Jump to content

Оптика «Омаровый глаз»

Принципиальная схема линзы глаза омара. Зеленая стрелка представляет падающий свет, а красные стрелки представляют нормаль стенки канала. [ 1 ]

Оптика «глаз лобстера» биомиметическая конструкция, основанная на строении глаз омара со сверхшироким полем зрения , используемая в рентгеновской оптике . Эта конфигурация позволяет рентгеновскому свету проникать под разными углами, захватывая больше рентгеновских лучей с большей площади, чем другие рентгеновские телескопы . Первоначально эта идея была предложена для использования в рентгеновской астрономии Роджером Анхелем в 1979 году, аналогичная идея была представлена ​​ранее У.К.Х. Шмидтом в 1975 году. Впервые она была использована НАСА в суборбитальном зондирующем ракетном эксперименте в 2012 году. Глаз лобстера Imager for Astronomy , китайский спутник- демонстратор технологий , был запущен в 2022 году. Китайский зонд «Эйнштейн» , запущенный в 2024 году, является первым крупным космическим телескопом, использующим оптику «глаз омара». Несколько других подобных космических телескопов в настоящее время находятся в стадии разработки или рассмотрения.

Описание

[ редактировать ]
Крупный план глаз ракообразных ( креветок-богомолов )

В то время как у большинства животных глаза преломляют свет , у омаров и других ракообразных есть отражающие глаза. [ 2 ] Глаза ракообразных содержат скопления клеток , каждая из которых отражает небольшое количество света с определенного направления. Технология оптики «глаз омара» имитирует эту отражающую структуру. Такое расположение позволяет сфокусировать свет из широкой зоны обзора в одно изображение. Оптика выполнена из микроканальных пластин . Рентгеновское излучение может проникать в небольшие трубки внутри этих пластин под разными углами и фокусироваться за счет скользящего отражения, что обеспечивает широкое поле зрения . Это, в свою очередь, позволяет обнаруживать и отображать кратковременные астрономические события , которые невозможно было предсказать заранее. [ 3 ]

Поле зрения (FoV) оптики глаза омара, которое представляет собой телесный угол, образуемый оптической пластиной с центром кривизны, ограничено только оптическим размером для данного радиуса кривизны. Поскольку оптика из микропор сферически симметрична практически во всех направлениях, теоретически идеализированная оптика глаза омара почти свободна от виньетирования , за исключением края поля зрения. [ 4 ] Сканеры микропор создаются из нескольких слоев оптики глаза омара, что создает аппроксимацию оптической конструкции Вольтера типа I. [ 2 ]

Известны только три геометрии, которые используют скользящее отражение рентгеновских лучей для создания рентгеновских изображений: система Вольтера , система Киркпатрика-Баэза и геометрия глаза омара. [ 5 ]

оптики глаза омара Конструкция рентгеновской была впервые предложена в 1979 году Роджером Энджелом . [ 6 ] [ 7 ] Его конструкция основана на оптике Киркпатрика-Баеза , но требует пор с квадратным поперечным сечением и называется «многоканальной линзой Ангела». [ 5 ] Этот дизайн был вдохновлен отражающими свойствами глаз омара. [ 1 ] [ 4 ] До Ангела в 1975 году В.К.Х. Шмидтом была предложена альтернативная конструкция, включающая одномерную конструкцию, состоящую из набора плоских отражающих поверхностей, известную как «фокусирующий коллиматорный объектив Шмидта». [ 5 ] [ 8 ] [ 9 ] В 1989 году физики Кейт Ньюджент и Стивен Уилкинс совместно разработали оптику глаза омара независимо от Ангела. Их ключевым вкладом было открытие подхода к производству этих устройств с использованием технологии микроканальных пластин. Этот подход с использованием «глаза омара» проложил путь к рентгеновским телескопам с обзором неба на 360 градусов. [ 10 ]

