En af de mest bemærkelsesværdige observatorier i verden gør sit arbejde ikke på en bjergtop, ikke i rummet, men 45.000 fod højt på en Boeing 747. Nick Howes kiggede rundt på denne unikke flyfly, da den startede sin første landing i Europa.
SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) stammede fra en idé, der først blev opgivet i midten af 1980'erne. Forestil dig, sagde videnskabsmænd, ved hjælp af en Boeing 747 til at transportere et stort teleskop ind i stratosfæren, hvor absorption af infrarødt lys af atmosfæriske vandmolekyler reduceres dramatisk, selv i sammenligning med de højeste jordbaserede observatorier. I 1996 havde denne idé taget et skridt tættere på virkeligheden, da SOFIA-projektet formelt blev aftalt mellem NASA (der finansierer 80 procent af udgifterne til en mission på 330 millioner dollars, et beløb, der kan sammenlignes med en enkelt beskeden rummission) og det tyske rumfartscenter (DLR, der finansierer de andre 20 procent). Forskning og udvikling begyndte for alvor ved hjælp af en stærkt modificeret Boeing 747SP opkaldt 'Clipper Lindburgh' efter den berømte amerikanske pilot, og hvor 'SP' står for 'Special Performance'.
Maiden testflyvninger blev fløjet i 2007, med SOFIA opererer fra NASAs Dryden Flight Research Center ved Edwards Airforce Base i Rogers Dry Lake i Californien - et dejligt, tørt sted, der hjælper med instrumenteringen og flyet operationelt.
Da flyet besøgte Det Europæiske Rumagenturs astronauttræningscenter i Köln, Tyskland, fik jeg en sjælden mulighed for at kigge rundt på dette storslåede fly som en del af et europæisk rum ‘Tweetup’ (et Twitter-møde). Det, der straks blev bemærket, var flyets kortere længde til dem, du normalt flyver på, hvilket gør det muligt for flyet at holde sig i luften længere, et afgørende aspekt for dens vigtigste passager, det 2,7-meter SOFIA-teleskop. Dets Hubble-rumteleskopstørrelse, primær spejl, er aluminiumsovertrukket og spreder lys til en 0,4 meter sekundær, alt sammen i et åbent burramme, der bogstaveligt talt stikker ud af flyets side.
Som vi har set, er grunden til at placere et teleskop med flere ton på et fly, at det ved at gøre det er muligt at undslippe de fleste af absorptionseffekterne af vores atmosfære. Observationer i infrarød er stort set umulige for jordbaserede instrumenter på eller i nærheden af havoverfladen og kun delvist muligvis endda på høje bjergtoppe. Vanddamp i vores troposfære (det nedre lag af atmosfæren) absorberer så meget af det infrarøde lys, at traditionelt den eneste måde at slå dette på var at sende et rumfartøj op. SOFIA kan udfylde en niche ved at udføre næsten det samme job, men med langt mindre risiko og med en langt længere levetid. Flyet har sofistikerede infrarøde overvågningskameraer for at kontrollere sit eget output og vanddampovervågning for at måle, hvor lidt absorption der forekommer.
Det 2,7-meters spejl (skønt faktisk kun 2,5 meter virkelig bruges i praksis) bruger en glaskeramisk komposit, som er yderst termisk tolerant, hvilket er vigtigt i lyset af de barske forhold, som flyet sætter det isolerede teleskop igennem. Hvis man forestiller sig vanskelighederne, at amatørastronomer har nogle aftener med teleskopstabilitet under blastiske forhold, skænk en tanke til SOFIA, hvis enorme f / 19.9 Cassegrain-reflekterende teleskop har at gøre med en åben dør til
800 kilometer i timen (500 miles i timen) vind. Normalt vil nogle operationer forekomme på 39.000 fod (ca. 11.880 meter) snarere end det mulige loft på 45.000 fod (13.700 meter), fordi mens den højere højde giver lidt bedre forhold i form af manglende absorption (stadig over 99 procent af den vanddamp, der forårsager de fleste af problemerne), det ekstra brændstof, der kræves, betyder, at observationstiderne reduceres markant, hvilket gør 39.000
fødder højde operationelt bedre i nogle tilfælde for at indsamle flere data. Flyene bruger et smart designet luftindtagssystem til at tragt og kanalisere luftstrømmen og turbulensen væk fra det åbne teleskopvindue, og når de taler til piloter og videnskabsmænd, var de alle enige om, at der ikke var nogen effekt forårsaget af nogen output fra flymotorerne også .
