Една от най-забележителните обсерватории в света върши работата си не на върха на планината, не в космоса, а на височина 45 000 фута на Boeing 747. Ник Хоус се огледа около този уникален самолет, докато направи първото си кацане в Европа.
СОФИЯ (Стратосферна обсерватория за инфрачервена астрономия) произлиза от идея, първоначално лансирана в средата на 80-те години. Представете си, казаха учените, използвайки Boeing 747, за да пренесат голям телескоп в стратосферата, където абсорбцията на инфрачервена светлина от молекулите на атмосферната вода е драстично намалена, дори в сравнение с най-високите наземни обсерватории. До 1996 г. тази идея е направила крачка по-близо до реалността, когато проектът SOFIA е бил официално договорен между НАСА (който финансира 80 процента от разходите за мисията от 330 милиона долара, сума, сравнима с една скромна космическа мисия) и Германския аерокосмически център (DLR, които финансират останалите 20 процента). Научните изследвания и разработки започнаха сериозно с помощта на силно модифициран Boeing 747SP, наречен „Clipper Lindburgh“ на известния американски пилот, и където „SP“ означава „Special Performance“.
Тестовите полети на Мейдън бяха изпълнени през 2007 г., като SOFIA оперираше от изследователския център на НАСА Dryden Flight из базата на военновъздушните сили в Едуардс в сухото езеро Роджърс в Калифорния - хубаво и сухо място, което помага при инструменталното оборудване и самолетите оперативно.
Тъй като самолетът посети центъра за обучение на астронавти на Европейската космическа агенция в Кьолн, Германия, получих рядка възможност да разгледам този великолепен самолет като част от европейското космическо „Tweetup“ (среща в Twitter). Това, което веднага се забеляза, беше по-късата дължина на самолета до тези, по които обикновено летите, което позволява на самолета да се задържи във въздуха за по-дълго време, решаващ аспект за най-важния му пътник - 2,7-метровия телескоп SOFIA. Основното му огледало с размер на космическия телескоп Хъбъл е с алуминиево покритие и отскача светлина до 0,4-метров вторичен, всичко в отворена рамка на клетката, която буквално изскача отстрани на самолета.
Както видяхме, обосновката за поставяне на многотонен телескоп на самолет е, че по този начин е възможно да се избяга от повечето абсорбционни ефекти на нашата атмосфера. Наблюденията в инфрачервена връзка са до голяма степен невъзможни за наземните инструменти на или близо до морското равнище и само частично е възможно дори на високи планински върхове. Водната пара в нашата тропосфера (долният слой на атмосферата) поглъща толкова много от инфрачервената светлина, че традиционно единственият начин да се преодолее това е изпращането на космически кораб. SOFIA може да запълни ниша, извършвайки почти същата работа, но с много по-малък риск и с далеч по-дълъг живот. Самолетът разполага със сложни инфрачервени камери за мониторинг, за да провери собствения си изход, и мониторинг на водни пари, за да се измери какво малко абсорбция се случва.
2,7-метровото огледало (въпреки че всъщност само 2,5 метра се използва наистина на практика) използва композит от стъклокерамика, който е силно термично толерантен, което е жизненоважно предвид тежките условия, през които самолетът поставя изолирания телескоп. Ако човек си представи трудността астрономите-аматьори имат няколко нощи със стабилност на телескопа в зачервени условия, помислете за SOFIA, чийто огромен телескоп отразяващ f / 19.9 Cassegrain трябва да се справи с отворена врата към
800 километра в час (500 мили в час) ветрове. Обикновено някои операции ще се извършват на 39 000 фута (приблизително 11 880 метра), а не на възможния таван от 45 000 фута (13 700 метра), защото докато по-голямата надморска височина осигурява малко по-добри условия по отношение на липса на абсорбция (все още над 99 процента от водната пара, което причинява повечето проблеми), необходимото допълнително гориво означава, че времето за наблюдение се намалява значително, което прави 39 000
височина на фута оперативно по-добре в някои случаи за събиране на повече данни. Самолетът използва умело проектирана система за всмукване на въздух за фуния и канализиране на въздушния поток и турбулентност далеч от отворения прозорец на телескопа и говорейки на пилотите и учените, всички се съгласиха, че няма ефект, причинен и от изход от двигателите на самолета ,
Да останеш готин
Камерите и електрониката във всички инфрачервени обсерватории трябва да се поддържат при много ниски температури, за да се избегне термичният шум от тях да се разлее в изображението, но SOFIA има ас до ръкава си. За разлика от космическата мисия (с изключение на обслужващите мисии до космическия телескоп Хъбъл, всеки от които струва 1,5 милиарда долара, включително цената на пускането на космическа совалка), SOFIA има предимството, че може да замени или ремонтира инструменти или да попълни охлаждащата си течност, позволявайки приблизителна продължителност на живота от най-малко 20 години, много по-дълга от всяка космическа инфрачервена мисия, която изчерпва охлаждащата течност след няколко години.