В 1992 году Филип Э. Каарет и Филип Гейссбюлер предложили новый метод создания оптики глаза омара с помощью микроканальных пластин. [ 11 ] Микропоры, необходимые для оптики глаз омара, сложны в производстве, и к ним предъявляются строгие требования. Поры должны иметь ширину от 0,01 до 0,5 мм и соотношение длины к ширине 20–200 (зависит от диапазона энергии рентгеновских лучей); они должны быть покрыты плотным материалом для оптимального отражения рентгеновских лучей. Внутренние стенки пор должны быть плоскими и расположены плотным массивом на сферической поверхности с радиусом кривизны 2F, обеспечивающим долю открытых отверстий более 50% и точность выравнивания пор от 0,1 до 5 угловых минут по направлению к общему центру. . [ 5 ]

Подобные конструкции оптики включают сотовые коллиматоры (используемые в NEAR Shoemaker детекторах XGRS MESSENGER и XRS ) и устройства формирования изображения пор кремния (разработанные ESA для запланированной миссии ATHENA ). [ 2 ]

Использование

[ редактировать ]
Конфигурация системы фокусирующих зеркал, матрицы фокальных детекторов и поля зрения LEIA. Зеркальный блок разделен на четыре отдельных квадранта, каждый из которых состоит из пластин МПО 3 × 3 и связан с одним из четырех детекторов. [ 4 ]
Прибор LEIA проходит наземную рентгеновскую калибровку перед сборкой на спутник SATech. [ 4 ]

В 2012 году НАСА запустило первый формирователь изображения глаза омара на Black Brant IX суборбитальной зондирующей ракете . В приборе STORM/DXL (Sheath Transport Observer для перераспределения массового/диффузного рентгеновского излучения из Местной галактики) были расположены микропористые отражатели. в массиве для формирования системы Киркпатрика-Баэза. [ 12 ] [ 13 ] BepiColombo , совместная миссия ЕКА и JAXA без визуализации Mercury, запущенная в 2018 году, имеет коллиматор MIXS-C с геометрией микроканала, аналогичной конструкции микропор глаза омара. [ 8 ] [ 14 ]

В 2020 году CNSA запустило рентгеновский спутник Lobster-Eye, первый орбитальный телескоп с изображением глаз омара. [ 15 ] В 2022 году Китайская академия наук построила и запустила астрономический телескоп Lobster Eye Imager (LEIA), широкоугольный космический телескоп для получения рентгеновских изображений. Это миссия по демонстрации технологий , которая проверяет конструкцию датчиков для зонда «Эйнштейн» . [ 16 ] У LEIA есть сенсорный модуль, обеспечивающий поле зрения в 340 квадратных градусов . [ 16 ] В августе и сентябре 2022 года LEIA провела измерения для проверки его работоспособности. Наблюдался ряд предварительно выбранных областей неба и целей, включая Галактический Центр , Магеллановы Облака , Sco X-1 , Cas A , Петлю Лебедя и несколько внегалактических источников. Чтобы исключить помехи от солнечного света, наблюдения проводились в тени Земли, начиная через 2 минуты после входа спутника в тень и заканчивая за 10 минут до выхода из нее, в результате чего продолжительность наблюдений на каждой орбите составила ~23 минуты. КМОП - детекторы работали в событийном режиме. [ 4 ]

Современные и будущие космические телескопы

[ редактировать ]

Зонд Эйнштейна — совместная миссия Китайской академии наук (CAS) в партнерстве с Европейским космическим агентством (ЕКА) и Институтом внеземной физики Макса Планка — был запущен 9 января 2024 года. [ 17 ] Он использует широкоугольный рентгеновский телескоп с 12 сенсорными модулями и полем зрения 3600 квадратных градусов, впервые протестированный с помощью Lobster Eye Imager для астрономической миссии. [ 16 ]

Совместная французско-китайская СВОМ была запущена 22 июня 2024 года. [ 18 ]

НАСА Космический центр Годдарда ) прибор, использующий конструкцию глаза омара предложил для миссии ISS-TAO (Переходная астрофизическая обсерватория на Международной космической станции , под названием рентгеновский широкоугольный формирователь изображения. [ 3 ] МКС-Лобстер — аналогичная концепция ЕКА. [ 19 ]

Несколько космических телескопов, использующих оптику «глаз омара», находятся в стадии строительства. SMILE , проект космического телескопа ЕКА и CAS, планируется запустить в 2025 году. [ 20 ] ЕКА Проект THESEUS сейчас находится на рассмотрении. [ 21 ]

Другое использование

[ редактировать ]

Оптика «глаз омара» также может использоваться для обратного рассеяния получения изображений в целях национальной безопасности , обнаружения самодельных взрывных устройств , неразрушающего контроля и медицинской визуализации . [ 1 ]

  1. ^ Перейти обратно: а б с Ма, Шичжан; Оуян, Минчжао; Фу, Юэган; Ху, Юань; Чжан, Юйхуэй; Ян, Юйсян; Ван, Шэнъюй (сентябрь 2023 г.). «Анализ характеристик изображения широкоугольной линзы для глаз омара» . Физический журнал: серия конференций . 2597 (1): 012010. Бибкод : 2023JPhCS2597a2010M . дои : 10.1088/1742-6596/2597/1/012010 . ISSN   1742-6596 . Материал был скопирован из этого источника, который доступен под лицензией Creative Commons Attribution 3.0. Архивировано 23 февраля 2011 г. на Wayback Machine.
  2. ^ Перейти обратно: а б с Китчин, ЧР (18 сентября 2017 г.). Дистанционные и роботизированные исследования Солнечной системы . ЦРК Пресс. стр. 123–128. ISBN  978-1-4987-0494-6 . Архивировано из оригинала 14 февраля 2024 года . Проверено 9 февраля 2024 г.
  3. ^ Перейти обратно: а б «Предлагаемая миссия НАСА использует оптику «Глаз омара» для обнаружения источника космической ряби - НАСА» . НАСА. 26 октября 2017 г. Архивировано из оригинала 29 декабря 2023 г. Проверено 29 декабря 2023 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  4. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Чжан, К.; и др. (1 декабря 2022 г.). «Первые рентгеновские наблюдения в широком поле зрения с помощью фокусирующего телескопа «глаз омара» на орбите» . Письма астрофизического журнала . 941 (1): Л2. arXiv : 2211.10007 . Бибкод : 2022ApJ...941L...2Z . дои : 10.3847/2041-8213/aca32f . ISSN   2041-8205 . Материал был скопирован из этого источника, который доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0. Архивировано 16 октября 2017 г. на Wayback Machine.
  5. ^ Перейти обратно: а б с д Ричард Уиллингейл (июль 2021 г.). «Оптика глаз омара». В Штернберге, Амиэль; Берроуз, Дэвид Н. (ред.). Справочник WSPC по астрономическим приборам: Том 4: Рентгеновские астрономические приборы . Том. 4. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., стр. 33–47, 85–106. Бибкод : 2021hai4.book.....B . дои : 10.1142/9446-том4 . ISBN  978-981-4644-38-9 . Архивировано из оригинала 14 февраля 2024 года . Проверено 1 января 2024 г.
  6. ^ Ангел, JRP (1 октября 1979 г.). «Глаза омара как рентгеновские телескопы» . Астрофизический журнал . 233 (Часть 1): 364–373. Бибкод : 1979ApJ...233..364A . дои : 10.1086/157397 .
  7. ^ Хартлайн, Беверли Карплюс (4 января 1980 г.). «Представлен рентгеновский телескоп «Глаз омара»» . Наука . 207 (4426): 47. Бибкод : 1980Sci...207...47K . дои : 10.1126/science.207.4426.47 . ISSN   0036-8075 . Архивировано из оригинала 29 декабря 2023 года . Проверено 29 декабря 2023 г.
  8. ^ Перейти обратно: а б Худек, Рене; Фельдман, Чарли (2022). «Рентгеновская оптика глаз омара». Справочник по рентгеновской и гамма-астрофизике . Спрингер Природа. стр. 1–39. arXiv : 2208.07149 . дои : 10.1007/978-981-16-4544-0_3-1 . ISBN  978-981-16-4544-0 . S2CID   260481363 . Архивировано из оригинала 29 декабря 2023 г. Проверено 29 декабря 2023 г.
  9. ^ Шмидт, WKH (1 августа 1975 г.). «Предлагаемое устройство фокусировки рентгеновских лучей с широким полем зрения для использования в рентгеновской астрономии» . Ядерные приборы и методы . 127 (2): 285–292. Бибкод : 1975NucIM.127..285S . doi : 10.1016/0029-554X(75)90501-7 – через ScienceDirect.
  10. ^ «Ученый имеет всевидящее око в будущее» . Возраст . 19 августа 2004 г. Архивировано из оригинала 17 декабря 2021 г. Проверено 17 декабря 2021 г.
