एक छोटा ऑप्टिकल मास्क NASAला इतर पृथ्व्या पाहण्यास मदत करू शकतो

दुसरी पृथ्वी शोधण्यात सर्वात कठीण भाग अंतर नाही, तर झगमगाट आहे

पृथ्वी-सदृश ग्रह शोधण्यासाठी खगोलशास्त्रज्ञांना फक्त मोठ्या दूरदर्शकांचीच गरज नसते. त्या ग्रहांच्या भोवती फिरणाऱ्या तार्‍यांची चकाकणारी प्रकाशझोत दाबण्याच्या मार्गांचीही गरज असते. दिलेल्या source text नुसार, NASA च्या प्रस्तावित Habitable Worlds Observatory ला फिकट exoplanets चे थेट प्रतिमांकन करण्यासाठी येणारा starlight दहा अब्ज पट कमी करावा लागेल. हीच त्या optical challenge ची पातळी आहे.

या प्रयत्नाच्या केंद्रस्थानी optical vortex phase mask हे तंत्रज्ञान आहे, जे दूरदर्शकाच्या focal point वर ठेवले जाणारे छोटे पण अत्यंत अचूक component आहे. त्याचे काम incoming starlight ला असे बदलणे आहे की तो प्रकाश destructive interference द्वारे प्रभावीपणे स्वतःलाच रद्द करतो. उरलेला प्रकाश नंतर अडवता येतो, ज्यामुळे off-axis planet कडून येणारा खूपच फिकट प्रकाश detector पर्यंत पोहोचू शकतो.

मास्क कसा काम करतो

source text या समस्येची तुलना किलोमीटर अंतरावरून lighthouse च्या बाजूला firefly शोधण्याच्या प्रयत्नाशी करतो. पृथ्वी-सदृश जगांचे थेट प्रतिमांकन करण्याचा प्रयत्न करताना खगोलशास्त्रज्ञांना असा brightness ratio सामोरा जातो. दूरदर्शकाचा आरसा परिपूर्ण असला तरी, diffraction ची भौतिकी starlight ला ringed Airy pattern मध्ये पसरवते. त्या rings जवळच्या exoplanet च्या signal ला अजूनही झाकून टाकू शकतात.

vortex mask आपल्या केंद्राभोवती हळूहळू वाढत जाणारा काळजीपूर्वक अभियांत्रित phase delay देऊन ही समस्या सोडवतो, जणू एखाद्या screw चा वर चढणारा thread. centered starlight त्या structure मधून गेल्यावर, wavefront असा बदलतो की downstream मध्ये प्रकाश रद्द होतो. ग्रहाचा प्रकाश, जो थोड्या वेगळ्या कोनातून येतो, केंद्र चुकवतो आणि या प्रक्रियेत टिकतो.

हे केवळ एक चतुर युक्ती नाही. हे भविष्यातील अशा खगोलशास्त्रासाठी सक्षम करणाऱ्या तंत्रज्ञानांपैकी एक आहे, जे statistical detection च्या पलीकडे जाऊन संभाव्यतः वसाहतयोग्य ग्रहांचे direct viewing करू शकते. Transit आणि radial-velocity पद्धतींनी आधीच exoplanet science बदलले आहे, पण त्या सहसा ग्रहांचे अनुमान त्यांच्या परिणामांवरून लावतात. Direct imaging मुळे खगोलशास्त्रज्ञ जगांना संकेतांसारखे नाही, तर दृश्यांसारखे अभ्यासू शकतील.

इथे materials science देखील का महत्त्वाची आहे

source text मध्ये वर्णन केलेल्या तंत्रज्ञानाचा सर्वात आशादायक प्रकार thin layer of liquid crystal polymer वापरतो. त्याच्या molecular chains ची दिशा इतक्या अचूकपणे नियंत्रित करता येते की polarization नुसार प्रकाश वेगळ्या प्रकारे आकारता येतो. तो निर्माण करतो तो delay material chemistry शी घट्ट बांधलेला नसून geometric असतो, त्यामुळे तो broad range of wavelengths वर काम करू शकतो.

हे broadband वर्तन महत्त्वाचे आहे. जीवनाची चिन्हे शोधणारे दूरदर्शक एकाच रंगाच्या प्रकाशावर अवलंबून राहू शकत नाही. त्याला atmospheric composition उलगडेल इतका समृद्ध spectrum तपासावा लागतो. दुसऱ्या शब्दांत, starlight suppress करण्यासाठी वापरलेले तेच instrument, एखाद्या दूरच्या जगात habitability शी संबंधित gases किंवा वैशिष्ट्ये आहेत का, हे विचारण्यासाठी आवश्यक माहितीही जपायला हवी.

लहान component, पण मोठे परिणाम

vortex mask आकर्षक वाटण्याचे कारण म्हणजे त्याचा आकार आणि त्याचे धोरणात्मक महत्त्व यांच्यातला फरक. तो एका मोठ्या observatory concept मधील एक modest element आहे, पण अशा प्रकारच्या starlight-suppression technology शिवाय mission objective खूपच कठीण होते. दूरदर्शक तारे आणि इतर अनेक astrophysical targets पाहू शकेल, पण पृथ्वी-सदृश ग्रहांचे थेट प्रतिमांकन करण्याची मुख्य महत्त्वाकांक्षा बाधित होईल.

space science अनेकदा अशाच प्रकारे पुढे जाते: फक्त giant rockets किंवा flagship observatories मुळे नव्हे, तर काटेकोरपणे परिभाषित केलेली भौतिक समस्या सोडवणाऱ्या precision components मुळे. एकच optical barrier खगोलशास्त्रज्ञ आणि पूर्णपणे नवीन observation category यांच्या मध्ये उभा राहू शकतो.

Habitable Worlds Observatory यशस्वी झाले, तर वैज्ञानिक लाभ प्रचंड असेल. दूरच्या rocky planets ची direct images, atmospheric spectroscopy सोबत, Solar Systemच्या पलीकडे जीवनाचा शोध घेण्याच्या मानवतेच्या प्रयत्नांना नवे रूप देऊ शकतात. optical vortex phase mask ही संपूर्ण कथा नाही, पण exoplanet discovery आता दूरदर्शकाच्या raw power इतकीच, प्रकाशाच्या अत्यंत सूक्ष्म नियंत्रणावर अवलंबून आहे, याचे हे सर्वात स्पष्ट उदाहरणांपैकी एक आहे.

हा लेख Universe Today मधील रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.