Одна з найвидатніших обсерваторій у світі робить свою роботу не на вершині гори, не в космосі, а висотою 45 000 футів на Boeing 747. Нік Хоуз оглянув цей унікальний авіалайнер, коли здійснив свою першу посадку в Європі.
СОФІЯ (Стратосферна обсерваторія інфрачервоної астрономії) виникла з ідеї, вперше висунутої в середині 1980-х. Уявіть собі, зазначають вчені, використовуючи Boeing 747 для перенесення великого телескопа в стратосферу, де поглинання інфрачервоного світла молекулами атмосферної води різко знижується навіть у порівнянні з найвищими наземними обсерваторіями. До 1996 року ця ідея зробила крок ближче до реальності, коли проект SOFIA був офіційно узгоджений між NASA (який фінансує 80 відсотків вартості місії в 330 мільйонів доларів, сума, порівнянна з однією скромною космічною місією) та Німецьким аерокосмічним центром (DLR, які фінансують інші 20 відсотків). Дослідження та розробки почалися серйозно з використанням високомодифікованого Boeing 747SP, названого "Clipper Lindburgh" на честь відомого американського пілота, і де "SP" означає "Special Performance".
Тест-польоти Діви були запущені в 2007 році, СОФІЯ працювала з Центру досліджень NASA в Польотному середовищі Драйден в аеродромній базі Едвардса в сухому озері Роджерс Сухе озеро в Каліфорнії - прекрасне, сухе місце, яке допомагає в роботі приладів та літаків.
Коли літак відвідав навчальний центр космонавтів Європейського космічного агентства в Кельні, Німеччина, мені дали рідкісну можливість оглянути цей чудовий літак як частину європейської космічної «Tweetup» (зустріч у Twitter). Що відразу було помітно, це коротша довжина літака до тієї, на яку зазвичай ви літаєте, що дозволяє літаку довше перебувати у повітрі, що є вирішальним аспектом для його найважливішого пасажира - 2,7-метрового телескопа SOFIA. Первинне дзеркало розміру космічного телескопа Хаббла має алюмінієве покриття і відбиває світло до 0,4-метрового вторинного, все в рамці відкритої клітки, яка буквально вискакує збоку літака.
Як ми бачили, обґрунтуванням розміщення багатотонного телескопа на літаку є те, що таким чином можна уникнути більшості ефектів поглинання нашої атмосфери. Спостереження в інфрачервоному просторі неможливо для наземних приладів на рівні моря або біля нього, а частково можливо навіть на високих вершинах гір. Водна пара в нашій тропосфері (нижньому шарі атмосфери) поглинає стільки інфрачервоного світла, що традиційно єдиним способом подолати це було надсилання космічного корабля. SOFIA може заповнити нішу, виконавши майже ту саму роботу, але набагато менший ризик і набагато довший термін експлуатації. Літак має складні інфрачервоні камери моніторингу для перевірки власного виходу, а також моніторинг водяної пари для вимірювання того, яке мало поглинання відбувається.
2,7-метрове дзеркало (хоча насправді лише 2,5 метри реально застосовується на практиці) використовує скла з керамічної скла, який має високу термостійкість, що є життєво важливим з огляду на суворі умови, через які літальний апарат пропускає ізольований телескоп. Якщо хтось уявляє собі труднощі астрономів-аматорів, які провели кілька ночей із стабільністю телескопа в умовах пом'якшення, запасіться думкою для SOFIA, чий величезний телескоп, що відбиває казеграйн f / 19.9, повинен мати справу з відкритими дверима до
800 кілометрів на годину (500 миль на годину) вітри. Зазвичай деякі операції відбуватимуться на 39 000 футів (приблизно 11 880 метрів), а не на можливій стелі в 45 000 футів (13 700 метрів), оскільки, хоча більша висота забезпечує дещо кращі умови в плані відсутність поглинання (все ще вище 99 відсотків водяної пари, що викликає більшість проблем), додаткове необхідне паливо означає, що час спостереження значно скорочується, що становить 39 000
Висота футів в оперативних випадках краще в деяких випадках для збору більшої кількості даних. Літак використовує розумно розроблену систему забору повітря, щоб вивести та спрямовувати повітряний потік і турбулентність подалі від відкритого вікна телескопа, і розмовляючи з пілотами та вченими, вони погодилися, що жодного ефекту, спричиненого виходом двигунів літака, не було. .
