, sechs Millimeter großes Auge bald mit einer Rakete in den Weltraum starten – und beweisen, dass die größten Durchbrüche manchmal in den kleinsten Paketen stecken. Die Studie wurde am 10. Juni in Science Advances veröffentlicht.