De första bilderna från National Science Foundations 4-meters Inouye Solar Telescope, släpptes i slutet av januari, avslöjade solen i fängslande detalj. Teleskopets storlek – det är det största solteleskopet i världen – gjorde det möjligt för forskare att zooma in på solytan med en högre upplösning än någonsin tidigare.

Men det nya teleskopets storlek har en annan fördel utöver möjligheten att fånga solen med en oöverträffad upplösning. Det kommer också att tillåta forskare att fånga en aldrig tidigare skådad mängd ljus.

"Du kan använda ett stort teleskop, som Inouye Solar Telescope, två sätt, sa Roberto Casini, en forskare vid National Center for Atmospheric Research (NCAR). "Du kan titta på solen i de finaste detaljerna som teleskopets bländare tillåter, eller så kan du offra en del av den detaljen för att använda teleskopet som en fotonhink. Inouye Solar Telescope ger oss en mycket stor hink."

Forskare vid NCAR:s High Altitude Observatory (HAO) hoppas att användningen av teleskopet som en fotonhink kommer att ge dem möjlighet att upptäcka nya signaturer för polarisering över hela spektrumet av synligt ljus som strålar ut från solen, som kan ha varit för svag för att hitta med tidigare mindre teleskop. Sådana signaturer, som ger forskare kritiska ledtrådar om hur solens komplicerade magnetfält fungerar, är lättare att välja ut när mer solljus kan fångas.

För att söka efter dessa signaler, Casini och hans HAO-kollegor designade och byggde ett av Inouye Solar Telescopes fem instrument:Visible Spectro-Polarimeter (ViSP). Detta extremt mångsidiga instrument kan observera vilken våglängd som helst över det synliga spektrumet av solens strålning, ger forskare en enorm grad av flexibilitet att utforska. Det kommer också att kopplas till ett anläggningsmjukvarupaket som snabbt kommer att förvandla data som samlas in av ViSP till en vetenskapsklar produkt. Casini hoppas att ViSP:s konstruerade flexibilitet och dess databehandlingsförmåga kommer att väcka ett förnyat fokus på vilka mysterier solens polariserade ljus kan avslöja.

NCAR sponsras av National Science Foundation (NSF). Inouye Solar Telescope förvaltas av NSF:s National Solar Observatory.

Från få till många:göra spektropolarimetri tillgänglig

I mer än ett sekel, forskare har känt till att magnetfält påverkar ljuset som sänds ut eller sprids av jonerna i solatmosfären, producerar polarisering. Genom att modellera och tolka polarisationssignaturen för dessa fält, forskare kan spåra den storskaliga formen och strukturen hos solens magnetfält. I sista hand, detta kommer att hjälpa forskare att bättre förstå solutbrott och hur man förutsäger dem. Dessa våldsamma händelser producerar rymdväder som har potential att störa radiokommunikation, elnät, och GPS-signaler, samt äventyra astronauter och skada satelliter.

Men att upptäcka och tolka det polariserade ljuset från solen har alltid varit en utmaning. En del av anledningen är att signalen vanligtvis är mycket svag, och forskare behöver samla in många fotoner för att skilja den signalen från solens opolariserade bakgrund. Instrumenten som används för att detektera polarisering bidrar också till denna svårighet eftersom de själva kan introducera polarisering. Till exempel, speglar som används i teleskop för att rikta vägen för det inkommande ljuset till detektorn polariserar också det ljuset. Förmågan som har behövts för att lösa den polariserade signalen som kommer från solen och tolka den signalen är ganska specialiserad.

"Solspektropolarimetri har fram till denna dag varit en konst som endast behärskats av ett fåtal, sa Casini.

HAO har en lång historia inom vetenskapen om spektropolarimetri och har byggt andra instrument för att studera solen, inklusive en spektropolarimeter som fortfarande är i drift vid Dunn Solar Telescope på Sacramento Peak i New Mexico. Men mängden observationer som tagits av det instrumentet och andra har vida överträffat mängden vetenskapligt redo data som gjorts tillgänglig för samhället. Detta beror på att observationerna är flaskhalsade i väntan på att en av få experter på området ska göra den komplexa analys som behövs för att förvandla rådata till något som kan användas av ett brett spektrum av solforskare.

Casini – som fortfarande har en kartong med band från Sacramento Peak sittande på sitt kontorsgolv tills han har tid att analysera dem – säger att ViSP och Inouye Solar Telescope är designade för att bryta denna flaskhals. Instrumentet, som kan ställas in och köras med ett minimum av mänskligt ingripande, kommer att mata in data direkt i anläggningens programvara som kan smälta informationen och omvandla den till en användbar produkt för vetenskapen.

"Vi vill övervinna otillgängligheten hos vetenskapen om polarimetri och skapa vetenskapsklara data för alla, sa Casini.

Möjligheten att upptäcka något nytt

Hands-off, automatiserad design av ViSP har också en annan distinkt fördel. Till skillnad från sina föregångare, som måste konfigureras om manuellt för att studera olika våglängder av ljus, ViSP-inställningen kan enkelt modifieras från en datorkonsol för att observera vilken våglängd som helst i solens synliga spektrum.

Med äldre, arbetsintensiva spektropolarimetrar, forskare har tenderat att hålla sig till väl beprövade våglängder av ljus som redan är kända för att vara känsliga för solens magnetism. Forskare kommer att kunna använda ViSP för att studera samma våglängder, och utnyttja upplösningen hos solteleskopet Inouye för att titta på denna polarisering i oöverträffad detalj.

Men ViSP kommer också att ge forskare en licens att utforska hela spektrumet av synligt ljus, där de kan snubbla på nya polariserade signaler som aldrig har upptäckts tidigare och som skulle kunna berika deras förståelse för solens magnetfält. Att hitta dessa tidigare oupptäckta signaler är kanske mer troligt med ViSP eftersom, förutom instrumentets automatiserade flexibilitet, den är monterad under ett enormt teleskop som kan släppa in så mycket ljus. Nya polariserade signaler kan vara svagare än de som redan är kända, och deras detektion kommer att kräva en ännu större pool av fotoner för att isolera signalen från bruset.

"Eftersom detta är det största solteleskopet, det ger verkligen en möjlighet att leta efter nya saker – saker som kan ha försummats tidigare eftersom vi inte hade tillräckligt med ljusuppsamlingskraft, " sa Casini. "Nu har vi tillräckligt med ljus."

ViSP är fortfarande i den slutliga processen för webbplatsacceptans och vetenskaplig verifiering, under vilken Casini och hans kollegor ska visa att instrumentet uppfyller alla utlovade krav och att det därför är vetenskapligt genomförbart. När denna process är klar kommer instrumentet att börja vetenskapsoperationer. I sista hand, alla teleskopets instrument, inklusive ViSP, kommer att vara tillgänglig för forskare över hela världen att använda. Casini, för en, är spänd på vad solforskare kan lära sig.

"Vi har verkligen tagit fram ett instrument som låter dig utforska solens synliga spektrum hur du vill, och vi kan bli förvånade över vad vi hittar, ", sade han. "Det finns mycket vi fortfarande kan lära oss av överdådiga upptäckter."