de.wedoany.com-Bericht: Die University of California San Diego hat in Zusammenarbeit mit dem britischen Unternehmen BAE Systems eine optische Technologie mit einer Größe von nur etwa 6 Millimetern (0,24 Zoll) entwickelt, die die Art und Weise, wie die Sonne in zukünftigen Weltraummissionen beobachtet wird, verändern könnte.
Das Kernelement dieser Technologie ist das Metasurface-Polarisationsgitter, eine optische Struktur aus nanoskaligen Einheiten, die Licht auf eine Weise steuern kann, die mit herkömmlicher Optik nicht möglich ist. Polarisation bezeichnet die Schwingungsrichtung von Lichtwellen. In der Sonnenphysik hilft die Messung der Polarisation dabei, die Struktur des Sonnenmagnetfelds zu rekonstruieren, das mit Phänomenen wie koronalen Massenauswürfen zusammenhängt, die Satelliten, Kommunikation und die Energieversorgung der Erde stören können.
Herkömmliche Sonnenteleskope müssen verschiedene Polarisationskomponenten nacheinander messen: Während die Ausrichtung der optischen Elemente geändert wird, wird dasselbe Signal mehrfach aufgezeichnet und dann zu einem einzigen Bild zusammengesetzt. Im Weltraum führen jedoch selbst kleinste Vibrationen zwischen den Bildern zu Bildverschiebungen und Datenunschärfe, was komplexe und teure Stabilisierungssysteme erfordert, deren Kosten manchmal sogar die der Optik selbst übersteigen.
Die neu entwickelte Metasurface löst dieses Problem auf andere Weise: Sie teilt das einfallende Licht gleichzeitig in mehrere Polarisationskanäle auf, sodass alle notwendigen Informationen in einem einzigen Bild erfasst werden können, ohne bewegliche Teile oder sequenzielle Aufnahmen.
Laut dem Hauptautor Noah Rubin ist dies eines der ersten Beispiele dafür, dass eine Metasurface den Weg vom Laborprototyp zu einem Test in einem realen astronomischen System und zur Genehmigung für potenzielle Weltraumanwendungen findet.
Die Technologie wurde in ein spezielles Sonnenteleskop integriert und in Zusammenarbeit mit dem National Center for Atmospheric Research (NCAR) getestet. Im Experiment zeichnete das System erfolgreich das Magnetfeld von Sonnenflecken auf, und die Ergebnisse waren mit denen des Solar Dynamics Observatory der NASA, dem größten orbitalen Observatorium, vergleichbar.
Das Experiment testete auch die Haltbarkeit der Technologie: Die Metasurface bestand Vibrations- und Temperaturtests, die Start- und Orbitalbedingungen simulierten, und bestätigte damit ihre potenzielle Eignung für zukünftige Missionen.
Die Systemtests wurden am Dunn Solar Telescope in New Mexico durchgeführt: Das Licht wird von einem Spiegel auf einem 41 Meter hohen Turm reflektiert, legt etwa 69 Meter nach unten zu einer unterirdischen Einrichtung zurück und gelangt dann in das kompakte Metasurface-Modul, das nur wenige Millimeter groß ist.
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Technologie die Polarisationseigenschaften der Sonnenstrahlung gleichzeitig zu einem bestimmten Zeitpunkt messen kann, was besonders wichtig für die Beobachtung schneller Sonnenprozesse ist, die bisher nur schwer präzise aufgezeichnet werden konnten. Die Autoren betonen, dass die Technologie das Design zukünftiger Weltraumteleskope erheblich vereinfachen, die Anzahl mechanischer Komponenten reduzieren und die Missionskosten senken könnte, und eröffnet damit den Weg für die Entwicklung kompakterer und stabilerer Instrumente zur Überwachung der Sonnenaktivität und des Weltraumwetters.
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