A Nap felfedezése

A Nap példátlan pontossággal történő megfigyeléséhez a tudományos világ és az ipar a DKIST naptávcsőben egyesítették energiáikat

2020. október 05., hétfő, 06:00

Címkék: Heidenhain kutatás kutató mérés méréstechnika nap precíziós mérés

Olyan közel van, hogy szinte megérinthetnénk, és biztosítja a földi élet burjánzását: ez a mi Napunk. Ennek ellenére meglepően keveset tudunk arról, hogy mi történik csillagunk belsejében. A napkutatók a Hawaii-szigeteken felállított új DKIST naptávcsővel akarnak változtatni ezen a helyzeten. A Freiburgi KIS (volt Kiepenheuer Naprendszerfizikai Intézet, ma Leibniz Naprendszerfizikai Intézet) egy vizuális hangolható szűrőt fejlesztett ki erre a célra. A szűrő beállítását HEIDENHAIN lineáris útadók felügyelik egy nanométer alatti pontossággal.

Először válnak láthatóvá a részletek

A napkutatás jelenleg korlátozott lehetőségekkel bír. Egészen mostanáig a változások csak nagy vonalakban voltak megfigyelhetők a Napon, míg a részletek rejtve maradtak a tudósok szeme elől. A Hawaiin üzembe helyezett DKIST naptávcső ezen kíván változtatni. A négyméteres tükörátmérővel rendelkező DKIST a világ legnagyobb naptávcsöve, amely a Nap felszínén megjelenő akár 20 km méretű szerkezetekről is tud majd nagy felbontású képeket készíteni.

Egy egyszerű példa szemlélteti a Nap felszínének ilyen aprólékos vizsgálatához szükséges óriási optikai teljesítményt: a Földről a napfelszín egy 20 km méretű szerkezetének vizsgálata egyenértékű azzal, mintha 40 km-ről akarnánk elolvasni egy újságot. A DKIST távcsővel a napkutatók a dobogókői Nagykilátóból is el tudnák olvasni a TechMonitor Budapest szívében elhelyezett aktuális lapszámát!

A DKIST naptávcsövet mintegy 3 000 méterrel a tengerszint felett, a hawaii Maui szigeten lévő Haleakala vulkán tetején állították fel (Forrás: dr. Michael Sigwarth, KIS)

A VTF a napfényt vizsgálja

A freiburgi Leibniz Napfizikai Intézetben (KIS) kifejlesztett Vizuális Hangolható Szűrő (VTF) a Nap által sugárzott, pontosan meghatározott, nagyon szűk hullámhosszsávok vizsgálatára szolgál. A napkutatók ezáltal a plazma hőmérsékletéről, a nyomásarányokról, a mágneses mező erősségéről, a plazma mozgásáról és a Nap felszínének egyéb érdekességeiről gyűjthetnek információkat, ezenkívül a mágneses mező változásairól is szerezhetnek adatokat.

Az lépték pontossága egy hidrogénatom méretéhez viszonyítva: az elmozdulás mértékének 5 μm feletti pontosságú mérése kritikus (Forrás: dr. Michael Sigwarth, KIS)

A VTF felépítése elvileg nagyon egyszerű. A napfényt két bevonatolt, félig átlátszó üveglap közötti légrésen vezetik át. A légrésen belül a többször visszatükröződő fény interferenciát okoz, így bizonyos hullámhosszok kiszűrődnek. A kiszűrt jellegzetes spektrumtartomány a légrés szélességétől, tehát az üveglapok közötti távolságtól függ.

A hullámhossz pontos kiválasztásához a két lemez rendkívül pontos és tökéletesen párhuzamos elhelyezésére van szükség. A kutatók azonban nem csak egyetlen hullámhosszt akarnak tanulmányozni. A különböző hullámhosszok közötti változások sokkal érdekesebbek, ezért a lemezek folyamatosan mozgásban vannak.

A LIP 382 skála és a LIP 38 letapogatófej a Vizuális Hangolható Szűrőhöz (VTF) (Forrás: dr. Michael Sigwarth, KIS)

Pontosság az atomi dimenziókban

Ami papíron rendkívül egyszerűnek tűnik, az a mérőrendszer részéről maximális teljesítményt feltételez. Annak érdekében, hogy minden lépésnél meglegyen a szükséges pozicionálási pontosság, 20 pikométer (pm,  10–12 m ) nagyságú léptékre van szükség. Az egy órán belül számított mérési hibák pedig nem haladhatják meg az összesen 100 pm értéket. Ezen a skálán a méretek már az atomok átmérőivel egyeznek meg. Összehasonlításképpen: a hidrogénatom általánosan megadott mérete 120 pm.

Útadók minden oldalon: a szűrő üveglapjait hat HEIDENHAIN lineáris útadó veszi körül (Forrás: dr. Michael Sigwarth, KIS)

 

„Fontos, de manapság sajnos túlságosan ritka, hogy az ipari vállalatok tudományos kutatásokat támogassanak. Nagy öröm számunkra, hogy a HEIDENHAIN ilyen elkötelezettséggel áll ki a kihívás mellett.”

dr. Michael Sigwarth, a Leibniz Napfizikai Intézet VTF projektmenedzsere

„A beállítás a távolságmérésen áll vagy bukik – erősítette meg Dipl. Ing. (FH) Clemens Halbgewachs, a KIS munkatársa. – A felső lemez helyzetét kezdetben csak három lineáris útadóval határoztuk meg, és sajnos egyáltalán nem voltunk elégedettek a pontossággal. Kerestük az okokat, és meg is találtuk a hibaforrást. Egyetlen század Celsius-foknyi hőmérséklet-változás már befolyásolja az alsó lemez pozícióját.” A végleges megoldás immár összesen hat HEIDENHAIN LIP 382 lineáris útadót tartalmaz, amelyekben sztenderd letapogatófejek és testreszabott skálák találhatók. Három útadót az alsó, másik hármat pedig a felső lemezre szereltek.

Lépésről lépésre

A speciális mérési igények kidolgozására és legyártására számos terület szaktudására volt szükség, beleértve a HEIDENHAIN K+F és Termelési Osztályát. Egy új és továbbfejlesztett osztómotor segített teljesíteni a KIS által meghatározott követelményeket. A gép pontosságát még ezzel együtt is minden rendelkezésre álló eszközzel a határokig kellett tolni, ami egyedülálló kihívást jelentett a munkatársak számára.

Útadók minden oldalon: a szűrő üveglapjait hat HEIDENHAIN lineáris útadó veszi körül (Forrás: dr. Michael Sigwarth, KIS)

A mérőrendszer naptávcsőbe történő beszerelése is új megközelítéseket igényelt. A HEIDENHAIN által az ilyen típusú kötéshez általában alkalmazott ragasztási eljárások jelen esetben nem voltak megfelelők. Ennek ellenére sikeresen kifejlesztettek egy olyan kötési eljárást, amely a KIS-ben laboratóriumi körülmények között alkalmazva megfelelt a szigorú előírásoknak. Annak érdekében, hogy a műveletet Freiburgban tökéletesen el tudják végezni, a KIS szakemberei a HEIDENHAIN traunreuti központjában egy ragasztási szemináriumon vettek részt, amely kifejezetten a számukra fontos folyamatokra koncentrált. Különösen fontos volt a kurzus gyakorlati része, amelyben a résztvevők valós körülmények között gyakorolhatták az alkatrészek összeragasztási folyamatát.

www.heidenhain.hu

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek