De eerste beelden van de 4 meter lange Inouye-zonnetelescoop van de National Science Foundation, eind januari uitgebracht, onthulde de zon in adembenemende details. Door de grootte van de telescoop - het is de grootste zonnetelescoop ter wereld - konden onderzoekers met een hogere resolutie dan ooit tevoren op het zonneoppervlak inzoomen.

Maar de grootte van de nieuwe telescoop heeft nog een ander voordeel dat verder gaat dan de mogelijkheid om de zon met een ongekende resolutie vast te leggen. Het zal wetenschappers ook in staat stellen een ongekende hoeveelheid licht vast te leggen.

"Je kunt een grote telescoop gebruiken, zoals de Inouye zonnetelescoop, twee manieren, " zei Roberto Casini, een wetenschapper bij het National Center for Atmospheric Research (NCAR). "Je kunt naar de zon kijken in het fijnste detail dat de telescoopopening toelaat, of je kunt een deel van dat detail opofferen om de telescoop als een fotonenemmer te gebruiken. De Inouye Solar Telescope geeft ons een hele grote emmer."

Wetenschappers van NCAR's High Altitude Observatory (HAO) hopen dat het gebruik van de telescoop als een fotonenemmer hen de kans geeft om nieuwe kenmerken van polarisatie te ontdekken over het spectrum van zichtbaar licht dat uitstraalt van de zon, die mogelijk te zwak was om te vinden met eerdere kleinere telescopen. Dergelijke handtekeningen, die wetenschappers kritische aanwijzingen geven over de werking van de ingewikkelde magnetische velden van de zon, zijn gemakkelijker te onderscheiden als er meer zonlicht kan worden opgevangen.

Om deze signalen te zoeken, Casini en zijn HAO-collega's ontwierpen en bouwden een van de vijf instrumenten van de Inouye Solar Telescope:de Visible Spectro-Polarimeter (ViSP). Dit uiterst veelzijdige instrument kan elke golflengte in het zichtbare spectrum van de zonnestraling waarnemen, waardoor wetenschappers een enorme mate van flexibiliteit hebben om te verkennen. Het zal ook worden gekoppeld aan een facilitair softwarepakket dat de door ViSP verzamelde gegevens snel zal omzetten in een wetenschappelijk klaar product. Casini hoopt dat de door ViSP ontworpen flexibiliteit en zijn gegevensverwerkingscapaciteit een hernieuwde aandacht zullen geven aan de mysteries die het gepolariseerde licht van de zon kan onthullen.

NCAR wordt gesponsord door de National Science Foundation (NSF). De Inouye Solar Telescope wordt beheerd door de National Solar Observatory van de NSF.

Van de weinigen tot de velen:spectro-polarimetrie toegankelijk maken

Al meer dan een eeuw, wetenschappers weten dat magnetische velden het licht beïnvloeden dat wordt uitgestraald of verstrooid door de ionen in de zonneatmosfeer, polarisatie veroorzaken. Door de polarisatiesignatuur van deze velden te modelleren en te interpreteren, wetenschappers kunnen de grootschalige vorm en structuur van de magnetische velden van de zon traceren. uiteindelijk, dit zal onderzoekers helpen zonne-uitbarstingen beter te begrijpen en te voorspellen. Deze gewelddadige gebeurtenissen produceren ruimteweer dat de radiocommunicatie kan verstoren, elektriciteitsnetten, en GPS-signalen, evenals astronauten in gevaar brengen en satellieten beschadigen.

Maar het detecteren en interpreteren van het gepolariseerde licht van de zon is altijd een uitdaging geweest. Een deel van de reden is dat het signaal meestal erg zwak is, en wetenschappers moeten veel fotonen verzamelen om dat signaal te onderscheiden van de ongepolariseerde achtergrond van de zon. De instrumenten die worden gebruikt om polarisatie te detecteren, dragen ook bij aan deze moeilijkheid omdat ze zelf polarisatie kunnen introduceren. Bijvoorbeeld, de spiegels die in telescopen worden gebruikt om het pad van het invallende licht naar de detector te richten, polariseren dat licht ook. De vaardigheid die nodig was om het gepolariseerde signaal van de zon te ontwarren en dat signaal te interpreteren, is behoorlijk gespecialiseerd.

"Zonnespectro-polarimetrie is tot op de dag van vandaag een kunst die door slechts enkelen wordt beheerst, ' zei Casini.

