De fotonzeef: een onvernietigbare telescoop

Share Button

Ruimtetelescopen geven een loepzuiver beeld, maar ze kennen twee nadelen: ze zijn peperduur en erg gevoelig voor beschadiging. Fotonzeven kennen deze nadelen niet, de reden waarom de onderzoekspoot van het Amerikaanse leger, DARPA, grote belangstelling heeft…

Hoe werkt een fotonzeef?
Stel je voor: een in de ruimte zwevende extreem dunne plastic pannenkoek, waarin miljoenen kleine gaatjes zijn geboord. De gaatjes zijn zo gerangschikt (in concentrische ringen) dat het licht dat er doorheen schijnt, op een brandpunt wordt. Dat is in feite de basisopbouw van de fotonzeef. De fotonzeef werkt niet door refractie, zoals een spiegel, of afbuiging van licht in een medium zoals glas, maar door diffractie. Fotonen die door de gaatjes reizen, vormen door de uitgekiende rangschikking van de gaatjes een golffront dat is afgebogen richting het brandpunt. Vergeleken met traditionele lenzen bereiken maar weinig, rond een tiende, van de fotonen het brandpunt en er is alleen zwart-wit beeld beschikbaar, omdat de diffractie licht van verschillende golflengte (kleur) verschillend sterk afbuigt. De fotonzeef is volkomen plat; er zijn zelfs experimenten gedaan met het maken van foto’s door middel van een op een transparant materiaal geprinte lens.

De fotonzeef ontvouwt zich. Bron: USAF

De fotonzeef ontvouwt zich. Bron: USAF

Goedkoop en opvouwbaar
Waar een ruimtetelescoop als de Hubble al gauw enkele miljarden euro’s kost, kunnen fotonzeven, weanneer in massa geproduceerd, voor een honderdduizendste van dat bedrag geproduceerd en gelanceerd worden. Het voornaamste voordeel van de fotonzeef is dan ook de extreem lage prijs. Ook kunnen fotonzeven makkelijk opgerold worden en zonder problemen elke denkbare grootte meekrijgen. Voor een experiment stuurt Geoff Anderson, onderzoeker in opleiding aan de US Airforce Academy in Colorado Springs, Colorado, nu een als een koffiefilter opgevouwen pannenkoek mee met een 3U CubeSat, een goedkoop dwergsatellietje met een inhoud van ongeveer drie liter. De twintig centimeter doorsnede fotonzeef is voorzien van maar liefst 2,5 miljard gaatjes. Als eerste project wil Anderson een foto maken van de zon.

Spionagetelescoop van 20 m
DARPA denkt verder na over dit soort telescopen, sinds de Chinezen er in 2007 in slaagden met een anti-satellietraket een testsatelliet te vernietigen. Dit deed de Amerikanen realiseren dat  hun dure spionagetelescopen weliswaar glashelder beeld geven, maar ook gemakkelijk uit te schakelen zijn door een vijandige ruimtemacht. Omdat fotonzeven goedkoop in serie te produceren zijn – er wordt een vergelijkbare etstechniek gebruikt die ook voor computerchips wordt geproduceerd – zou een grote vloot aan ruimtetelescopen kunnen worden gelanceerd die nauwelijks uit te schakelen zijn.

DARPA werkt nu aan een 20 m grote telescoop. Hiermee moeten objecten kleiner dan een meter op het aardoppervlak zichtbaar worden.

Ook burgerastronomen verwelkomen de fotonzeef. Waarnemingstijd op de dure ruimtetelescopen is zeer schaars en gewild. Een goedkoop alternatief is dan ook zeer gewild. Een grote vloot zwevende pannenkoeken zou dan ook gebnruikt kunnen worden om bijvoorbeeld op de aarde lijkende exoplaneten op te sporen. Wel zou het beeld van deze exoplaneten uit slechts enkele pixels bestaan en dus niet echt spectaculair zijn. Een betere, dure telescoop kan dan later gericht de exoplaneet bestuderen.

Bron
Geoff Anderson et al., Photon Sieve Space Telescope, USAFA (2012)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

1 reactie

  1. Bemoeier schreef:

    Straks wordt het hier nog donker met al die pannenkoeken boven ons hoofd.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger