ஃபோட்டானிக்ஸ் முன்னேற்றம் வாழத்தகுந்த உலகங்களைத் தேடுவதைக் கூர்மைப்படுத்தலாம்

பூமியைப் போன்ற கோள்களைத் தேடும் பணியில் உள்ள ஒரு தொழில்நுட்பத் தடையிடம்

ஒரு வாழத்தகுந்த பகுதியில் இருக்கும் பாறைக் கோளை கண்டுபிடிப்பது, வெறும் பெரிய தொலைநோக்கியை உருவாக்குவதால் மட்டும் முடியாது. அதைவிட கடினமான பிரச்சினை, மங்கலான கோள் சிக்னலை அதன் நட்சத்திரத்தின் மிக அதிக ஒளிர்விலிருந்து பிரித்தறிவதுதான். இந்த சவாலே, இப்போது சென்ட்ரல் ஃபுளோரிடா பல்கலைக்கழகம் மற்றும் கூட்டாளர் நிறுவனங்களில் நடைபெறும் NASA நிதியுதவியுடன் கூடிய ஆராய்ச்சி முயற்சியின் மையமாக உள்ளது; அங்கு விஞ்ஞானிகள், எதிர்கால கண்காணிப்பு நிலையங்கள் சாத்தியமான வாழத்தகுந்த உலகங்களை கண்டறிந்து ஆய்வு செய்ய உதவும் முன்மாதிரி ஃபோட்டானிக்ஸ் அமைப்புகளை உருவாக்கி வருகின்றனர்.

இந்தப் பணியானது திட்டமிடப்பட்டுள்ள Habitable Worlds Observatory, அல்லது HWO, என்பதுடன் தொடர்புடையது. இது NASA 2040களில் ஏவத் திட்டமிட்டுள்ள பெரிய அகச்சிவப்பு, ஒளியியல் மற்றும் அல்ட்ராவயலெட் விண்வெளி தொலைநோக்கி. மூலப் பொருளில் விளக்கப்பட்டபடி, HWO, நட்சத்திரச் சூழல் வாழத்தகுந்த பகுதிகளில் உள்ள பாறைக் கோள்களைத் தேடி, அவற்றின் வளிமண்டலங்களைப் பண்புரிப்பதற்காகவே குறிப்பாக வடிவமைக்கப்படுகிறது. இது பரந்த வானியற்பியல் ஆராய்ச்சிக்கும் துணைபுரியும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. ஆனால் மிக உயர்வாக நிர்ணயிக்கப்பட்ட வெளிநட்சத்திரக் கோள் ஆய்வுகளைச் செய்ய, தொலைநோக்கி மற்றும் கொரோனாகிராஃப் வழியாக ஒளி நகரும் போது, அதை அளக்கும், வடிவமைக்கும் மற்றும் கட்டுப்படுத்தும் முறையில் அசாதாரண நிலைத்தன்மையும் துல்லியமும் தேவைப்படும்.

அந்த இடத்தில்தான் தற்போதைய முயற்சி வருகிறது. UCF-இன் Center for Research and Education in Optics and Lasers-இல் பணியாற்றும் ஆராய்ச்சியாளர்கள், UC Santa Cruz, சிட்னி பல்கலைக்கழகம் மற்றும் Space Telescope Science Institute ஆகியவற்றின் கூட்டாளிகளுடன் இணைந்து, Photonics-Enabled Exoplanet Spectroscopic System, அல்லது PEEPSS, எனப்படும் மூன்று ஆண்டுகள் கொண்ட NASA நிதியுதவி திட்டத்தின் மூலம் செயல்படுத்தும் தொழில்நுட்பத்தை உருவாக்கி வருகின்றனர்.

நட்சத்திர ஒளி ஏன் இத்தனை பெரிய தடையாக உள்ளது

நேரடி வெளிநட்சத்திரக் கோள் படமெடுப்பில் அடிப்படை சிரமம் அளவுத்தன்மைதான். ஒரு நட்சத்திரத்தின் வாழத்தகுந்த பகுதியில் இருக்கும் கோள், தொலைநோக்கியின் கோணத்தில் பெரும்பாலும் அந்த நட்சத்திரத்துக்கு மிக அருகில் இருக்கும்; மேலும் நட்சத்திரம் கோளைக் காட்டிலும் பல மடங்கு அதிக பிரகாசமுடையதாக இருக்கும். PEEPSS-இன் முதன்மை ஆய்வாளர் UCF பேராசிரியர் Stephen Eikenberry, மூல உரையில் குறிப்பிட்டபடி, இலக்கு உலகை விட நட்சத்திரம் சுமார் 10 பில்லியன் மடங்கு அதிக பிரகாசமாக இருந்தால், அந்த மிளிர்வை மிகச் சிறப்பாகக் குறைத்தாலும், கோள் சிக்னலை மூடிவிட போதுமான மீதமுள்ள ஒளி எஞ்சியிருக்க முடியும் என்பதை விளக்குகிறார்.

