Yksi maailman merkittävimmistä observatorioista ei tee työtä vuoren huipulla, ei avaruudessa, vaan 45 000 metrin korkeudella Boeing 747: llä. Nick Howes katsoi tämän ainutlaatuisen lentokoneen ympärille, kun se laski ensimmäisen kerran Euroopassa.
SOFIA (Stratospheric Infrared Astronomy Observatory for Infrared Astronomy) tuli ideasta, joka aloitettiin ensimmäisen kerran 1980-luvun puolivälissä. Kuvittele, sanoivat tutkijat, käyttävät Boeing 747: tä suuren teleskoopin kuljettamiseen stratosfääriin, missä ilmakehän vesimolekyylien infrapunavalon absorptio on dramaattisesti heikentynyt, jopa verrattuna korkeimpiin maanpäällisiin observatorioihin. Vuoteen 1996 mennessä ideasta oli tullut askel lähemmäksi todellisuutta, kun NASA (joka rahoittaa 80 prosenttia 330 miljoonan dollarin operaation kustannuksista, joka on verrattavissa yhteen vaatimattomaan avaruusoperaatioon) ja Saksan ilmailulaitos sopivat SOFIA-projektista virallisesti. (DLR, joka rahoittaa loput 20 prosenttia). Tutkimus ja kehitys alkoi tosissaan erittäin modifioidulla Boeing 747SP -laitteella, jonka nimi oli ”Clipper Lindburgh” kuuluisan amerikkalaisen lentäjän mukaan ja jossa SP tarkoittaa ”Special Performance”.
Neitsyttestilennot lentäivät vuonna 2007, ja SOFIA toimi NASA: n Dryden-lentotutkimuskeskuksesta Edwardsin ilmavoimien tukikohdassa Rogersin kuivajärvellä Kaliforniassa - mukava, kuiva sijainti, joka auttaa laitteiden ja lentokoneiden toiminnallisessa käytössä.
Kun kone vieraili Euroopan avaruusjärjestön astronautien koulutuskeskuksessa Kölnissä, Saksassa, minulla oli harvinainen tilaisuus katsella tämän upean lentokoneen ympäristössä osana Euroopan avaruusaluetta 'Tweetup' (Twitter-kokous). Heti havaittiin lentokoneen lyhyempi pituus kuin tavallisesti lentävä, minkä ansiosta lentokone voi pysyä ilmassa pidempään, mikä on tärkeä tekijä tärkeimmälle matkustajalleen, 2,7 metrin SOFIA-kaukoputkelle. Sen Hubble Space Telescope -kokoinen pääpeili on alumiinilla päällystetty ja heijastaa valoa 0,4 metrin päähän toissijaiseen, kaikki avoimessa häkkikehyksessä, joka kirjaimellisesti pistää ulos lentokoneen sivusta.
Kuten olemme nähneet, monen tonnin kaukoputken asettamisen ilma-alukseen perusteena on, että näin toimimalla on mahdollista paeta suurin osa ilmakehän absorptiovaikutuksista. Infrapunahavainnot ovat suurelta osin mahdotonta maapallolla toimiville laitteille merenpinnan tasolla tai lähellä ja vain osittain mahdollisesti jopa korkeilla vuorenhuipilla. Troposfäärin (ilmakehän alemman kerroksen) vesihöyry absorboi niin paljon infrapunavaloa, että perinteisesti ainoa tapa voittaa tämä oli lähettää avaruusalusta. SOFIA voi täyttää markkinaraon tekemällä melkein saman työn, mutta paljon vähemmän riskiä ja huomattavasti pidemmän eliniän. Ilma-aluksessa on hienostuneita infrapunavalvontakameroita oman tuotantonsa tarkistamiseksi ja vesihöyryn seuranta mitata mitä vähän imeytymistä tapahtuu.
