Jedno z najbardziej niezwykłych obserwatoriów na świecie działa nie na szczycie góry, nie w kosmosie, ale na wysokości 45 000 stóp na Boeingu 747. Nick Howes rozejrzał się po tym wyjątkowym samolocie podczas pierwszego lądowania w Europie.
SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) zrodziła się z pomysłu, który pojawił się w połowie lat osiemdziesiątych. Wyobraźcie sobie, powiedzieli naukowcy, użycie Boeinga 747 do przeniesienia dużego teleskopu do stratosfery, gdzie absorpcja światła podczerwonego przez atmosferyczne cząsteczki wody jest dramatycznie zmniejszona, nawet w porównaniu z najwyższymi obserwatoriami naziemnymi. W 1996 r. Pomysł ten zbliżył się do rzeczywistości, kiedy projekt SOFIA został formalnie uzgodniony między NASA (która finansuje 80 procent kosztów misji o wartości 330 milionów dolarów, kwotę porównywalną z jedną skromną misją kosmiczną) a Niemieckim Centrum Lotniczym (DLR, który finansuje pozostałe 20 procent). Prace badawczo-rozwojowe rozpoczęto na poważnie przy użyciu wysoce zmodyfikowanego Boeinga 747SP nazwanego „Clipper Lindburgh” od słynnego amerykańskiego pilota i gdzie „SP” oznacza „Special Performance”.
Dziewczęce loty testowe odbyły się w 2007 r., A SOFIA działała w NASA Dryden Flight Research Center w Edwards Airforce Base w Rogers Dry Lake w Kalifornii - ładne, suche miejsce, które pomaga w operowaniu oprzyrządowaniem i samolotami.
Kiedy samolot odwiedził centrum szkolenia astronautów Europejskiej Agencji Kosmicznej w Kolonii w Niemczech, miałem rzadką okazję rozejrzeć się po tym wspaniałym samolocie w ramach „Tweetup” Europejskiej Przestrzeni Kosmicznej (spotkania na Twitterze). Od razu zauważalna była krótsza długość samolotu do tych, na których zwykle lecisz, co pozwala samolotowi pozostać w powietrzu na dłużej, co jest kluczowym aspektem dla jego najważniejszego pasażera, 2,7-metrowego teleskopu SOFIA. Zwierciadło podstawowe teleskopu kosmicznego Hubble'a jest pokryte aluminium i odbija światło do wtórnego 0,4 metra, wszystko w otwartej klatce, która dosłownie wystaje z boku samolotu.
Jak widzieliśmy, uzasadnieniem umieszczenia wielotonowego teleskopu w samolocie jest to, że dzięki temu można uniknąć większości efektów absorpcji naszej atmosfery. Obserwacje w podczerwieni są w dużej mierze niemożliwe dla instrumentów naziemnych na poziomie morza lub blisko niego, a tylko częściowo możliwe, że nawet na wysokich szczytach górskich. Para wodna w naszej troposferze (dolna warstwa atmosfery) pochłania tyle światła podczerwonego, że tradycyjnie jedynym sposobem na pokonanie tego było wysłanie statku kosmicznego. SOFIA może wypełnić niszę, wykonując prawie tę samą pracę, ale przy znacznie mniejszym ryzyku i znacznie dłuższej żywotności. Dron posiada zaawansowane kamery monitorujące w podczerwieni, które sprawdzają swoją moc wyjściową, a także monitorowanie pary wodnej w celu pomiaru niewielkiej absorpcji.
Zwierciadło o długości 2,7 metra (choć tak naprawdę w praktyce jest używane tylko 2,5 metra), wykorzystuje szklano-ceramiczny kompozyt, który jest wysoce tolerancyjny termicznie, co jest niezwykle ważne, biorąc pod uwagę trudne warunki, przez które samolot przepuszcza izolowany teleskop. Jeśli ktoś wyobraża sobie trud amatorskich astronomów, który ma noce ze stabilnością teleskopu w wzburzonych warunkach, zastanów się nad SOFIĄ, której ogromny teleskop odbijający f / 19,9 Cassegrain ma do czynienia z otwartymi drzwiami do
800 kilometrów na godzinę (500 mil na godzinę) wiatry. Zasadniczo niektóre operacje będą miały miejsce przy 39 000 stóp (około 11 880 metrów) zamiast możliwego pułapu 45 000 stóp (13 700 metrów), ponieważ podczas gdy wyższa wysokość zapewnia nieco lepsze warunki pod względem brak absorpcji (nadal powyżej 99 procent pary wodnej, która powoduje większość problemów), dodatkowe potrzebne paliwo oznacza, że czas obserwacji jest znacznie skrócony, dzięki czemu 39 000
wysokość stóp operacyjnie lepiej w niektórych przypadkach, aby zebrać więcej danych. Samolot używa sprytnie zaprojektowanego układu wlotu powietrza do kierowania i kierowania przepływu powietrza i turbulencji z dala od otwartego okna teleskopu. W rozmowie z pilotami i naukowcami wszyscy zgodzili się, że nie było żadnego efektu spowodowanego przez jakąkolwiek moc silników lotniczych .
