Одна из самых замечательных обсерваторий в мире выполняет свою работу не на вершине горы, не в космосе, а на высоте 45 000 футов на Боинге 747. Ник Хоус осмотрел этот уникальный авиалайнер, совершивший первую посадку в Европе.
СОФИЯ (стратосферная обсерватория для инфракрасной астрономии) возникла из идеи, впервые сформулированной в середине 1980-х годов. Представьте себе, говорят ученые, используя Боинг 747 для переноски большого телескопа в стратосферу, где поглощение инфракрасного света молекулами атмосферной воды резко снижается даже по сравнению с самыми высокими наземными обсерваториями. К 1996 году эта идея стала на шаг ближе к реальности, когда проект SOFIA был официально согласован между НАСА (которое финансирует 80 процентов расходов на миссию в 330 миллионов долларов, сумма, сопоставимая с одной скромной космической миссией) и Немецким аэрокосмическим центром. (DLR, который финансирует остальные 20 процентов). Исследования и разработки начались с использованием сильно модифицированного Boeing 747SP, названного «Clipper Lindburgh» в честь известного американского пилота, и где «SP» расшифровывается как «Special Performance».
Первые испытательные полеты были проведены в 2007 году, когда SOFIA работала в исследовательском центре НАСА Dryden Flight Research Centre на авиабазе Эдвардс на сухом озере Роджерс в Калифорнии - прекрасном сухом месте, которое помогает в эксплуатации приборов и самолетов.
Когда самолет посетил центр подготовки астронавтов Европейского космического агентства в Кельне, Германия, мне была предоставлена редкая возможность осмотреть этот великолепный самолет в рамках европейского космического «Tweetup» (встреча в Твиттере). Что сразу бросилось в глаза, так это то, что длина самолета была короче той, на которой вы обычно летаете, что позволяет самолету дольше оставаться в воздухе, что является важным аспектом для его самого важного пассажира - 2,7-метрового телескопа SOFIA. Его основное зеркало размером с космический телескоп Хаббл имеет алюминиевое покрытие и направляет свет на 0,4-метровое вторичное устройство, все в открытой каркасной клетке, которая буквально высовывается из боковой части самолета.
Как мы уже видели, обоснование размещения многотонного телескопа на самолете состоит в том, что таким образом можно избежать большинства эффектов поглощения нашей атмосферы. Наблюдения в инфракрасном диапазоне в основном невозможны для наземных приборов на уровне или около уровня моря и только частично возможно даже на высоких вершинах гор. Водяной пар в нашей тропосфере (нижний слой атмосферы) поглощает так много инфракрасного света, что традиционно единственный способ победить это - запустить космический корабль. SOFIA может занять свою нишу, выполняя практически ту же работу, но с гораздо меньшим риском и гораздо более продолжительным сроком службы. Самолет оснащен сложными инфракрасными камерами контроля для проверки собственного выхода и мониторинга водяного пара, чтобы измерить, какое небольшое поглощение происходит.
Зеркало длиной 2,7 метра (хотя на самом деле на практике используется только 2,5 метра) использует стеклокерамический композит, обладающий высокой термостойкостью, что жизненно важно, учитывая суровые условия, через которые самолет проходит через изолированный телескоп. Если представить, что астрономы-любители с трудом проводят несколько вечеров со стабильностью телескопа в шумных условиях, позаботьтесь о SOFIA, чей огромный телескоп с отражением f / 19.9 Cassegrain должен иметь дело с открытой дверью в
Ветры со скоростью 800 километров в час (500 миль в час). Обычно некоторые операции выполняются на высоте 39 000 футов (приблизительно 11 880 метров), а не на возможном потолке в 45 000 футов (13 700 метров), поскольку в то время как большая высота обеспечивает несколько лучшие условия с точки зрения недостаточное поглощение (все еще превышающее 99 процентов водяного пара, который вызывает большинство проблем), необходимое дополнительное топливо означает, что время наблюдения значительно сокращается, что составляет 39 000
Высота футов в некоторых случаях лучше для сбора большего количества данных. Самолет использует продуманную систему воздухозаборника, чтобы направлять и направлять поток воздуха и турбулентность в сторону от открытого окна телескопа. Говоря с пилотами и учеными, они все согласились с тем, что не было никакого эффекта, вызванного выходом из авиационных двигателей. ,
Оставаясь спокойным
Камеры и электроника на всех инфракрасных обсерваториях должны поддерживаться при очень низких температурах, чтобы избежать теплового шума от них, попадающего в изображение, но у SOFIA есть туз в рукаве. В отличие от космической миссии (за исключением миссий по обслуживанию космического телескопа Хаббла, каждая из которых стоит 1,5 миллиарда долларов, включая цену запуска космического челнока), SOFIA имеет преимущество в том, что она может заменить или отремонтировать приборы или пополнить свою охлаждающую жидкость, позволяя предполагаемый срок службы не менее 20 лет, что намного дольше, чем в любой космической инфракрасной миссии, в которой через несколько лет кончается охлаждающая жидкость.
