Ogledalo, ki ga skupaj držijo laserji

Predstavljajte si vesoljski teleskop velikosti nogometnega igrišča, ki tehta toliko kot nekaj rezin kruha. Raziskovalci so storili korak do tega cilja in ustvarili majhno ogledalo iz drobnih polistirenskih delcev, ki jih skupaj držijo laserji. Brez kakršnih koli omejitev teže bi bili teleskopi lahko veliko močnejši, kot so mislili prej.

Ko gre za vesoljske teleskope, je večji boljši. Teleskopi, kot je Hubblov vesoljski teleskop, uporabljajo velika ogledala za zbiranje svetlobe in večje kot je ogledalo, več svetlobe lahko zberejo, kar jim omogoča, da vidijo najhitrejše in najbolj oddaljene galaksije. Toda velika, težka ogledala so draga za izdelavo in lansiranje v vesolje. Znanstveniki so tako poskušali ugotoviti, kako bi lahko šli na veliko, ne da bi pri tem težili.

Leta 1970 je fizik Arthur Ashkin iz Bell Labs v Holmdlu v New Jerseyju spoznal, da lahko laserski žarki držijo drobne delce na mestu. Od takrat znanstveniki uporabljajo laserje za lovljenje atomov, molekul in drugih majhnih delcev. Z uporabo teh tako imenovanih optičnih pincet so na primer biologi lahko sondirali viruse, celice, bakterije in DNK.

Potem je leta 1979 astronom Antoine Labeyrie, zdaj na francoskem kolidžu v Parizu, predlagal, da bi laserje lahko uporabili tudi za lovljenje in odkrivanje zbirk delcev, da bi oblikovali odsevno površino, s čimer bi ustvarili izjemno lahko ogledalo za vesoljski teleskop. 35-metrski teleskop bi na primer tehtal le 100 gramov. V nasprotju s tem je primarno ogledalo Hubble široko 2, 4 metra, tehta pa 828 kilogramov . Teleskop ne bi bil le lahek, ampak bi se lahko tudi popravil, če bi ga prizadeli leteči meteoriti. "Naravna težnja delcev bi bila, da se vrnejo v ravnotežno stanje in reformirajo membrano, " razlaga fizik Tomasz Grzegorczyk iz BAE Systems v Burlingtonu v Massachusettsu. "To je ogromna prednost."

Ta mesec, ko poročajo v pismih o fizičnem pregledu, Grzegorczyk in sodelavci iz Švicarskega zveznega tehnološkega inštituta v Lausanni pravijo, da so uporabili laserje za urejanje približno 150 kroglic s premerom 3 mikronov za izdelavo ravne odsevne površine. V poskusu so kroglice vsebovane v stekleni celici, napolnjeni z vodo. Laserski žarek sije pod kroglice, zaradi česar se poravnajo v ravno površino. Da bi pokazali, da je površina res zrcalo, so jo raziskovalci uporabili za prikaz slike številke osem, ki je narejena s sijočo svetlobo skozi prozorno ravnilo. Izračunali so tudi, da lahko odsevna površina, izdelana z oblikovanjem jate drobnih delcev v parabolo, usmeri sliko tako, kot to počne teleskopsko ogledalo.

Preden se lahko zgradi tak teleskop, je še veliko dela, priznava Grzegorczyk. "To je en korak k temu, vendar ostaja ogromno izzivov, " pravi. Na primer, verjetno bi moral biti pravi teleskop vsaj približno milijon krat večji, za kar bi bili potrebni močni laserji, ki še ne obstajajo. Morda bi bila največja težava ugotovitev, kako stabilizirati delce v vesolju, pravi. V poskusu voda, v katero so potopljene kroglice, pomaga preprečiti, da bi se delci vijugali okoli in povzročili, da se tvorba rešetke razpade. Kljub temu so preostale ovire večinoma tehnološke, pravi Grzegorczyk, tehnologija pa se nenehno izboljšuje.

"Dejstvo, da jim je uspelo narediti ogledalo, je fantastičen dosežek, " pravi fizik Gian-Luca Lippi z nelinearnega inštituta iz Nice v Franciji, ki ni bil vključen v delo. Medtem ko teoretične študije že prej kažejo, da je to mogoče, ugotavlja, je to prva eksperimentalna demonstracija.

Toda fizik Jene Golovčenko z univerze Harvard je bolj skeptičen. Ker se eksperiment opira na vodo znotraj steklene celice, "popolnoma odvrže resne težave, ki zahtevajo kreativne rešitve za vesoljsko ogledalo, " pravi. Način, kako raziskovalci potrjujejo, da se delci res odražajo na delcih, se zdi pomanjkljiv, dobljeni podatki pa niso dovolj količinsko opredeljeni. Rezultati nimajo izmerjene intenzivnosti in razprave o prostorski velikosti in ločljivosti slik. "Razumevanje tega je pomemben napredek, ki se mi zdi neupravičen, " pravi Golovčenko.

Fizik Michael Burns, tudi s Harvarda, se strinja, da ni jasno, kako učinkovito je ogledalo pri odboju svetlobe. Toda, pravi, "kažejo, da je načelo dobro." Delo naredi teleskop le malo bližje resničnosti, dodaja. "Morate narediti korake v tej smeri, in to je lepo."