Spokojnie
Kamery i elektronika we wszystkich obserwatoriach podczerwieni muszą być utrzymywane w bardzo niskich temperaturach, aby uniknąć rozprzestrzeniania się szumów termicznych na obraz, ale SOFIA ma asa w rękawie. W przeciwieństwie do misji kosmicznej (z wyjątkiem misji serwisowych do Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, z których każda kosztuje 1,5 miliarda USD, w tym cena uruchomienia promu kosmicznego), SOFIA ma tę zaletę, że może wymienić lub naprawić instrumenty lub uzupełnić płyn chłodzący, umożliwiając szacowana żywotność wynosi co najmniej 20 lat, znacznie dłużej niż jakakolwiek kosmiczna misja w podczerwieni, która skończy się po kilku latach.
Tymczasem teleskop i jego kolebka są wyczynami inżynieryjnymi. Teleskop jest właściwie ustawiony na azymut, z tylko trzema stopniami, aby zrekompensować samolot, ale nie musi się poruszać w tym kierunku, ponieważ samolot, pilotowany przez jedne z najlepszych NASA, wykonuje za to obowiązek. Może działać między 20–60 stopniami wysokości podczas operacji naukowych. Wszystko zostało zaprojektowane z myślą o tolerancjach, które powodują opadanie szczęki. Na przykład sfera łożyskowa jest wypolerowana z dokładnością mniejszą niż dziesięć mikronów, a żyroskopy laserowe zapewniają przyrosty kątowe o wartości 0,0008 sekundy łukowej. Izolowany od głównego samolotu serią zderzaków gumowych pod ciśnieniem, które mają kompensację wysokości, teleskop jest prawie całkowicie wolny od głównej części 747, w której mieszczą się komputery i stojaki, które nie tylko obsługują teleskop, ale zapewniają stację bazową dla każdy naukowiec-obserwator latający samolotem.
PI na niebie
Stacja Principle Investigator znajduje się wokół środkowego punktu statku powietrznego, kilka metrów od teleskopu, ale jest zamknięta w samolocie (wystawiona na powietrze na wysokości 45 000 stóp, w przeciwnym razie załoga i naukowcy byliby natychmiast zabici). Tutaj, przez dziesięć lub więcej godzin, naukowcy mogą zbierać dane po otwarciu drzwi i teleskopie wskazuje wybrany cel, a piloci podążają precyzyjną ścieżką lotu, aby zachować zarówno dokładność wskazywania instrumentu, jak i najlepiej unikać możliwość turbulencji. Podczas gdy naziemne teleskopy mogą szybko reagować na zdarzenia takie jak nowa supernowa, SOFIA jest bardziej regimentowana w swoich działaniach naukowych, a przy cyklach propozycji trwających od sześciu miesięcy do roku trzeba dość dokładnie zaplanować, jak najlepiej obserwować obiekt.
Prognozowanie przyszłości
Działania naukowe rozpoczęły się w 2010 r. Od FORCAST (kamera na podczerwień Faint Object dla teleskopu Sofia), a kontynuowały w 2011 r. Przy pomocy WIELKIEGO (niemiecki odbiornik astronomii na częstotliwościach Teraherz). FORCAST jest instrumentem na podczerwień o średniej / dalekiej podczerwieni, pracującym z dwiema kamerami o wielkości od 5 do 40 mikronów (w tandemie mogą pracować między 10–25 mikronów) z polem widzenia 3,2 minuty łukowej. Po raz pierwszy ujrzał Jowisza i galaktykę Messiera 82, ale będzie pracował nad obrazowaniem centrum galaktyki, formowaniem się gwiazd w galaktykach spiralnych i aktywnych, a także przyglądaniem się chmurom molekularnym, jednym z głównych celów nauki, umożliwiającym naukowcom dokładne określenie temperatur pyłu i więcej szczegółów na temat morfologii obszarów formujących gwiazdy do rozdzielczości mniejszej niż trzy sekundy łukowe (w zależności od długości fali, w jakiej pracuje instrument). Oprócz tego FORCAST jest również w stanie wykonać spektroskopię grismu (tj. Pryzmatu kratowego), aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat składu obiektów. Nie ma adaptacyjnego układu optycznego, ale nie jest potrzebny do wykonywanych operacji.
FORCAST i GREAT to tylko dwa z „podstawowych” instrumentów naukowych, które obejmują także spektrografy Echelle, spektrometry dalekiej podczerwieni i kamery szerokopasmowe wysokiej rozdzielczości, ale zespół naukowy pracuje już nad nowymi instrumentami do następnej fazy operacji. Przełączanie oprzyrządowania, choć skomplikowane, jest stosunkowo szybkie (porównywalne z czasem potrzebnym do przełączania instrumentów w większych obserwatoriach naziemnych) i można je osiągnąć w gotowości do obserwacji, które samolot wykonuje do 160 razy w roku. I chociaż nie było zdecydowanych planów budowy siostrzanego statku dla SOFIA, naukowcy dyskutowali o umieszczeniu większego teleskopu w Airbusie A380.
Sky Outreach
Wraz z planowanym programem ambasadorów naukowych, w którym nauczyciele będą latać samolotem w celu przeprowadzenia badań, publiczny profil SOFIA będzie się powiększał. Wyniki nauki i możliwości instrumentów, które stale ewoluują, są użyteczne i ulepszalne za każdym razem, gdy wylądują, są niezmierzone w porównaniu z misjami kosmicznymi. Dopiero niedawno dziennikarze mieli okazję odwiedzić ten niezwykły samolot i był to zaszczyt i zaszczyt być jedną z pierwszych osób, które zobaczyły go z bliska. W tym celu pragnę podziękować ESA i NASA za zaproszenie i szansę zobaczenia czegoś tak wyjątkowego.