இதனால்தான் வானியலாளர்கள் கொரோனாகிராஃப்களைப் பயன்படுத்துகின்றனர்; இவை நட்சத்திரத்தின் ஒளியைத் தடுத்து, சுற்றிவரும் கோள்களிலிருந்து பிரதிபலிக்கும் ஒளி ஒரு கண்டறிவி கருவியை அடைய உதவுவதற்காக வடிவமைக்கப்பட்ட கருவிகள். ஆனால் கொரோனாகிராஃப்கள் மாயக் கவசங்கள் அல்ல. ஒளியியல் அமைப்புகளில் ஏற்படும் நுண்ணிய குறைபாடுகள் நட்சத்திர ஒளி அமைப்புக்குள் கசிந்து செல்ல அனுமதிக்கலாம். இலக்கு மிக மிக மங்கலாக இருக்கும் போது, மைக்ரோ அளவிலான குறைபாடுகள்கூட திட்டத்தின் அளவிலான பிரச்சினைகளாக மாறுகின்றன.

சாத்தியமான உயிரியல் அடையாளங்களைக் கொண்ட உலகுகளை கண்டறிய முயலும் எதிர்கால தொலைநோக்கிகளுக்கு, அந்தப் பிரச்சினை ஓரங்கட்டமானது அல்ல. அது அடித்தளமானது. மீதமுள்ள நட்சத்திர ஒளியை அபூர்வமான துல்லியத்துடன் ஒடுக்கவும் அளக்கவும் முடியாவிட்டால், தொலைநோக்கி ஒரு மங்கிய மூலமே ஒரு கோள்தானா என்பதை உறுதிப்படுத்துவதில்கூட, அதன் வளிமண்டலத்தில் உள்ள வாயுக்களை ஆய்வு செய்வதாவது கூட, சிரமப்படலாம்.

PEEPSS என்ன சேர்க்க முயல்கிறது

PEEPSS திட்டம் இந்த துல்லிய அடுக்கை நோக்கமாகக் கொண்டது. மூல உரையின் படி, நட்சத்திரங்களின் ஒளியால் மறைக்கப்பட்டிருக்கும் கோள்களை நேரடியாகக் காண வானியலாளர்களுக்கு உதவும் முன்மாதிரி அமைப்புகளை இந்தக் குழு உருவாக்கியும் சோதித்தும் வருகிறது. UCF வழங்கும் பங்களிப்பு, ஒளி மிகவும் நுணுக்கமாகக் கட்டுப்படுத்தப்பட வேண்டிய இடங்களிலெல்லாம் அதிகரித்த முக்கியத்துவம் பெறும் fiber optics மற்றும் photonics துறைகளின் நிபுணத்துவத்தைப் பயன்படுத்துகிறது.

கொடுக்கப்பட்ட உரை முழுமையான தொழில்நுட்ப விவரம் முடிவடையும் முன்பே துண்டிக்கப்பட்டிருந்தாலும், அந்த அமைப்பு, தொலைநோக்கி-மேலும்-கொரோனாகிராஃப் கட்டமைப்பில் wavefront பிழைகள் மற்றும் கசிந்த நட்சத்திர ஒளி எவ்வாறு கையாளப்படுகின்றன என்பதை மேம்படுத்துவதற்காக வடிவமைக்கப்பட்டிருப்பது தெளிவாகிறது. நடைமுறையில், அதாவது, நட்சத்திரத்தின் மிளிர்வு குறைக்கப்பட்ட பிறகும் எஞ்சும் மிகச் சிறிய கோள் சிக்னலை சிறப்பாகத் தனிமைப்படுத்த மேம்பட்ட ஒளியியல் முறைகளைப் பயன்படுத்துவதாகும்.

