‘Akıllı bir cetvel’ uzay teleskoplarının ötegezegenleri görüntülemesine yardımcı olabilir

Burada, mevcut roket kaplamalarını kullanarak ötegezegenleri doğrudan görüntüleyecek kadar büyük bir ayna fırlatmanın mümkün olmadığından, en azından onları 500’den fazla AU uzağa, yerçekimsel bir merceklenme noktasına göndermediğimiz sürece, pek çok kez konuştuk. Ayrıca bu problemin potansiyel çözümü hakkında da uzun uzun konuştuk: birden fazla küçük uydunun tam olarak birbirine bağlandığı ancak devasa bir ayna görevi görecek kadar aralıklı olduğu interferometri. Teknik açıdan sorun şu ki, bu tür sistemleri inşa etmek gerçekten zor.

Ancak bu alan, Xidian Üniversitesi ve Pekin Kontrol Mühendisliği Enstitüsü’ndeki araştırmacıların hazırladığı yeni bir makaleyle bir adım daha ileri gitti. Uzay: Bilim ve Teknolojiserbest yüzen bir interferometreyi hem kontrol etmek hem de kalibre etmek için bir sistemi açıklar.

Lazerlerden bahsetmeden yeni bir interferometri teknolojisi hakkında bir makale olmazdı. Mühendislerin uzayda yüzen iki uydu arasındaki mesafeyi doğru bir şekilde ölçmek için kullandıkları temel araçlardır. Özellikle, ekipmanın kompakt ve son derece hassas olması nedeniyle, frekans taramalı interferometri (FSI) adı verilen bir tekniği kullanmayı seviyorlar. Bir hedefe sürekli olarak frekansı (yukarı veya aşağı) değiştiren bir lazer ateşleyerek, ardından geri dönen ışığın frekansını ölçerek çalışır.

Buraya kadar normal, ancak FSI uzayda iki büyük engelle mücadele ediyor: hedef uydunun hareketi ve titreşiminin ölçüm hatasını arttırdığı Doppler etkisi ve mesafeyi hesaplamak için kullanılan matematiği boşa çıkarabilen lazerlerin kendisindeki yanlışlıklar. Mühendisler bu sorunlardan ilkini, çift yan bantlı FSI (DSB-FSI) adı verilen ve Mach-Zehnder modülatörü (Star Trek’ten çıkmış gibi görünen) adı verilen bir araç kullanarak, biri yukarı, diğeri aşağı doğru aynı anda iki ayrı lazer frekansını aynı anda ateşleyen bir teknik kullanarak çözdüler. Bu sonuçların ortalaması alınır ve hedef uydunun getirdiği hareket hataları birbirini iptal eder.

Geriye lazerin yanlışlığı sorunu kalıyor. Bunu çözmek için Wenjun Chen liderliğindeki araştırma ekibi, Star Trek’e benzeyen başka bir teknolojiye, Fabry-Pérot etalon’a yöneldi. Temel olarak bir etalon, iki paralel yansıtıcı aynaya sahip küçük bir optik boşluktur. Lazerin küçük bir kısmı bu boşluğa çekilir ve ışık yalnızca belirli frekanslarda geçtiğinden, bir sensör, frekans tarama işleminin tam olarak aradığı frekanstan ne zaman geçtiğini tam olarak söyleyebilir ve tüm sistemin, frekans tarama algoritmasında ne varsa sapmanın ne olduğunu anlamasını ve ayrıca bunun düzeltilmesini sağlar.

Araştırmacılar, Star Trek’e benzeyen bu teknolojilerin bu sorunu çözdüğünü kanıtlamak için fiziksel bir prototip oluşturdular. Bir saatlik bir test ve iki sahte “uydu” arasındaki 5,7 metrelik (18,7 fit) mesafe boyunca, etalonun eklenmesi, temel sapma hatasını 20,11um’dan sadece 13,38um’a düşürdü. Bu mutlak anlamda çok fazla olmasa da %33,47’lik bir düşüş anlamına geliyor; bu, böyle bir sistemin uzaydaki ömrü boyunca büyük bir fark yaratacak kadar önemli.

Araştırmacılar ayrıca sistemi ticari olarak doğrulanmış bir lazer interferometreyle (Renishaw XL-80) karşılaştırdılar ve “ev yapımı” sistemlerinin “altın standart” ölçümden yalnızca yaklaşık 44,3 um kadar farklı olduğunu buldular. Ayrıca sistemin, dinamik olarak hareket eden uzay aracını takip etme yeteneğini sergileyerek, 20 mm/s’ye kadar bir hızda kendisinden uzaklaşan hedefleri başarıyla takip ettiğini buldular.

Şimdi söyleniyor ki, sistem mükemmel değil. Uzay zorludur ve aşırı sıcaklık dalgalanmaları, yüksek radyasyon ve mikro yerçekimi gibi uzay uçuşunun gerçekleri, bu sistemi yerde yeniden üretilmesi zor şekillerde etkileyebilir. Ve tabii ki 10 metre (33 feet), eğer gerçekten kullanışlı olacaksa, bu tür herhangi bir sistemin uzayda olması gerekenden en azından bir kat daha yakındır, dolayısıyla tüm bu optik mesafe ölçüm sistemlerini bu hassasiyet seviyesine ölçeklendirmek, bazı ek mühendislik gerektirecektir.

Ancak görünen o ki araştırmacılar doğru yoldalar ve en azından teoride bu optik sistemleri kullanmanın temel fiziğinin sağlam olduğunu kanıtladılar. Çin uzay ajansı, Çoklu Uzay Aracı Dış Gezegen Açıklığı Sentetik Girişim Ölçerini (MEAYIN) L2 Lagrange noktasına fırlatmayı planlıyor.

Bu noktada MEAYIN henüz geliştirme aşamasında yeterince erken olduğundan fırlatma tarihi henüz açıklanmadı ancak LIFE teleskopu gibi benzer interferometre sistemleri de makalede açıklanan optik sihirbazlıktan yararlanabilir. Uçuşa hazır olmadan önce hâlâ yapılacak çok iş olsa da, her küçük araştırma bizi bir ötegezegenin ilk yüksek çözünürlüklü görüntüsünü yakalamaya biraz daha yaklaştırıyor.