Lige siden astronomer først begyndte at bruge teleskoper for at få et bedre kig på himlen, har de kæmpet med en grundlæggende conundrum. Ud over forstørrelse skal teleskoper også være i stand til at løse de små detaljer i et objekt for at hjælpe os med at få en bedre forståelse af dem. Det kræver at man bygger større og større lysopsamlingsspejle, hvilket kræver instrumenter af større størrelse, omkostninger og kompleksitet.
Forskere, der arbejder ved NASA Goddards Space Flight Center, arbejder imidlertid på et billigt alternativ. I stedet for at stole på store og upraktiske teleskoper med stor blændeåbning har de foreslået en enhed, der kunne løse små detaljer, samtidig med at den er en brøkdel af størrelsen. Det er kendt som fotonsigtet, og det udvikles specifikt til at studere solens korona i ultraviolet.
Grundlæggende er fotonsigten en variation på Fresnel-zonepladen, en form for optik, der består af tæt placerede ringe, der skifter mellem det gennemsigtige og det uigennemsigtige. I modsætning til teleskoper, der fokuserer lys gennem brydning eller reflektion, får disse plader lys til at diffradere gennem gennemsigtige åbninger. På den anden side overlapper lyset og fokuseres derefter på et specifikt punkt - hvilket skaber et billede, der kan optages.
Fotonsilen fungerer efter de samme grundlæggende principper, men med en lidt mere sofistikeret drejning. I stedet for tynde åbninger (dvs. Fresnel-zoner) består silen af en cirkulær siliciumlinse, der er oversået med millioner af små huller. Selvom en sådan enhed ville være potentielt nyttig på alle bølgelængder, udvikler Goddard-teamet specifikt fotonsigten for at besvare et 50 år gammelt spørgsmål om Solen.
I det væsentlige håber de at studere Solens korona for at se, hvilken mekanisme der opvarmer den. I nogen tid har videnskabsmænd kendt, at koronaen og andre lag af solens atmosfære (kromosfæren, overgangsregionen og heliosfæren) er markant varmere end dens overflade. Hvorfor dette er, har været et mysterium. Men måske ikke så meget længere.
Som Doug Rabin, lederen af Goddard-teamet, sagde i en pressemeddelelse fra NASA:
”Dette er allerede en succes ... I mere end 50 år har det centrale ubesvarede spørgsmål inden for solkoronalvidenskab været at forstå, hvordan energi, der transporteres nedenfra, er i stand til at varme koronaen. Aktuelle instrumenter har rumlige opløsninger, der er omkring 100 gange større end de funktioner, der skal overholdes for at forstå denne proces. ”
Med støtte fra Goddards forsknings- og udviklingsprogram har teamet allerede fremstillet tre sigter, som alle måler 7,62 cm (3 tommer) i diameter. Hver enhed indeholder en siliciumskive med 16 millioner huller, hvis størrelse og placering blev bestemt ved hjælp af en fremstillingsteknik kaldet fotolitografi - hvor lys bruges til at overføre et geometrisk mønster fra en fotomask til en overflade.
På lang sigt håber de imidlertid at skabe en sigte, der måler 1 meter (3 fod) i diameter. Med et instrument af denne størrelse tror de, de vil være i stand til at opnå op til 100 gange bedre vinkelopløsning i den ultraviolette end NASAs højtopløselige rumteleskop - Solar Dynamics Observatory. Dette ville være lige nok til at begynde at få nogle svar fra Solens korona.
I mellemtiden planlægger teamet at begynde testning for at se, om sigten kan fungere i rummet, en proces, der bør tage mindre end et år. Dette vil omfatte, hvorvidt det kan overleve de intense g-kræfter ved en rumfyring, såvel som det ekstreme miljø i rummet. Andre planer inkluderer at gifte sig med teknologien til en række CubeSats, så en to-rumfartøjsformationsflyvende mission kunne monteres for at studere Solens korona.
Ud over at kaste lys over Solens mysterier, kunne en vellykket fotonsigt revolutionere optikken, som vi kender den. I stedet for at blive tvunget til at sende massive og dyre apparater ud i rummet (som Hubble-rumteleskopet eller James Webb-teleskopet), kunne astronomer få alle billeder i høj opløsning, de har brug for, fra enheder, der er små nok til at klæbe ombord på en satellit, der ikke måler mere end et par kvadratmeter.
Dette ville åbne nye spillesteder for rumforskning, hvilket giver private virksomheder og forskningsinstitutioner mulighed for at tage detaljerede fotos af fjerne stjerner, planeter og andre himmelobjekter. Det vil også udgøre et andet vigtigt skridt hen imod at gøre rumundersøgelse overkommelig og tilgængelig.
