Udoskonalone oprzyrządowanie Europejskiego Teleskopu Słonecznego
Słońce to gwiazda, która stanowi dla nas podstawowy model pozwalający na zrozumienie reszty wszechświata. Głównym zadaniem Europejskiego Teleskopu Słonecznego (EST) jest staranna obserwacja Słońca – jedynej gwiazdy, którą możemy badać w wysokiej rozdzielczości. Ale taka dokładna obserwacja procesów słonecznych wymaga instrumentów mogących dostarczyć najdrobniejszych szczegółów, w najmniejszych skalach. Finansowany ze środków UE zespół GREST pracował nad uzyskaniem wysokiej rozdzielczości przestrzennej takich instrumentów poprzez projekty, testy i prototypy krytycznych instrumentów dla przyszłej naziemnej infrastruktury badania fizyki słonecznej, a zwłaszcza dla Europejskiego Teleskopu Słonecznego (EST). Oprócz zapewnienia wzrostu i różnorodności na istniejących rynkach, innowacje GREST zwiększą również zapotrzebowanie na wykwalifikowaną siłę roboczą w sektorze zaawansowanych technologii. Dokładne wyregulowanie instrumentów Przedstawiając multidyscyplinarny charakter projektu GREST, jego koordynator Manuel Collados tłumaczy: „Najbardziej ekscytujące dyskusje dotyczyły tego, jak rozwinąć obecne techniki, aby sprostać specyfikacjom EST. Na przykład naukowcy i inżynierowie zarówno ze środowiska akademickiego, jak i przemysłu dyskutowali o tym, jak rozwijać większe, szybsze i bardziej wydajne detektory, przewyższające obecne rozwiązania”. Prace będące efektem tych dyskusji zaowocowały szeregiem kluczowych innowacji, takich jak etalony o dokładności nanometrycznej i dwa instrumenty Integral Field Unit (IFU) (jeden oparty na modułach image slicer, a druga na wykorzystaniu mikrosoczewek) do obserwacji przestrzennych o wysokiej rozdzielczości. Opracowano również oprogramowanie symulacyjne do modelowania zachowania przechylonych odkształcalnych zwierciadeł (DM) dla optyki MCAO (multi-conjugate adaptive optics), co jest niezbędne, aby EST mógł osiągnąć wymaganą wysoką rozdzielczość przestrzenną. Ponieważ obserwacje Słońca wymagają znaczącego udoskonalenia czujników, zespół z powodzeniem zbadał wykonalność nowej technologii zapisu ładunków (opartej na tranzystorze polowym pozbawionym kanału p – DEPFET), projektując, budując i testując prototyp. Technika ta potencjalnie stanowi podstawę dla kamery naukowej nowej generacji do precyzyjnej polarymetrii. W oparciu o te wyniki opracowano koncepcję kamery polarymetrycznej gotowej do prowadzenia badań naukowych oraz przygotowano plan działań dotyczących wdrożenia. Dodatkowo zbudowano prototyp wielkoformatowej (4k x 4k), szybkiej, cechującej się niskim poziomem zakłóceń kamery, opartej na naukowej technologii komplementarnych półprzewodników tlenkowych (sCMOS), zapewniającej pamięć in-situ dla maksymalnie czterech niezależnych obrazów. Ocena wykazała, że prototyp kamery jest zgodny ze specyfikacją EST – dotychczas nie mogło się tym pochwalić żadne urządzenie, komercyjne ani inne. Pojawienie się teleskopów i instrumentów nowej generacji, a zwłaszcza nowoczesnych, wielkoformatowych detektorów, oznacza konieczność stosowania dużych modulatorów polaryzacyjnych. W ramach projektu GREST z powodzeniem wyprodukowano i przetestowano wiele wielkoformatowych opóźniaczy ciekłokrystalicznych, opartych na różnych podejściach, w tym na antyrównoległych, równoległych, wyrównanych równolegle ogniwach nematycznych i ferroelektrycznych. Zrozumienie wpływu aktywności słonecznej na Ziemię Słoneczna aktywność magnetyczna powoduje krótko- jak i długoterminowe zmiany na Ziemi, potencjalnie wpływające na miliony ludzi. Lepsze zrozumienie związku pomiędzy mocą promieniowania słonecznego a klimatem Ziemi, w celu przewidywania zaburzeń kosmicznych wywołanych przez Słońce, może poprawić efektywność łagodzenia skutków tych zmian. Badając fizyczne mechanizmy atmosfery słonecznej, na niespotykanym dotąd poziomie szczegółowości, EST powoli odpowiedzieć na od dawna zadawane pytania, dotyczące na przykład struktury i ewolucji słonecznych pól magnetycznych, w tym plam słonecznych; przenikania pól magnetycznych przez powierzchnię słoneczną; dynamiki i nagrzewania się chromosfery; mechanizmu wyzwalającego rozbłyski i magnetyczne sprzężenie atmosfery słonecznej. Jak mówi Collados, „rozwiązania powstałe dzięki projektowi GREST to znaczący krok naprzód w realizacji potencjału EST. Nie tylko daje on doskonałą okazję do rozwijania nowych zastosowań na podstawie przełomowych technologii, ale także wzmacnia współpracę między środowiskiem akademickim a przemysłem, która zaowocowała już powstaniem nowych urządzeń”. Oprócz tego, że są one przydatne do obserwacji Słońca, oczekuje się, że same wielkoformatowe technologie detektorów przyniosą korzyści w szerszym zakresie zastosowań wymagających obserwacji astronomicznych o wysokiej rozdzielczości, takich jak wykrywanie obiektów bliskich Ziemi i badanie pulsarów, a także otworzą nowe rynki dla transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), krystalografii białek i tomografii rentgenowskiej. Aby zakończyć pracę, zespół kontynuuje badania, produkcję, testowanie, doskonalenie i walidację różnych technologii, zarówno w laboratorium, jak i in situ.
Słowa kluczowe
GREST, fizyka plazmy, Słońce, teleskop, słoneczne, gwiazda, pola magnetyczne, plamy słoneczne, wysoka rozdzielczość przestrzenna, detektory, czujniki, atmosfera