ஒரு சிறிய ஒளியியல் மாஸ்க் NASA-க்கு மற்ற பூமிகளைப் பார்க்க உதவலாம்

மற்றொரு பூமியைத் தேடுவதில் மிகக் கடினமானது தூரம் அல்ல, ஒளிச்சமமாகும்

பூமி போன்ற கோள்களை கண்டுபிடிக்க வானியல் வல்லுநர்களுக்கு பெரிய தொலைநோக்கிகள் மட்டும் போதாது. அந்தக் கோள்கள் சுற்றும் நட்சத்திரங்களின் கண் கூசும் ஒளியை அடக்குவதற்கான முறைகளும் தேவை. வழங்கப்பட்ட மூல உரைப்படி, NASA-வின் திட்டமிடப்பட்ட Habitable Worlds Observatory, மங்கலான exoplanets-ஐ நேரடியாகப் படமெடுக்க, வரும் நட்சத்திர ஒளியை பத்தாயிரம் கோடி மடங்கு குறைக்க வேண்டியிருக்கும். இதுவே அந்த ஒளியியல் சவாலின் அளவு.

இந்த முயற்சியின் மையத்தில் இருப்பது ஒரு optical vortex phase mask. இது தொலைநோக்கியின் focal point-ல் வைக்கப்படும் சிறிய ஆனால் மிகத் துல்லியமான கூறு. அதன் வேலை, வரும் நட்சத்திர ஒளியை அந்த ஒளி தானாகவே destructive interference மூலம் ரத்து ஆகும் வகையில் மாற்றுவதுதான். மீதமிருக்கும் ஒளியை பின்னர் தடுக்கலாம்; இதனால் அச்சு மையத்திலிருந்து சற்றே விலகி இருக்கும் கோளின் மிக மங்கலான ஒளி detector-ஐ அடைய முடியும்.

மாஸ்க் எப்படி செயல்படுகிறது

மூல உரை இந்தப் பிரச்சினையை, கிலோமீட்டர்கள் தூரத்திலிருந்து ஒரு lighthouse-க்குப் பக்கத்தில் firefly-யைக் காண முயல்வதுடன் ஒப்பிடுகிறது. பூமி போன்ற உலகங்களை நேரடியாகப் படமெடுக்க முயற்சிக்கும்போது வானியல் வல்லுநர்கள் எதிர்கொள்ளும் ஒளி விகிதத்தைச் சொல்ல இது நல்ல சுருக்கம். தொலைநோக்கியின் கண்ணாடி முழுமையாக இருந்தாலும், diffraction இயற்பியல் நட்சத்திர ஒளியை வளையமிட்ட Airy pattern-ஆகப் பரப்புகிறது. அந்த வளையங்கள் அருகிலுள்ள exoplanet-இன் signal-ஐ இன்னும் மூடிவிடலாம்.

வோர்டெக்ஸ் மாஸ்க் அதன் மையத்தைச் சுற்றி மெதுவாக தொடர்ந்து அதிகரிக்கும் கவனமாக வடிவமைக்கப்பட்ட phase delay-ஐ சேர்த்து இந்தப் பிரச்சினையைத் தீர்க்கிறது; அது ஒரு screw-இன் உயர்ந்து செல்லும் thread போல. அந்த அமைப்பின் வழியாக மையப்படுத்தப்பட்ட நட்சத்திர ஒளி செல்லும் போது, wavefront மாற்றமடைந்து downstream-இல் ஒளி தானாகவே ரத்து ஆகும். சற்றே வேறான கோணத்தில் வரும் கோளின் ஒளி மையத்தைத் தவறவிட்டு, இந்தச் செயல்முறையில் உயிர்வாழ்கிறது.

இது வெறும் புத்திசாலித்தனமான யுக்தி மட்டுமல்ல. இது புள்ளிவிவர அடிப்படையிலான கண்டறிதலைத் தாண்டி, வாழக்கூடிய வாய்ப்பு உள்ள கோள்களை நேரடியாகக் காணும் எதிர்கால வானியல் முறையை சாத்தியப்படுத்தும் தொழில்நுட்பங்களில் ஒன்றாகும். Transit மற்றும் radial-velocity முறைகள் ஏற்கனவே exoplanet அறிவியலை மாற்றியுள்ளன, ஆனால் அவை பொதுவாக கோள்களை அவற்றின் விளைவுகளிலிருந்து ஊகிக்கின்றன. Direct imaging மூலம், வானியல் வல்லுநர்கள் காட்சிகளைப் போல உலகங்களை ஆய்வு செய்ய முடியும்; வெறும் சுவடுகளாக அல்ல.