2,7 metrin peili (vaikka käytännössä käytetäänkin vain 2,5 metriä) käyttää lasikeraamista komposiittia, joka on erittäin lämmönkestävä, mikä on elintärkeää, kun otetaan huomioon ankarat olosuhteet, joissa ilma-alus vie eristetyn kaukoputken läpi. Jos kuvitellaan, että amatööritähtitieteilijöillä on vaikeuksia yöpyä teleskoopin vakaudella räjähdysolosuhteissa, varaa ajatus SOFIAlle, jonka valtavan f / 19.9 Cassegrain-heijastavan kaukoputken on käsiteltävä avointa ovea
800 kilometriä tunnissa (500 mailia tunnissa) tuulet. Normaalisti jotkut operaatiot tapahtuvat 39 000 jalalla (noin 11 880 metriä) mahdollisen 45 000 jalan (13 700 metriä) enimmäismäärän sijaan, koska vaikka korkeampi korkeus tarjoaa hiukan parempia olosuhteita imeytymisen puute (silti yli 99 prosenttia vesihöyrystä, joka aiheuttaa suurimman osan ongelmista), tarvittava ylimääräinen polttoaine tarkoittaa, että havaintoajat lyhenevät huomattavasti, jolloin 39 000
jalkojen korkeus toiminnallisesti parempi joissain tapauksissa kerätä enemmän tietoja. Ilma-alus käyttää älykkäästi suunniteltua ilmanottojärjestelmää ilman virtauksen ja turbulenssin suppiloon ja kanavointiin pois avoimesta kaukoputken ikkunasta, ja puhuttaessa lentäjien ja tutkijoiden kanssa he kaikki olivat yhtä mieltä siitä, että myöskään lentokoneiden moottoreiden lähtö ei aiheuta vaikutusta. .
Pysyminen viileänä
Kaikkien infrapuna-observatorioiden kameroita ja elektroniikkaa on pidettävä erittäin alhaisissa lämpötiloissa, jotta vältetään niiden aiheuttama lämpömelu kuvan päälle, mutta SOFIA on ässä ylöspäin. Toisin kuin avaruusoperaatio (lukuun ottamatta Hubble-avaruusteleskoopin huolto-tehtäviä, jotka kumpikin maksavat 1,5 miljardia dollaria, mukaan lukien avaruussukkulan käynnistämisen hinta), SOFIA: n etuna on se, että se pystyy korvaamaan tai korjaamaan instrumentit tai lisäämään sen jäähdytysnestettä, mahdollistaen arvioitu elinkaari on vähintään 20 vuotta, huomattavasti pidempi kuin minkä tahansa avaruuspohjaisen infrapuna-operaation, jonka jäähdytysneste loppuu muutaman vuoden kuluttua.
Samaan aikaan kaukoputki ja sen kehto ovat tekniikan ominaisuuksia. Teleskooppi on melko paljon kiinteästi suuntakulmassa, ja siinä on vain kolmen asteen leikkaus ilma-aluksen kompensoimiseksi, mutta sen ei tarvitse liikkua siihen suuntaan, koska NASA: n hienoimpien ohjaama lentokone suorittaa tämän tehtävänsä. Se voi toimia 20–60 asteen korkeuden välillä tiedeoperaatioiden aikana. Se kaikki on suunniteltu toleransseihin, jotka tekevät leuasta putoamaan. Esimerkiksi laakeripallo on kiillotettu alle kymmenen mikronin tarkkuudella, ja laser gyroskoopit tarjoavat 0,0008 kaarisekunnin kulmasuorituksen. Eristetty päälentokoneesta paineistettujen kumipuskurien sarjassa, jotka on korjattu korkeudella, kaukoputki on melkein kokonaan vapaa 747: n pääosasta, joka sisältää tietokoneet ja telineet, jotka eivät vain käytä kaukoputkea, vaan tarjoavat tukiaseman kaikki koneella lentävät havainnoivat tutkijat.