Прохолодно
Камери та електроніка у всіх інфрачервоних обсерваторіях повинні підтримуватися при дуже низьких температурах, щоб уникнути теплового шуму, який від них не пролився на зображення, але SOFIA має туз у рукаві. На відміну від космічної місії (за винятком службових місій для космічного телескопа Хаббл, кожен з яких коштував 1,5 мільярда доларів, включаючи ціну запуску космічного човника), SOFIA має перевагу в можливості замінити або відремонтувати інструменти або поповнити його теплоносієм, дозволяючи тривалість життя принаймні 20 років, набагато довша, ніж будь-яка космічна інфрачервона місія, у якої закінчується теплоносій через кілька років.
Тим часом телескоп та його колиска - подвиг техніки. Телескоп в значній мірі зафіксований по азимуту, лише три ступеня гра, щоб компенсувати літак, але йому не потрібно рухатись у цьому напрямку, оскільки літак, пілотований деякими найкращими з NASA, виконує цей обов'язок за це. Він може працювати в межах 20–60 градусів висоти під час наукових робіт. Це все було розроблено для допусків, через які щелепа падає. Наприклад, несуча сфера відшліфована з точністю менше десяти мікрон, а лазерні гіроскопи забезпечують кутові кроки в 0,0008 дугових секунд. Ізольований від головного літака серією гумових бамперів під тиском, які компенсуються по висоті, телескоп майже повністю звільнений від основної маси 747, де розміщені комп'ютери та стійки, які не тільки керують телескопом, але забезпечують базову станцію для будь-які спостережливі вчені, що літають з літаком.
ПІ в небі
Станція «Принципний слідчий» розташована навколо середини літака, в декількох метрах від телескопа, але закрита всередині літака (потрапила в повітря на відстані 45000 футів, екіпаж та вчені в іншому випадку були б миттєво вбиті). Тут протягом десяти і більше годин вчені можуть збирати дані, як тільки двері відкриваються, і телескоп вказує на ціль, що вибирається, пілоти дотримуються точної траєкторії польоту, щоб підтримувати як точність вказівки приладу, так і найкраще уникати можливість турбулентності. Хоча наземні телескопи можуть швидко реагувати на такі події, як нова наднова, SOFIA більш орієнтована на наукові операції, і з циклами пропозицій протягом шести місяців до року потрібно досить точно планувати, як найкраще спостерігати за об’єктом.
Прогнозування майбутнього
Наукові операції розпочалися в 2010 році за допомогою інфрачервоної камери FORCAST (слабкий об'єкт інфрачервоної камери для телескопа "Софія") та продовжилися в 2011 році інструментом GREAT (німецький приймач для астрономії на частотах Teraherz). FORCAST - це інфрачервоний прилад середнього / дальнього часу, який працює з двома камерами на відстань від п’яти до сорока мікрон (у тандемі вони можуть працювати між 10–25 мкм) із полем зору 3,2 аркм. Він побачив перше світло на Юпітері та галактиці Мессьє 82, але він буде працювати над зображенням галактичного центру, утворення зірок у спіральних та активних галактиках, а також дивлячись на молекулярні хмари, одна з головних наукових цілей, що дозволяє вченим точно визначати температури пилу та Більш детально про морфологію областей, що утворюють зірку, до менш, ніж три-дугової секунди (залежно від довжини хвилі, на якій працює прилад). Поряд із цим, FORCAST також може виконувати спектроскопію гриму (тобто ґратчасту призму), щоб отримати більш детальну інформацію про склад об'єктів, що переглядаються. Немає адаптивної оптичної системи, але вона не потрібна для типів операцій, які вона робить.
FORCAST і GREAT - лише два основних інструментальних пристроїв для наукових робіт, які також включають спектрографи Echelle, далеко інфрачервоні спектрометри та широкосмугові камери високої роздільної здатності, але наукова команда вже працює над новими інструментами для наступної фази операцій. Перемикання приладів, хоч і складне, є відносно швидким (порівняним із часом, необхідним для перемикання приладів на більші наземні обсерваторії), і його можна досягти під час готовності до спостережень, що планується робити до 160 разів на рік. І хоча не було твердих планів побудувати сестринське судно для SOFIA, між вченими проводилися дискусії щодо встановлення більшого телескопа на Airbus A380.
Небесна охорона
Завдяки плановій програмі наукового посла, за участю вчителів, які літають на літаку, щоб проводити дослідження, суспільний профіль SOFIA збирається зростати. Вихід та можливості науки від приладів, які постійно розвиваються, справні та незмінні щоразу, коли вона висаджується, незмірні порівняно з космічними місіями. Журналістам лише нещодавно була надана можливість відвідати цей чудовий літак, і це було одним із перших людей, які побачили його поруч. З цією метою я хочу подякувати ESA та NASA за запрошення та можливість побачити щось таке унікальне.
