Anelli microscopici concentrici sulla lente piatta. (Credito immagine: Menon Lab/Università dello Utah) Ingegneri e astronomi dell’Università dello Utah hanno progettato un nuovo tipo di lente per telescopi: una lente piatta con incisioni microscopiche per rifrangere la luce. Se il concetto può essere scalato, queste lenti potrebbero un giorno sostituire le lenti e gli specchi più pesanti e ingombranti tipicamente utilizzati nei telescopi, in particolare quelli degli osservatori professionali a terra e nello spazio. In futuro, potrebbero anche essere implementate nei telescopi amatoriali, afferma il team. “Le nostre tecniche computazionali hanno suggerito che potremmo progettare lenti piatte diffrattive a più livelli con grandi aperture che potrebbero focalizzare la luce attraverso lo spettro visibile,” ha detto Rajesh Menon, professore di ingegneria dello Utah, in una dichiarazione. Esistono due tipi base di telescopi: rifrattori e riflettori. Un rifrattore utilizza lenti per rifrangere la luce e portarla a fuoco. I riflettori utilizzano almeno due specchi per riflettere la luce verso un punto focale. Poiché le grandi lenti sono pesanti e costose da realizzare, i telescopi più grandi tendono a utilizzare specchi (a volte in combinazione con lenti più piccole). Le lenti possono anche soffrire di un problema noto come aberrazione cromatica, in cui diverse lunghezze d’onda della luce vengono rifratte a gradi leggermente diversi, così che i diversi colori si focalizzano in punti diversi, risultando in frange di colore attorno agli oggetti. I tecnici ottici possono alleviare questo problema attraverso l’uso complesso di rivestimenti in vetro e lenti multiple, sebbene ciò aggiunga costi e spese. Tuttavia, i giorni delle lenti per telescopi ingombranti e costose potrebbero presto finire grazie alla nuova lente piatta del team, che misura meno di un millimetro di spessore. che è stata sviluppata da un team guidato da Apratim Majumder, membro del laboratorio di Menon nello Utah. “La nostra dimostrazione è un passo verso la creazione di lenti piatte a grande apertura, leggere, con la capacità di catturare immagini a colori per l’uso in telescopi aerei e spaziali,” ha detto Apratim Majumder, membro del laboratorio di Menon nello Utah e leader del team dietro il nuovo prototipo di lente, nella dichiarazione. Majumder, Menon e il loro team hanno progettato una lente piatta da 100 mm (4 pollici), dove anelli concentrici microscopici sono incisi su un substrato di vetro utilizzando una tecnica chiamata “litografia ottica in scala di grigi,” che è una variazione di un metodo tipicamente utilizzato per incidere elettronica su un wafer di silicio. La maggior parte dello spessore di mezzo millimetro della lente piatta è il vetro: le scanalature ad anello sono profonde solo 2,4 micron. La lente piatta da 100 mm senza aberrazione cromatica. (Credito immagine: Menon Lab/Università dello Utah) L’uso di anelli concentrici su una lente piatta non è nuovo: un precursore, chiamato piastra di zona di Fresnel, cerca di fare lo stesso trucco ma non è in grado di eliminare l’aberrazione cromatica. Tuttavia, la lente diffrattiva multistrato (MDL) del team dello Utah è in grado di portare tutte le lunghezze d’onda della luce per cui è stata progettata a rilevare (400-800 nanometri, coprendo l’intervallo della luce visibile e nel vicino infrarosso) a fuoco nello stesso punto, grazie a come la dimensione degli anelli e la spaziatura tra di essi influenzano il modo in cui la luce in arrivo viene rifratta. Poiché tutti i colori si focalizzano nello stesso punto, non c’è aberrazione cromatica. Notizie spaziali, gli ultimi aggiornamenti sui lanci di razzi, eventi di osservazione del cielo e altro ancora! Quando il telescopio fu inventato da Hans Lippershey nel 1608, fu fatto sperimentando con lenti. Oggi, il design ottico di un telescopio coinvolge complessi modelli computerizzati e grandi quantità di dati. La lente piatta è stata testata su un telescopio improvvisato puntato verso il sole e la luna. (Credito immagine: Menon Lab/Università dello Utah) “Simulare le prestazioni di queste lenti su una larghezza di banda molto ampia, dal visibile al vicino infrarosso, ha comportato la risoluzione di complessi problemi computazionali che coinvolgono set di dati molto grandi,” ha detto Majumder. “Una volta ottimizzato il design delle microstrutture della lente, il processo di produzione ha richiesto un controllo del processo molto rigoroso e una stabilità ambientale.” La lente risultante da 100 mm, che ha una lunghezza focale di 200 mm, è stata quindi testata sia sul sole che sulla luna, mostrando con successo macchie solari e (in un’immagine artificialmente migliorata a colori) caratteristiche geologiche accurate sulla superficie lunare. La MDL da 100 mm pesa solo 25 grammi (0,88 oz), rispetto ai 211 grammi (7,44 oz) di una lente da 100 mm di dimensioni simili, disponibile in commercio, che è spessa 17 mm al suo centro curvo. Il Telescopio Spaziale Hubble utilizza uno specchio primario da 2,4 metri con una massa totale di 1.825 libbre (828 chilogrammi), e il Telescopio Spaziale James Webb incorpora 18 segmenti nel suo specchio primario da 21 piedi (6,5 metri) che in totale pesano (sulla Terra) 1.555 libbre (705 chilogrammi). Sulla Terra, gli specchi dei telescopi individuali hanno un limite di dimensioni superiore di 26-33 piedi (8-10 metri), oltre il quale la gravità inizia a farli incurvare. Lo sviluppo di una lente piatta e leggera potrebbe quindi trasformare i telescopi, in particolare per i lanci spaziali dove la massa è un fattore limitante chiave per il decollo dalla Terra. Una descrizione della lente piatta MDL è stata pubblicata il 3 febbraio nella rivista Applied Physics Letters. Unisciti ai nostri Forum Spaziali per continuare a parlare di spazio sulle ultime missioni, il cielo notturno e altro ancora! 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Questo nuovo obiettivo per telescopi potrebbe rivoluzionare l’imaging spaziale
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