HAO heeft een lange geschiedenis in de wetenschap van spectro-polarimetrie en heeft andere instrumenten gebouwd om de zon te bestuderen, inclusief een spectro-polarimeter die nog steeds werkt bij de Dunn Solar Telescope op Sacramento Peak in New Mexico. Maar de hoeveelheid waarnemingen die door dat instrument en andere is gedaan, is veel groter dan de hoeveelheid wetenschappelijk onderbouwde gegevens die aan de gemeenschap ter beschikking zijn gesteld. Dit komt omdat de waarnemingen een bottleneck vormen in afwachting van een van de weinige experts in het veld om de complexe analyse te doen die nodig is om de onbewerkte gegevens om te zetten in iets dat bruikbaar is voor een breed scala aan zonnewetenschappers.

Casini - die nog steeds een kartonnen doos met tapes van Sacramento Peak op zijn kantoorvloer bewaart totdat hij tijd heeft om ze te analyseren - zegt dat ViSP en de Inouye Solar Telescope zijn ontworpen om dit knelpunt te doorbreken. Het instrument, die kan worden opgezet en beheerd met een minimum aan menselijke tussenkomst, zal gegevens rechtstreeks invoeren in facilitaire software die de informatie kan verwerken en omzetten in een bruikbaar product voor de wetenschap.

"We willen de ontoegankelijkheid van de wetenschap van polarimetrie overwinnen en wetenschappelijke gegevens creëren voor iedereen, ' zei Casini.

De mogelijkheid om iets nieuws te ontdekken

De hands-off, geautomatiseerd ontwerp van ViSP heeft nog een ander duidelijk voordeel. In tegenstelling tot zijn voorgangers, die handmatig opnieuw moeten worden geconfigureerd om verschillende golflengten van licht te bestuderen, De ViSP-configuratie kan eenvoudig worden aangepast vanaf een computerconsole om elke golflengte in het zichtbare spectrum van de zon te observeren.

Met oudere, arbeidsintensieve spectro-polarimeters, wetenschappers hebben de neiging om vast te houden aan goed geteste golflengten van licht waarvan al bekend is dat ze gevoelig zijn voor het magnetisme van de zon. Wetenschappers zullen ViSP kunnen gebruiken om dezelfde golflengten te bestuderen, en gebruik de resolutie van de Inouye Solar Telescope om deze polarisatie in ongekend detail te bekijken.

Maar ViSP geeft wetenschappers ook een licentie om het volledige spectrum van zichtbaar licht te verkennen, waar ze op nieuwe gepolariseerde signalen kunnen stuiten die nog nooit eerder zijn ontdekt en die hun begrip van de magnetische velden van de zon zouden kunnen verrijken. Het vinden van deze voorheen onontdekte signalen is misschien waarschijnlijker met ViSP omdat, naast de geautomatiseerde flexibiliteit van het instrument, het is gemonteerd onder een enorme telescoop die zoveel licht kan doorlaten. Nieuwe gepolariseerde signalen kunnen zwakker zijn dan de reeds bekende, en hun detectie vereist een nog grotere pool van fotonen om het signaal van de ruis te isoleren.

"Omdat dit de grootste zonnetelescoop is, het biedt echt de mogelijkheid om naar nieuwe dingen te zoeken - dingen die in het verleden misschien zijn verwaarloosd omdat we niet genoeg lichtverzamelende kracht hadden, "Zei Casini. "Nu hebben we genoeg licht."

ViSP bevindt zich nog steeds in het laatste proces van site-acceptatie en wetenschappelijke verificatie, waarin Casini en zijn collega's gaan aantonen dat het instrument aan alle beloofde eisen voldoet en dus wetenschappelijk haalbaar is. Zodra dit proces is voltooid, begint het instrument met wetenschappelijke operaties. uiteindelijk, alle instrumenten van de telescoop, inclusief ViSP, zal beschikbaar zijn voor onderzoekers over de hele wereld om te gebruiken. casino, voor een, is enthousiast over wat zonneonderzoekers kunnen leren.

"We hebben echt een instrument gemaakt waarmee je het zichtbare spectrum van de zon kunt verkennen zoals je wilt, en we kunnen verrast zijn door wat we vinden, "zei hij. "Er is veel dat we nog kunnen leren van toevallige ontdekkingen."