في المطبخ، عندما تسخن المقلاة، تشعر اليد بالحرارة قبل لمسها. يلتقط التلسكوب الشمسي حرارة غير مرئية مماثلة، لكنها صادرة من النجم وليس من الموقد. الجهاز المسمى HATS يلتقط الإشعاع في نطاق التيراهرتز (terahertz)، الذي كان يصعب دراسته سابقًا بسبب صعوبات تقنية. قلبه هو خلية غولاي (Golay cell)، وهي كاميرا صغيرة تحتوي على غاز يتمدد بالحرارة ويحرك مرآة صغيرة.
لعزل الإشارة الضعيفة من الضوضاء، يوضع أمام المستقبل قرص دوار به شقوق، يقطع الشعاع 20 مرة في الثانية. تتحول الإشارة إلى وميض، وتُعالج رياضيًا. قارن المؤلفون نهجين: ملاءمة الجيبية (sine fitting) وتحويل فورييه السريع (FFT) مع ست نوافذ مختلفة، وهي مرشحات تعمل على تنعيم حواف الإشارة بطرق مختلفة. أفضل نتيجة كانت مع نافذة هامينغ (Hamming window): بلغ الخطأ 15.48 فقط، ومعامل المعايرة 10.32 ميلي فولت لكل درجة كلفن.
دقة المعايرة مهمة ليس فقط للشمس. نفس مبدأ التعديل والترشيح يفيد في المصانع حيث تحتاج لقياس درجة حرارة المعدن المنصهر دون تلامس، أو في أجهزة مراقبة بخار الماء في الغلاف الجوي. وفي الطب، تعد أشعة التيراهرتز بطريقة آمنة للنظر تحت الجلد دون أشعة سينية. لذا، مقياس حرارة صغير للنجم يساعد في بناء أدوات كبيرة للأرض.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2608.12137v1
The THz range has been under-explored for solar astronomy, mainly due to technological limitations. Only recently, a few new telescopes, such as the High Altitude Terahertz Solar (HATS) photometer, have been monitoring the solar activity in this range of the spectrum. This paper presents the experimental characterization and voltage-to-temperature calibration of the HATS acquisition system. HATS uses a Golay cell for capturing the incoming radiation, modulated by a 20 Hz fork chopper. The amplitude of the signal is then obtained at predetermined time intervals by applying a windowing function and an FFT to the signal. To characterize this acquisition system, a blackbody calibrator, with temperatures varying from 100 to 500 C (373.15 K to 648.15 K), was used as a THz source, and two signal recovery methodologies were compared: sinusoidal curve fitting and FFT combined with six windowing functions (rectangular, Hamming, Hann, Barlett, Blackman, and Flat Top). Our quantitative results demonstrate high linearity in the system's response over the input source's temperature range, with the Hamming window achieving the highest precision, yielding a Root Mean Square Error (RMSE) of 15.48 and a calibration temperature-to-voltage factor of 10.32 +- 0.13 mV/K. In contrast, the Bartlett window presented the highest error (RMSE 16.02). The choice of windowing function had only a minor effect on the calibration factors, which ranged from 10.32 to 10.43 mV/K, all within the experimental uncertainties. Beyond solar photometry, the signal modulation and windowing concepts established here are highly applicable to other fields requiring high-sensitivity thermal detection, such as industrial pyrometry for high-temperature manufacturing, environmental monitoring of atmospheric water vapor, and the development of medical imaging systems based on Terahertz radiation for non-invasive tissue analysis.
اخترعت خلية غولاي في عام 1947 لأجهزة التصوير الحراري العسكرية، وما زالت تستخدم في كاشفات التيراهرتز بسبب بساطتها وحساسيتها.
في مسلسل «ستار تريك»، يفحص الماسح الطبي الجسم دون تلامس، وأجهزة استشعار التيراهرتز المشابهة لما تمت معايرته هنا تقرب هذه الأجهزة من الواقع.