இந்த வேலை, விண்வெளித் தொழில்நுட்ப மேம்பாட்டின் முக்கியமான வகையில் அடங்குகிறது: தலைப்புச் செய்தியாக மாறும் அறிவியல் சாத்தியமாகத் தோன்றுவதற்குக் காரணமான, சிறு படிகளாக ஆனால் திட்டத்தின் வெற்றிக்குத் தீர்மானகரமான பொறியியல். பொதுக் கவனம் பெரும்பாலும் தொலைநோக்கி, ஏவுகணை அல்லது கண்டுபிடிப்பு படத்தின்மீது செல்கிறது. ஆனால், பல தீர்மானகரமான முன்னேற்றங்கள் அதற்கு ஆண்டுகளுக்கு முன்னரே, ஆய்வகங்களில், சத்தம், இடர்வு, அளவுத்திருத்தம் மற்றும் ஒளியியல் மாசுபாடு போன்ற பிரச்சினைகளைத் தீர்க்கும் குழுக்களால் நிகழ்கின்றன.

Habitable Worlds Observatory-க்கு இது ஏன் முக்கியம்

Habitable Worlds Observatory, ஏவப்பட்ட பிறகு வெளிநட்சத்திரக் கோள் அறிவியலுக்கான பிரதான கருவியாக மாறும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. பிறகு கோள்களைத் தேடுவதற்காக மாற்றியமைக்கப்படும் பலநோக்கு கண்காணிப்பு நிலையங்களைவிட, HWO ஆரம்பத்திலிருந்தே பாறைத் தன்மை கொண்ட, சாத்தியமான வாழத்தகுந்த கோள்களைத் தேடுவதும் அவற்றின் வளிமண்டலங்களை ஆய்வு செய்வதுமாகவே வடிவமைக்கப்படுகிறது. இதனால் செயல்திறன் தேவைகள் மிகவும் கடுமையானதாகின்றன.

சிறிய, தொலைவில் உள்ள உலகுகளில் வளிமண்டல வேதியியலை அடையாளம் காண, வானியலாளர்களுக்கு வெறும் கண்டறிதல் போதாது. கோளின் மங்கிய பிரதிபலித்த ஒளியை கருவி சார்ந்த மற்றும் நட்சத்திரத்தால் உருவாகும் கலங்குதல்களிலிருந்து பிரித்தறியக்கூடிய நிலையான கண்காணிப்புகள் தேவை. wavefront கட்டுப்பாடு, நட்சத்திர ஒளி மறுப்பு அல்லது சிக்னல் தூய்மை ஆகியவற்றில் ஏற்படும் எந்த மேம்பாடும், அறிவியல் பலனில் பெரிய உயர்வாகக் குவியலாம்.

அதனால்தான் இப்போதைய முன்மாதிரி வேலை மிகவும் முக்கியமானதாக இருக்கிறது. ஒரு பிரதான கண்காணிப்பு நிலையம் விரிவான செயலாக்கக் கட்டத்துக்குள் நுழையும் நேரத்தில், மிகவும் முக்கியமான உதவித் தொழில்நுட்பங்கள் திட்ட ஆபத்தைக் குறைக்கும் அளவுக்கு முதிர்ச்சியடைந்திருக்க வேண்டும். PEEPSS போன்ற திட்டங்கள், எதிர்கால கருவிகள் கனவான வடிவமைப்பு இலக்குகளிலிருந்து செயல்பாட்டு திறனுக்குச் செல்ல முடியுமா என்பதை நிர்ணயிக்க உதவுகின்றன.

ஒரே தொலைநோக்கியைத் தாண்டி

மூல உரை மேலும், UCF தலைமையிலான இந்த வேலை HWO-வைத் தாண்டியும் பிற அடுத்த தலைமுறை தொலைநோக்கிகளுக்கு ஆதரவளிக்கக்கூடும் என்று குறிப்பிடுகிறது. இது ஒரு முக்கியக் கருத்து. வெளிநட்சத்திரக் கோள்களின் நேரடி படமெடுப்பு மற்றும் வரைவியல் தனிமைப்படுத்தலுக்கான தொழில்நுட்பங்கள் ஒரு திட்ட கட்டமைப்புக்கே மட்டும் பயனுள்ளதாக இருப்பதில்லை. வெற்றி பெற்றால், அவை பல கண்காணிப்பு நிலையங்கள் உயர்மாறுபாடு படமெடுப்பை அணுகும் முறையைப் பாதிக்கக்கூடும்.

