Gelişmiş bir görüntüleme sistemi, lazer ışığı yayarak ve yansıyan ışınları ölçerek uzaktaki nesneleri elde eder. Gökbilimciler tarafından uzaktaki nesneleri gözlemlemek için kullanılan bir teknik, iki farklı teleskop tarafından yakalanan yoğunluk değişikliklerinin karşılaştırılmasını gerektiren yoğunluk interferometrisidir. Araştırmacılar şimdi bu teknolojiyi Dünya’daki uzak nesneleri fotoğraflamak için kullandılar. Uzak bir hedefi aydınlatmak için birkaç lazer ışını kullanan ve yansıyan ışığı toplamak için bir çift küçük teleskop kullanan bir yöntem oluşturuldu. Bir mil uzaktan metin okuma teknolojisi geliştirildi.
Bir Mil Uzaktan Metin Okuma Teknolojisi
Bilim insanları, çığır açan bir gelişmeyle, yoğunluk interferometresi adı verilen bir sistem kullanarak milimetre boyutundaki harfleri şaşırtıcı bir şekilde 1,36 kilometre (yaklaşık bir mil) uzaklıktan görüntülemeyi başardı. Bu yöntem, tek bir teleskopla elde edilebilecek uzamsal çözünürlüğe kıyasla tam 14 katlık bir iyileşme sağlıyor.
Karşılaştırma yapmak gerekirse, bildiğimiz anlamda interferometri, özellikle radyo astronomisinde sıkça başvurulan bir tekniktir. Bu teknikte, birden fazla radyo teleskoptan oluşan geniş bir diziden gelen sinyallerin genlikleri, radyo dalgalarının birbirlerine göre olan fazlarına (göreceli fazlarına) bakılarak birleştirilir.
Yoğunluk interferometrisi ise temelde farklı bir yaklaşım sunuyor. Bu yöntemde, sinyal genliklerinin toplanmasına ya da dalga fazlarının hassas bir şekilde korunmasına ihtiyaç duyulmuyor. Peki nasıl çalışıyor?
Işık, tek bir kaynaktan yayılır ve iki farklı dedektör (veya teleskop) tarafından yakalanır. Ardından, bu iki ayrı sinyaldeki ışık yoğunluğunda meydana gelen anlık değişimler (dalgalanmalar) analiz edilir. Görüntülenen kaynağa dair uzamsal bilgiler (örneğin şekli, boyutu) ise, bu yoğunluk dalgalanmalarının zaman içindeki birbiriyle olan ilişkisinin (zamansal korelasyonlarının) ve dedektörlerin birbirinden ne kadar uzakta olduğunun bu ilişkiyi nasıl etkilediğinin incelenmesiyle ortaya çıkarılıyor.
Korelasyonların sezgisel olarak anlaşılması zor olabilir ve hem kuantum hem de klasik teoriler mevcuttur.
Bir kuantum açıklaması iki fotonlu girişimi kapsar. Foton 1’in kaynağın sol tarafından çıktığını ve kaynağın sağ tarafından çıkan ve B dedektörüne ulaşan foton 2 ile eş zamanlı olarak A dedektörüne ulaştığını düşünün. Bu senaryo deneysel olarak foton 1’in B’ye ve foton 2’nin A’ya ulaşmasından ayırt edilemez. Ayırt edilemezlik, dedektörlerdeki yoğunlukta eşzamanlı bir değişime neden olan kuantum girişiminden kaynaklanır. Dedektörler arasındaki mesafe arttıkça bağlantı azalır.
1956 yılında başlatılan yoğunluk interferometrisi, yıldız boyutlarının ölçülmesinde etkili olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, teknik genlik interferometrisinden daha az yaygındır, çünkü ikincisi genellikle gürültüye göre daha sağlam bir sinyal sağlar.
Çinli araştırmacı Zhang’a göre, ışığın kısmen bozulduğu ve genlik interferometrisini zorlaştıran “düzensiz” senaryolar vardır. Bu senaryolar, hava türbülansının ortasında optik görüntülemeyi ve dokular içinde biyolojik görüntülemeyi kapsar. Bugüne kadar, yoğunluk interferometri hedefleri ya ışıklı uzak varlıklar (yıldızlar gibi) ya da yakın bir kaynak tarafından aydınlatılabilen ışıksız nesnelerden oluşuyordu.
Zhang ve arkadaşları uzaktan atmosferik görüntüleme için bir yoğunluk interferometresi geliştirdiler. Bu sistem iki teleskop ve tekil bir optik masa üzerine monte edilmiş bir kızılötesi lazer sisteminden oluşmaktadır.
Lazer ışığı, ekibin testleri sırasında ayrı bir binada 1,36 km uzakta bulunan hedef nesneyi aydınlatıyor.
Temel zorluk, lazer ışığının tutarlı olması, yani fotonların korelasyonlu fazlara sahip olması, bu da yoğunluk dalgalanmalarının ağırlıklı olarak lazerin atış gürültüsü olarak adlandırılan iç değişimlerinden etkilenmesine neden oluyor. Bu sorunu hafifletmek için bilim insanları 100 milivatlık lazerlerini sekiz ışına böldüler. Her ışın, türbülanslı atmosfer boyunca farklı bir yörüngeden geçerek benzersiz bir rastgele faz pertürbasyonuna neden oluyor. Paradoksal olarak, bu düzensiz aydınlatma girişim etkilerini tespit edilebilir hale getiriyor.
Araştırmacılar, sistemin yeteneklerini sergilemek için yansıtıcı bir maddeden yapılmış ve üzerine bir harf yazılmış 8 mm genişliğinde bir dizi hedef geliştirdi. Araştırmacılar bir görüntü oluşturmak için iki teleskop arasındaki mesafeyi 7 ila 87 cm arasında değiştirdiler. Ayrıca objektifi kademeli olarak 360° döndürdüler. Yansıyan lazer ışığını tespit ederek ve yoğunluk değişimlerindeki korelasyonları inceleyerek, araştırmacılar harflerin ana hatlarını yeniden oluşturabildiler. Gözlemler 3 mm’lik bir çözünürlük ortaya koyarken, tek bir teleskop harfleri ayırt etmek için yeterli olmayan 42 mm’lik bir çözünürlüğe ulaşacaktı.
Zhang ve meslektaşları, lazer ışığı üzerindeki kontrollerini geliştirerek bu tekniği ilerletmeyi amaçlıyor. Görüntü yeniden yapılandırma yazılımına derin öğrenmeyi entegre etmeyi planlıyorlar. Zhang, yakın yörüngedeki nesnelere yönlendirilen lazer ışığını kullanarak uzay enkazının tespit edilmesinin olası bir kullanım alanı olabileceğini öne sürüyor.
Sorbonne Üniversitesi‘nden Shaurya Aarav, “Yeni çalışma, kendi ışığını yaymayan uzak nesnelerin görüntülenmesinde önemli bir teknik ilerleme anlamına geliyor” ve uzaktan görüntüleme sisteminin, tarım alanlarındaki böcek popülasyonlarının izlenmesi gibi çok sayıda uygulamaya sahip olabileceğini öngörüyor.
Glasgow Üniversitesi’nden optik uzmanı Ilya Starshynov, tutarsız ışığı uzaktaki bir hedefe iletmeye yönelik “dahiyane” yaklaşımla ilgileniyor. “Milimetre boyutundaki nesneleri bir kilometreyi aşan mesafelerde görüntüleyebilmek gerçekten dikkat çekici” diyor.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v18/99