Forbliver cool
Kameraerne og elektronikken på alle infrarøde observatorier skal opretholdes ved meget lave temperaturer for at undgå termisk støj fra dem, der smitter ind i billedet, men SOFIA har et ess op i ærmet. I modsætning til en rummission (med undtagelse af servicemissionerne til Hubble-rumteleskopet, der hver koster 1,5 milliarder dollars inklusive prisen for lancering af en rumfærgen), har SOFIA fordelen ved at være i stand til at udskifte eller reparere instrumenter eller genopfylde dets kølevæske, hvilket tillader en estimeret levetid på mindst 20 år, langt længere end nogen pladsbaseret infrarød mission, der løber tør for kølevæske efter et par år.
I mellemtiden er teleskopet og dets vugge en bragd af teknik. Teleskopet er temmelig fast i azimuth, med kun et tre-graders spil for at kompensere for flyet, men det behøver ikke at bevæge sig i den retning, da flyet, der styres af nogle af NASAs fineste, udfører denne pligt for det. Det kan arbejde mellem 20 og 60 graders højdeområde under videnskabsoperationer. Det hele er konstrueret til tolerancer, der får kæben til at falde. Lejesfæren er for eksempel poleret til en nøjagtighed på mindre end ti mikron, og lasergyroserne giver vinkelforøg på 0,0008 buesekunder. Teleskopet er isoleret fra hovedflyet med en række trykgummibuffere, som er kompenseret for højden, og er næsten helt fri for hovedparten af 747, der huser computere og stativer, der ikke kun betjener teleskopet, men som giver basestationen til enhver observationsvidenskab, der flyver med flyet.
PI i himlen
Principle Investigator-stationen er placeret omkring midtpunktet af flyet, flere meter fra teleskopet, men lukket inde i flyet (udsat for luften ved 45.000 fod, ville besætningen og forskerne ellers øjeblikkeligt blive dræbt). Her i ti eller flere timer ad gangen kan videnskabsmænd indsamle data, når døren åbnes, og teleskopet peger på det valgte mål, med piloterne følger en præcis flyvevej for at opretholde både instrumentets nøjagtighed og også for bedst at undgå muligheden for turbulens. Mens jordbaserede teleskoper hurtigt kan reagere på begivenheder som en ny supernova, er SOFIA mere regimenteret i sine videnskabelige operationer, og med forslagscykler over seks måneder til et år skal man planlægge ganske præcist, hvordan man bedst kan observere et objekt.
Prognoser for fremtiden
Videnskabsoperationer startede i 2010 med FORCAST (Faint Object Infrared Camera for Sofia Telescope) og fortsatte ind i 2011 med det STORE (tyske modtager for astronomi ved Teraherz Frequences) instrument. FORCAST er et mellem / langt infrarødt instrument, der arbejder med to kameraer mellem fem og fyrre mikron (i tandem kan de arbejde mellem 10–25 mikron) med et 3,2 bueinput synsfelt. Det så første lys på Jupiter og galaksen Messier 82, men vil arbejde på at afbilde det galaktiske centrum, stjernedannelse i spiral- og aktive galakser og også se på molekylære skyer, et af dets primære videnskabelige mål, der giver forskere mulighed for nøjagtigt at bestemme støvtemperaturer og mere detaljeret om morfologien i stjernedannende regioner ned til mindre end tre-buesekundopløsning (afhængigt af bølgelængden instrumentet fungerer ved). Ved siden af dette er FORCAST også i stand til at udføre grism (dvs. et gitterprisme) spektroskopi for at få mere detaljeret information om sammensætningen af objekter, der ses. Der er ikke noget adaptivt optiksystem, men det behøver ikke et til de typer operationer, det udfører.
FORCAST og GREAT er kun to af de 'basale' videnskabelige driftsinstrumenter, som også inkluderer Echelle-spektrografer, langt infrarøde spektrometre og bredbåndskameraer med høj opløsning, men allerede arbejder videnskabsteamet med nye instrumenter til den næste driftsfase. Selvom det er komplekst, er instrumenteromskiftning relativt hurtig (sammenlignelig med den tid, det tager at skifte instrumenter på større jordobservatorier), og kan opnås i beredskab til observationer, hvilket flyet sigter mod at gøre op til 160 gange om året. Og selvom der ikke var nogen faste planer om at bygge et søsterskib til SOFIA, har der været diskussioner blandt forskere om at sætte et større teleskop på en Airbus A380.
Sky Outreach
Med et planlagt science-ambassadørprogram, der involverer lærere, der flyver på flyet for at undersøge, vil SOFIAs offentlige profil vokse. Videnskabsproduktionen og mulighederne fra instrumenter, der konstant er under udvikling, service og forbedring, hver gang den lander, er umådelige i sammenligning med rumopgaver. Journalister havde først for nylig fået muligheden for at besøge dette bemærkelsesværdige fly, og det var et privilegium og en ære at være en af de første mennesker, der så det tæt på. Til dette formål vil jeg gerne takke ESA og NASA for invitationen og chancen for at se noget så unikt.