இங்கே materials science-மும் ஏன் முக்கியம்

மூல உரையில் விவரிக்கப்பட்டுள்ள தொழில்நுட்பத்தின் மிக நம்பிக்கையளிக்கும் வடிவத்தில், thin layer of liquid crystal polymer பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதன் molecular chains-ன் திசையை மிகத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்தி, polarization-ஐப் பொறுத்து ஒளியை வேறுபட்ட முறையில் வடிவமைக்க முடியும். அது உருவாக்கும் delay, material chemistry-யுடன் குறுகிய முறையில் இணைக்கப்படாத geometric delay என்பதால், பரந்த wavelength வரம்பில் செயல்பட முடியும்.

அந்த broadband நடத்தை முக்கியமானது. உயிரின் அறிகுறிகளைத் தேடுவதற்கான தொலைநோக்கி ஒரே நிற ஒளியையே சார்ந்து இருக்க முடியாது. வளிமண்டல அமைப்பை வெளிப்படுத்தத் தேவையான அளவு செழுமையான spectrum-ஐ அது ஆய்வு செய்ய வேண்டும். அதாவது, நட்சத்திர ஒளியை அடக்கப் பயன்படும் அதே கருவி, தூரமான உலகில் habitability-யுடன் தொடர்புடைய வாயுக்கள் அல்லது பண்புகள் உள்ளனவா என்று கேட்க வேண்டிய தகவல் உள்ளடக்கத்தையும் பாதுகாக்க வேண்டும்.

சிறிய கூறு, ஆனால் மிகப் பெரிய விளைவுகள்

வோர்டெக்ஸ் மாஸ்கை ஈர்க்கக்கூடியதாக 만드는து, அதன் அளவும் அதன் மூலதன முக்கியத்துவமும் இடையிலான வேறுபாடுதான். இது மிகப் பெரிய observatory concept-இன் உள்ளே இருக்கும் ஒரு சிறிய கூறு; ஆனால் இத்தகைய starlight-suppression தொழில்நுட்பம் இல்லாமல், mission objective மிகவும் கடினமாகிறது. தொலைநோக்கி இன்னும் நட்சத்திரங்களையும் பிற பல astrophysical targets-ஐயும் பார்க்க முடியும்; ஆனால் பூமி போன்ற கோள்களை நேரடியாகப் படமெடுக்கும் முக்கிய இலக்கு பாதிக்கப்படும்.

விண்வெளி அறிவியல் பெரும்பாலும் இப்படித்தான் முன்னேறுகிறது: பெரிய rocket-கள் அல்லது flagship observatory-கள் மூலம் மட்டுமல்ல, குறிப்பாக வரையறுக்கப்பட்ட ஒரு இயற்பியல் சிக்கலைத் தீர்க்கும் துல்லிய கூறுகள் மூலமாகவும். ஒரே ஒரு optical barrier, வானியல் வல்லுநர்களுக்கும் முற்றிலும் புதிய observation வகைக்கும் நடுவே நிற்க முடியும்.

Habitable Worlds Observatory வெற்றி பெற்றால், அதன் அறிவியல் பலன் மிகப் பெரியதாக இருக்கும். தூரத்து பாறை கோள்களின் direct images, atmospheric spectroscopy-யுடன் இணைந்து, Solar System-க்கு அப்பால் உயிரைத் தேடும் மனிதகுலத்தின் முயற்சியை மறுவடிவமைக்க முடியும். optical vortex phase mask தான் முழுக் கதை அல்ல; ஆனால் exoplanet discovery இப்போது தொலைநோக்கியின் raw power-ஐவிட, ஒளியை மிக நுணுக்கமாகக் கட்டுப்படுத்துவதில் எவ்வளவு சார்ந்திருக்கிறது என்பதற்கான மிகத் தெளிவான எடுத்துக்காட்டுகளில் இதுவும் ஒன்று.

இந்தக் கட்டுரை Universe Today-இன் செய்தியறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.