Междувременно телескопът и люлката му са подвиг на техниката. Телескопът е почти фиксиран по азимут, само с тристепенна игра, за да компенсира самолета, но не е необходимо да се движи в тази посока, тъй като самолетът, пилотиран от някои от най-добрите НАСА, изпълнява това задължение за него. Той може да работи между 20–60 градуса надморска височина по време на научни операции. Всичко е проектирано до толеранси, които правят челюстта да падне. Лагерната сфера например е полирана до точност по-малка от десет микрона, а лазерните жироскопи осигуряват ъглови стъпки от 0,0008 арсекунди. Изолиран от основния самолет от поредица от гумени брони под налягане, които са компенсирани по височина, телескопът е почти напълно свободен от основната част от 747, в която се намират компютрите и стелажите, които не само управляват телескопа, но осигуряват базовата станция за всички наблюдателни учени, които летят със самолета.
PI в небето
Станцията за изследовател на принципите е разположена около средната точка на самолета, на няколко метра от телескопа, но затворена в самолета (изложена на въздуха на 45 000 фута, екипажът и учените в противен случай биха били незабавно убити). Тук, в продължение на десет и повече часа наведнъж, учените могат да събират данни, след като вратата се отвори и телескопът се насочва към целта на избор, като пилотите следват точен път на полета, за да поддържат както точността на насочване на инструмента, така и да избегнат най-добре възможността за турбуленция. Докато наземните телескопи могат да реагират бързо на събития като нова свръхнова, SOFIA е по-режимирана в своите научни операции и с цикли на предложения над шест месеца до година човек трябва да планира доста точно как най-добре да наблюдава обекта.
Прогнозиране на бъдещето
Научните операции започнаха през 2010 г. с FORCAST (Инфрачервена камера за слаб обект за софийския телескоп) и продължиха през 2011 г. с инструмента GREAT (немски приемник за астрономия на Teraherz Frequency). FORCAST е средно / далечен инфрачервен инструмент, работещ с две камери между по пет и четиридесет микрона (в тандем те могат да работят между 10-25 микрона) с 3,2 arcminute зрително поле. Той видя първата светлина върху Юпитер и галактиката Messier 82, но ще работи върху изобразяването на галактическия център, образуването на звезди в спирални и активни галактики, а също и върху молекулярните облаци, една от основните му научни цели, позволяваща на учените да определят точно температурите на праха и по-подробно за морфологията на звездообразуващите региони до по-малко от три-дъгова секунда (в зависимост от дължината на вълната, на която работи инструментът). Заедно с това, FORCAST е в състояние да извърши и грис (т.е. решетъчна призма) спектроскопия, за да получи по-подробна информация за състава на разглежданите обекти. Няма адаптивна оптика, но не е необходима такава за видовете операции, които прави.
FORCAST и GREAT са само два от „основните“ инструменти за научна експлоатация, които включват също спектрографи на Echelle, далечни инфрачервени спектрометри и широколентови камери с висока разделителна способност, но вече научният екип работи върху нови инструменти за следващата фаза на операциите. Превключването на приборите, макар и сложно, е сравнително бързо (сравнимо с времето, необходимо за превключване на инструменти на по-големи наземни обсерватории) и може да бъде постигнато в готовност за наблюдения, което самолетът цели да прави до 160 пъти годишно. И макар да нямаше твърди планове за изграждане на сестрински кораб за SOFIA, между учените е имало дискусии за поставяне на по-голям телескоп на Airbus A380.
Sky Outreach
С планирана програма за научен посланик, включваща учители, които летят на самолета, за да правят изследвания, общественият профил на SOFIA ще се разраства. Научният резултат и възможностите от инструменти, които непрекъснато се развиват, обслужват и са неизменни всеки път, когато се приземят, са неизмерими в сравнение с космическите мисии. Наскоро журналистите получиха възможността да посетят този забележителен самолет и беше привилегия и чест да бъдеш един от първите хора, които го видяха отблизо. За тази цел искам да благодаря на ESA и НАСА за поканата и възможността да видя нещо толкова уникално.