Между тем телескоп и его колыбель - подвиг техники. Телескоп в значительной степени зафиксирован по азимуту, с компенсацией за самолет только трехступенчатый люфт, но ему не нужно двигаться в этом направлении, поскольку самолет, пилотируемый некоторыми из лучших НАСА, выполняет эту обязанность за него. Он может работать в диапазоне высот 20–60 градусов во время научных операций. Все это было разработано с учетом допусков, при которых челюсть опускается. Несущая сфера, например, полируется с точностью менее десяти микрон, а лазерные гироскопы обеспечивают угловые приращения 0,0008 угловых секунд. Изолированный от основного самолета серией резиновых бамперов под давлением, которые скомпенсированы по высоте, телескоп практически полностью свободен от основной массы 747, в которой размещены компьютеры и стойки, которые не только управляют телескопом, но и обеспечивают базовую станцию для любые ученые-наблюдатели, летящие на самолете.
Пи в небе
Станция Принципиальных Исследователей расположена около средней точки самолета, в нескольких метрах от телескопа, но заключена в самолет (при попадании в воздух на высоте 45 000 футов экипаж и ученые в противном случае были бы мгновенно убиты). Здесь, в течение десяти или более часов, ученые могут собирать данные, как только дверь открывается, и телескоп указывает на выбранную цель, причем пилоты следуют по точному маршруту полета, чтобы поддерживать точность наведения инструмента, а также наилучшим образом избегать возможность турбулентности. В то время как наземные телескопы могут быстро реагировать на такие события, как новая сверхновая, SOFIA в большей степени регламентирует свою научную деятельность, и с циклами предложений от шести месяцев до года нужно довольно точно планировать, как лучше всего наблюдать объект.
Прогнозирование будущего
Научные работы начались в 2010 году с FORCAST (инфракрасная камера Faint Object для телескопа София) и продолжились в 2011 году с прибором GREAT (немецкий приемник для астрономии на частотах Терагерца). FORCAST - это инфракрасный и ближний инфракрасный прибор, работающий с двумя камерами на расстоянии от пяти до сорока микрон (в тандеме они могут работать на расстоянии 10–25 микрон) с полем зрения в 3,2 минуты. Он впервые увидел свет на Юпитере и галактике Мессье 82, но будет работать над изображением галактического центра, звездообразования в спиральных и активных галактиках, а также смотреть на молекулярные облака, что является одной из его основных научных целей, позволяющих ученым точно определять температуру пыли и более подробно о морфологии областей звездообразования вплоть до разрешения менее трех угловых секунд (в зависимости от длины волны, на которой работает прибор). Наряду с этим, FORCAST также может выполнять спектроскопию грима (то есть призматической решетки), чтобы получить более подробную информацию о составе рассматриваемых объектов. Адаптивной оптики нет, но она не нужна для тех операций, которые она выполняет.
FORCAST и GREAT - это только два из «базовых» инструментов для научных исследований, которые также включают спектрографы Эшелле, инфракрасные спектрометры и широкополосные камеры с высоким разрешением, но научная группа уже работает над новыми приборами для следующего этапа операций. Переключение приборов, хотя и сложное, является относительно быстрым (сравнимым со временем, которое требуется для переключения приборов на более крупных наземных обсерваториях), и может быть достигнуто в готовности к наблюдениям, что самолет планирует делать до 160 раз в год. И хотя не было никаких твердых планов построить дочерний корабль для SOFIA, ученые обсуждали вопрос о том, как установить на Airbus A380 больший телескоп.
Sky Outreach
С запланированной программой научных послов с участием учителей, летящих на самолете для проведения исследований, общественная репутация SOFIA будет расти. Научные результаты и возможности приборов, которые постоянно развиваются, исправны и совершенствуются при каждом приземлении, неизмеримы по сравнению с космическими миссиями. Журналистам только недавно была предоставлена возможность посетить этот замечательный самолет, и для меня было честью и честью быть одним из первых, кто увидел его поближе. В связи с этим я хочу поблагодарить ЕКА и НАСА за приглашение и возможность увидеть что-то уникальное.
