- פוטוניקה משולבת מפחיתה באופן דרסטי את גודל המכשיר ועלותו.
- הושג דיכוי אור כוכבים של 3.5 x 10^-10 במעבדה סטנדרטית.
- מפתח לחיפוש חיים של מצפה הכוכבים לעולמות ראויים למגורים.
- מתגבר על אתגרים מכניים ותרמיים של החלל.
המסע למציאת חיים מחוץ לכדור הארץ תלוי ביכולתנו לאתר ולאפיין כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, במיוחד אלה הדומים לשלנו. ד"ר רייצ'ל מורגן מפרויקט Astropic של נאס"א עומדת בחזית האתגר הזה, ומפתחת קורונוגרף פוטוני משולב פורץ דרך המבטיח להפוך את החיפוש אחר עולמות ראויים למגורים ליעיל וחזק יותר מאי פעם.
גילויי כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש הנוכחיים, אף שהם מרשימים, מצאו בעיקר ענקי גזים. זיהוי כוכבי לכת ארציים, דמויי ארץ, מאתגר באופן משמעותי בשל גודלם הקטן, קרבתם לכוכבי האם שלהם, ועמימותם הקיצונית – כדור הארץ עמום פי 10 מיליארד מהשמש. קורונוגרפים מסורתיים, החיוניים לחסימת אור כוכבים כדי לחשוף כוכבי לכת, הם מורכבים, מסיביים ורגישים מאוד לעיוותים מכניים ותרמיים בחלל, מה שהופך אותם ליקרים מדי וקשים ליישום עבור הדור הבא של מצפי כוכבים כמו מצפה הכוכבים לעולמות ראויים למגורים (HWO).
המחקר של ד"ר מורגן מתמקד במעגלים פוטוניים משולבים (PICs), הממנפים טכניקות ייצור מוליכים למחצה כדי לתמרן אור על שבב בקנה מידה ננומטרי. בניגוד למערכות אופטיות מגושמות, PICs משלבים מאות התקנים אופטיים על שבב זעיר, ומפחיתים באופן דרסטי את מסת המכשיר וצריכת החשמל שלו ביותר מפי מאה, והופכים אותו לקטן פי 30. בנייה מונוליטית זו מגבירה באופן טבעי את החוסן ומבטלת את בעיות היישור הקריטיות המטרידות מערכות אופטיות מסורתיות, גורם שבעצמו נתן השראה לד"ר מורגן להיכנס לתחום.
שבב האב-טיפוס של פרויקט Astropic, בגודל של מטבע עשרה סנט בערך, משתמש במערך של אינטרפרומטרים מסוג Mach-Zehnder כדי לשמש כמסנן מתוחכם. על ידי כוונון מדויק של אינטרפרומטרים אלה, המערכת יכולה למיין אור נכנס למצבים מרחביים, ובכך להפריד ביעילות את אור הכוכבים המכריע מאות כוכב הלכת העמום. בבדיקות מעבדה, Astropic הדגים יחס דיכוי אור כוכבים מרשים של 3.5 x 10^-10 בסביבת מעבדה רגילה, רמת ביצועים שבדרך כלל דורשת תאי ואקום ותנאים מבוקרים מאוד עבור אופטיקה בתפזורת. יתר על כן, המערכת שחזרה בהצלחה אות כוכב לכת מדומה לאחר דיכוי הכוכב, והוכיחה את יכולתה כקורונוגרף פונקציונלי.
תוצאות אלו הן הישג טכנולוגי משמעותי, המדגימות את היציבות הגבוהה והפוטנציאל של פוטוניקה משולבת ליישומי חלל. בעוד שדיונים ופיתוחים אדריכליים נוספים נמשכים, פרויקט Astropic מייצג קפיצת מדרגה מבטיחה בהתגברות על האתגרים האופטיים של איתור כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, וסולל את הדרך למצפה הכוכבים לעולמות ראויים למגורים להשיג את מטרתו השאפתנית למצוא סימני חיים על כוכבי לכת אחרים.
“מצפה הכוכבים לעולמות ראויים למגורים, זה כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב הבא. זה יהיה מצפה כוכבים ענק שיישלח לחלל במטרה לאפיין ולמצוא סימני חיים.”