இது முக்கியம், ஏனெனில் வாழத்தகுந்த உலகுகளுக்கான தேடல், கண்டுபிடிப்பிலிருந்து பண்புரிதலுக்குச் விரிவடைந்து வருகிறது. வெளிநட்சத்திரக் கோள் அறிவியலின் முதல் கட்டத்தில், பிற நட்சத்திரங்களைச் சுற்றும் கோள்கள் பொதுவாக உள்ளனவா என்பதே முக்கியமான கேள்வியாக இருந்தது. அந்தக் கேள்விக்குப் பெரும்பாலும் “ஆம்” எனப் பதிலளிக்கப்பட்டுவிட்டது. அடுத்த கட்டம், அந்த உலகுகளில் எவை பாறைத் தன்மை கொண்டவை, வெப்பநிலை ஏற்றவை, வேதியியல் ரீதியாக சுவாரசியமானவை என்பதை கேட்கிறது. அதன் பின்னர் உள்ள கட்டம், உயிரியல் இல்லாமல் விளக்க இயலாத வளிமண்டலக் கூட்டணிகளை அவை ஏதேனும் காட்டுகிறதா என்பதைப் பற்றியது.

ஒவ்வொரு படியும் கருவிகளுக்கான தரநிலையை உயர்த்துகிறது. ஒரு கோளைக் கண்டுபிடிக்கக்கூடிய கண்டறிவி, அதன் வளிமண்டலத்தில் என்ன இருக்கிறது என்பதைத் தீர்மானிக்க போதுமானதாக இருக்க வேண்டியதில்லை. அறிவியல் கேள்வி ஆழமடையும்போது, சிதறும் ஒளி, நிலையற்ற தன்மை, ஒளியியல் பிழை ஆகியவற்றுக்கு சகிப்புத் தளம் மேலும் குறைகிறது.

நீண்ட கால அட்டவணை, ஆனால் மிக முக்கியமானது

HWO-க்கு 2040களில் ஏவுதள சாளரம் இருப்பதால், அந்தக் கண்காணிப்பு நிலையம் இன்னும் நீண்டகாலத் திட்டமாகவே உள்ளது. ஆனால் அதுவே பெரிய விண்வெளி அறிவியல் திட்டங்களுக்கு வழக்கமான காலக்கெடுவாகும்; அதனால்தான் கூறு தொழில்நுட்பங்கள் இப்போதே உருவாக்கப்படுகின்றன. photonics-இயக்கப்பட்ட அமைப்புகளில் நம்பிக்கையை உருவாக்க ஆண்டுகளான மீள்திருத்தம், சோதனை, மற்றும் சரிபார்ப்பு தேவைப்படும்.

பொதுமக்களுக்கு, PEEPSS போன்ற திட்டங்கள், ஒரு ஏவுதலோ ஒரு கோள் படமோடு ஒப்பிடுகையில் கருத்தரீதியாகத் தோன்றலாம். ஆனால் துறைக்கோ, இவை பேராசையான அறிவியலை நம்பத்தகுந்ததாக மாற்றும் செயல்முறையின் ஒரு பகுதியாகும். பிரகாசமான நட்சத்திரத்துக்கு அருகில் இருக்கும் மங்கிய, பூமி அளவிலான உலகைக் நேரடியாகக் காண்பது, வானியலின் மிகவும் கடினமான தொழில்நுட்ப இலக்குகளில் ஒன்றாகும். ஒரு கோளை அதைச் சூழ்ந்துள்ள மிளிர்விலிருந்து பிரிக்க முடியுமா என்பதைத் தீர்மானிக்கும் ஒளியியல் விவரங்களைத் தீர்ப்பதில்தான் முன்னேற்றம் சார்ந்துள்ளது.

HWO இறுதியில் தனது வாக்குறுதியை நிறைவேற்றினால், அது கண்ணாடியின் அளவினாலோ திட்டத்தின் பரப்பளவினாலோ மட்டும் அல்ல; தேவையான நேரத்தில் துணை தொழில்நுட்பங்கள் தயார் நிலையில் இருந்ததாலும்தான். UCF மற்றும் அதன் கூட்டாளர் நிறுவனங்களில் நடைபெறும் தற்போதைய முயற்சி, அந்தக் குழாய்த் தொடரின் ஒரு எடுத்துக்காட்டு: எதிர்கால கண்காணிப்பு நிலையம் நவீன வானியலின் மிகவும் கடினமான செயல்களில் ஒன்றை, அதாவது தொலைவில் உள்ள வாழத்தகுந்த உலகத்தின் ஒளியை கண்டுபிடித்து வாசிப்பதைச் செய்யக்கூடிய சாத்தியத்தை உயர்த்தும் நோக்கத்துடன் செய்யப்படும் இலக்குப்பூர்வ பொறியியல்.

இந்தக் கட்டுரை Universe Today வழங்கிய செய்தியளிப்பை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.