  11. ^ Каарет, Филип Э.; Гейссбюлер, Филипп (1992). Гувер, Ричард Б. (ред.). «Рентгеновская оптика глаза омара с использованием микроканальных пластинок» . Материалы SPIE . Многослойная рентгеновская/EUV-оптика с скользящим падением. 1546 : 82. Бибкод : 1992SPIE.1546...82K . дои : 10.1117/12.51261 . S2CID   121803620 . Архивировано из оригинала 14 февраля 2024 г. Проверено 1 февраля 2024 г.
  12. ^ Кольер, Майкл Р.; и др. (1 июля 2015 г.). «Приглашенная статья: Первый полет в космос мягкого рентгеновского аппарата с широким полем зрения с использованием оптики «глаз лобстера»: описание прибора и первые результаты полета» . Обзор научных инструментов . 86 (7). Бибкод : 2015RScI...86g1301C . дои : 10.1063/1.4927259 . hdl : 1808/22116 . ПМИД   26233339 . Архивировано из оригинала 5 декабря 2023 года . Проверено 9 февраля 2024 г.
  13. ^ Кизи, Лори; В центре: космический полет НАСА имени Годдарда. «Ученые НАСА создают первый в мире широкоугольный рентгеновский аппарат» . физ.орг . Архивировано из оригинала 3 февраля 2024 года . Проверено 9 февраля 2024 г.
  14. ^ «МИКСЫ — БепиКоломбо — Космос» . www.cosmos.esa.int . Проверено 16 февраля 2024 г.
  15. ^ «Запуск первого в мире спутника мягкого рентгеновского излучения с технологией визуализации «Глаз лобстера»» . физ.орг . Архивировано из оригинала 17 декабря 2021 г. Проверено 17 декабря 2021 г.
  16. ^ Перейти обратно: а б с «Астрономический информационный центр зонда Эйнштейна во временной области» . ep.bao.ac.cn. Архивировано из оригинала 28 декабря 2023 года . Проверено 28 декабря 2023 г.
  17. ^ Европейское космическое агентство (9 января 2024 г.). «Зонд «Эйнштейн» отправляется на миссию по наблюдению за рентгеновским небом» . www.esa.int . Архивировано из оригинала 9 января 2024 года . Проверено 6 февраля 2024 г.
  18. ^ «МХТ и глаз омара — Свом» . Китайское национальное космическое управление (CNSA); Китайская академия наук (CAS); Французское космическое агентство (CNES). Архивировано из оригинала 4 октября 2023 г. Проверено 6 февраля 2024 г.
  19. ^ Кэмп, Иордания; и др. (12 мая 2015 г.). «ИСС-Лобстер: недорогой широкопольный детектор переходных процессов в рентгеновском излучении на МКС». Труды SPIE: EUV и рентгеновская оптика. Синергия лаборатории и космоса IV . Том. 9510. Международное общество оптической инженерии. п. 951007. дои : 10.1117/12.2176745 . ISBN  9781628416312 . OCLC   923760787 . S2CID   117082454 .
  20. ^ Брандуарди-Раймонт, Г.; Ван, К.; Эскубе, CP; и др. (2018). Отчет ESA по исследованию определения SMILE (PDF) (Технический отчет). Европейское космическое агентство . стр. 1–84. doi : 10.5270/esa.smile.definition_study_report-2018-12 . S2CID   239612452 . ЕКА/SCI (2018)1. Архивировано (PDF) из оригинала 22 апреля 2023 г.
  21. ^ Амати, Лоренцо (декабрь 2017 г.). «Переходный высокоэнергетический исследователь неба и ранней Вселенной (THESEUS)». Материалы четырнадцатого совещания Марселя Гроссмана по общей реальности . Мировое научное издательство. стр. 3295–3300. arXiv : 1907.00616 . дои : 10.1142/9789813226609_0421 . ISBN  978-981-322-659-3 . Архивировано из оригинала 14 февраля 2024 г. Проверено 6 февраля 2024 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0f809176ca35cf8f0c58a78451a96f13__1719078780
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0f/13/0f809176ca35cf8f0c58a78451a96f13.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Lobster-eye optics - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)