PI taivaalla
Periaatteistutkija-asema sijaitsee lentokoneen keskipisteen ympärillä, usean metrin päässä teleskoopista, mutta on suljettu koneeseen (altistunut ilmalle 45 000 metrin etäisyydellä, miehistö ja tutkijat muuten kuolevat välittömästi). Täällä, kymmenen tai useamman tunnin ajan kerrallaan, tutkijat voivat kerätä tietoja, kun ovi aukeaa ja kaukoputki osoittaa valittuun kohteeseen, jolloin lentäjät seuraavat tarkkaa lentoreittiä pitääkseen yllä instrumentin osoitustarkkuuden ja välttääkseen parhaiten turbulenssin mahdollisuus. Vaikka maapallolla sijaitsevat kaukoputket pystyvät reagoimaan nopeasti uuden supernoovan kaltaisiin tapahtumiin, SOFIA: ta hoidetaan paremmin tieteellisessä toiminnassaan, ja ehdotussyklien aikana, jotka ovat yli kuusi kuukautta vuoteen, on suunniteltava melko tarkasti, miten objektia voidaan parhaiten tarkkailla.
Ennustetaan tulevaisuutta
Tiedetoiminta aloitettiin vuonna 2010 FORCAST-ohjelmalla (heikko objektin infrapunakamera Sofian teleskoopille) ja jatkui vuoteen 2011 GREAT-laitteella (saksalainen tähtitieteen vastaanotin Teraherzin taajuuksilla). FORCAST on keskipitkän / kauko-infrapunainstrumentti, joka toimii kahdella kameralla välillä 5 - 40 mikronia (samanaikaisesti ne voivat toimia 10–25 mikronin välillä) 3,2: n kaarimäärän näkökentän avulla. Se näki ensimmäisen valon Jupiterissa ja galaksissa Messier 82, mutta pyrkii kuvantamaan galaktisen keskuksen, tähtien muodostumisen spiraalimaissa ja aktiivisissa galakseissa ja tarkastelemaan myös molekyylipilviä, joka on yksi sen päätieteellisistä tavoitteista, jonka avulla tutkijat voivat määrittää tarkasti pölyn lämpötilat ja lisätietoja tähtiä muodostavien alueiden morfologiasta alle kolmen kaarin sekunnin tarkkuudella (riippuen aallonpituudesta, jolla instrumentti toimii). Tämän lisäksi FORCAST pystyy suorittamaan myös grisma (ts. Ritiläprisma) -spektroskopian saada yksityiskohtaisempia tietoja tarkasteltavien kohteiden koostumuksesta. Mukautuvaa optiikkajärjestelmää ei ole, mutta sitä ei tarvita toimintotyypeille.
FORCAST ja GREAT ovat vain kaksi "perustietoa" tieteen toiminnan välineistä, joihin kuuluvat myös Echelle-spektrografit, kauko-infrapunaspektrometrit ja korkearesoluutioiset laajakaistakamerat, mutta jo tiederyhmä työskentelee uusien välineiden kanssa seuraavaa toimintavaihetta varten. Mittauslaitteiden vaihto, vaikka se on monimutkainen, on suhteellisen nopea (verrattavissa aikaan, joka kuluu instrumenttien vaihtamiseen suurempiin maan observatorioihin), ja se voidaan saavuttaa valmiutena havainnoille, jotka kone pyrkii tekemään jopa 160 kertaa vuodessa. Ja vaikka SOFIA: lle ei ollut suunnitelmia rakentaa siskolaivaa, tutkijoiden keskuudessa on keskusteltu suuremman kaukoputken asettamisesta Airbus A380: lle.
Sky Outreach
Suunnitellulla tieteen suurlähettiläsohjelmalla, johon osallistuvat lentokoneessa lentävät opettajat tekevät tutkimusta, SOFIA: n julkinen profiili kasvaa. Tieteen tuotos ja mahdollisuudet instrumentteista, jotka ovat jatkuvasti kehittyviä, käyttökelpoisia ja korjattavissa aina laskeutuessaan, ovat mittaamattomat verrattuna avaruustehtäviin. Toimittajille oli vasta äskettäin annettu mahdollisuus tutustua tähän merkittävään lentokoneeseen, ja oli etuoikeus ja kunnia olla yksi ensimmäisistä ihmisistä, jotka näkivät sen läheltä. Tätä varten haluan kiittää ESA: ta ja NASA: ta kutsusta ja mahdollisuudesta nähdä jotain niin ainutlaatuista.
