Американские ученые разработали оптическую систему измерения частоты, которая использует солнечный свет вместо искусственного источника излучения. Устройство позволяет с высокой точностью отслеживать изменения в спектре Солнца и измерять его движение.
В основе разработки лежит спектральная линия нейтрального железа в солнечном свете с длиной волны около 1565 нанометров. Такие линии возникают, когда атомы определенных элементов поглощают свет на характерных частотах. Ученые направили солнечное излучение по оптоволокну в лабораторную установку и использовали его для настройки частоты лазера. Затем частоту лазера сравнивали с сигналом оптической частотной гребенки, привязанной к секунде Международной системы единиц.
Так исследователи получили своего рода солнечные оптические часы. В отличие от обычных оптических часов, где частоту задают переходы между энергетическими состояниями изолированных атомов, новая система использует спектральную линию железа в солнечном излучении. Она не заменяет эталон времени: частотная гребенка по-прежнему опирается на стандарт секунды.
Эксперимент показал, что установка способна определять положение солнечной спектральной линии с точностью около 30 сантиметров в секунду по лучевой скорости после нескольких тысяч секунд измерений. Это позволяет замечать очень небольшие изменения движения Солнца. В частности, ученые зарегистрировали характерные пятиминутные акустические колебания, связанные с процессами внутри звезды.
В апреле 2024 года команда также проверила систему во время частного солнечного затмения. По мере того как Луна закрывала разные участки солнечного диска, менялся измеряемый спектральный сигнал. Этот эффект известен как эффект Росситера — Маклафлина и связан с вращением звезды.
Разработка может стать инструментом для изучения солнечной активности, конвективных потоков, магнитных полей и выбросов вещества. В перспективе тот же метод можно применять к свету других звезд. Для этого понадобятся крупные телескопы диаметром примерно 25–40 метров: они должны собирать достаточно слабое излучение далеких светил.
Такие измерения могут помочь астрономам точнее обнаруживать небольшие планеты у других звезд. Их гравитация вызывает едва заметные колебания движения светила, которые отражаются в спектре. Новый подход позволяет отслеживать такие изменения по отдельной спектральной линии, а не усреднять данные по тысячам линий, как это делают многие традиционные спектрографы.
Читайте также: Ученые смоделировали последствия ядерного взрыва для спутников Земли