Ένα από τα πιο αξιοσημείωτα παρατηρητήρια στον κόσμο δεν λειτουργεί σε μια βουνοκορφή, όχι στο διάστημα, αλλά ύψος 45.000 ποδιών σε ένα Boeing 747. Ο Nick Howes έριξε μια ματιά γύρω από αυτό το μοναδικό αεροσκάφος καθώς έκανε την πρώτη του προσγείωση στην Ευρώπη.
Το SOFIA (Στρατοσφαιρικό Παρατηρητήριο υπέρυθρης αστρονομίας) προήλθε από μια ιδέα που διατυπώθηκε για πρώτη φορά στα μέσα της δεκαετίας του 1980. Φανταστείτε, είπε οι επιστήμονες, χρησιμοποιώντας ένα Boeing 747 για να μεταφέρουν ένα μεγάλο τηλεσκόπιο στη στρατόσφαιρα όπου η απορρόφηση του υπέρυθρου φωτός από τα μόρια του ατμοσφαιρικού νερού μειώνεται δραματικά, ακόμη και σε σύγκριση με τα υψηλότερα επίγεια παρατηρητήρια. Μέχρι το 1996, αυτή η ιδέα είχε κάνει ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα, όταν το έργο SOFIA συμφωνήθηκε επίσημα μεταξύ της NASA (που χρηματοδοτεί το 80% του κόστους της αποστολής των 330 εκατομμυρίων δολαρίων, ένα ποσό συγκρίσιμο με μια μόνο μέτρια διαστημική αποστολή) και το Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο (DLR, που χρηματοδοτούν τα άλλα 20 τοις εκατό). Η έρευνα και η ανάπτυξη ξεκίνησαν σοβαρά χρησιμοποιώντας ένα πολύ τροποποιημένο Boeing 747SP που ονομάστηκε «Clipper Lindburgh» μετά το διάσημο αμερικανικό πιλότο και όπου το «SP» σημαίνει «Ειδική παράσταση».
Οι δοκιμαστικές πτήσεις της Maiden πραγματοποιήθηκαν το 2007, με τη SOFIA να λειτουργεί από το Κέντρο Έρευνας Πτήσης Dryden της NASA στο Edward Airforce Base στη λίμνη Rogers Dry στην Καλιφόρνια - μια ωραία, ξηρή τοποθεσία που βοηθά στη λειτουργία των οργάνων και των αεροσκαφών.
Καθώς το αεροπλάνο επισκέφθηκε το εκπαιδευτικό κέντρο αστροναυτών της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας στην Κολωνία της Γερμανίας, μου δόθηκε μια σπάνια ευκαιρία να κοιτάξω γύρω από αυτό το υπέροχο αεροσκάφος ως μέρος ενός ευρωπαϊκού διαστημικού «Tweetup» (μια συνάντηση στο Twitter). Αυτό που ήταν άμεσα αισθητό ήταν το μικρότερο μήκος του αεροπλάνου με αυτό που συνήθως πετάτε, το οποίο επιτρέπει στο αεροσκάφος να παραμείνει στον αέρα για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, μια κρίσιμη πτυχή για τον πιο σημαντικό επιβάτη του, το τηλεσκόπιο 2,7 μέτρων SOFIA. Ο πρωτογενής καθρέφτης μεγέθους διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble είναι επικαλυμμένος με αλουμίνιο και αναπηδά στο δευτερεύον 0,4 μέτρα, όλα σε ένα πλαίσιο ανοιχτού κλωβού που κυριολεκτικά σπρώχνει την πλευρά του αεροσκάφους.
Όπως είδαμε, το σκεπτικό για την τοποθέτηση ενός τηλεσκοπίου πολλαπλών τόνων σε ένα αεροσκάφος είναι ότι με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατόν να ξεφύγουμε από τα περισσότερα από τα αποτελέσματα απορρόφησης της ατμόσφαιρας μας. Οι παρατηρήσεις σε υπέρυθρες ακτίνες είναι σε μεγάλο βαθμό αδύνατες για επίγεια όργανα σε ή κοντά στη στάθμη της θάλασσας και μόνο εν μέρει πιθανώς ακόμη και σε ψηλές κορυφές. Οι υδρατμοί στην τροπόσφαιρα μας (το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας) απορροφούν τόσο μεγάλο μέρος του υπέρυθρου φωτός που παραδοσιακά ο μόνος τρόπος να το νικήσουμε ήταν να στείλουμε ένα διαστημόπλοιο. Η SOFIA μπορεί να καλύψει μια θέση κάνοντας σχεδόν την ίδια δουλειά, αλλά με πολύ μικρότερο κίνδυνο και με πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Το αεροσκάφος διαθέτει εξελιγμένες κάμερες παρακολούθησης υπέρυθρων για να ελέγξει τη δική του έξοδο και παρακολούθηση υδρατμών για να μετρήσει τι μικρή απορρόφηση συμβαίνει.
Ο καθρέφτης των 2,7 μέτρων (αν και στην πραγματικότητα χρησιμοποιείται στην πραγματικότητα μόνο 2,5 μέτρα στην πράξη), χρησιμοποιεί ένα γυάλινο κεραμικό σύνθετο που είναι πολύ θερμικά ανθεκτικό, το οποίο είναι ζωτικής σημασίας λόγω των σκληρών συνθηκών που το αεροσκάφος βάζει το απομονωμένο τηλεσκόπιο. Εάν κάποιος φανταστεί τη δυσκολία που έχουν οι ερασιτέχνες αστρονόμοι μερικές νύχτες με σταθερότητα τηλεσκοπίου σε συνθήκες φουσκώματος, αφήστε μια σκέψη για τη SOFIA, της οποίας το τεράστιο τηλεσκόπιο που αντικατοπτρίζει το Cassegrain πρέπει να ασχοληθεί με μια ανοιχτή πόρτα
800 χιλιόμετρα ανά ώρα (500 μίλια ανά ώρα) ανέμους. Ουσιαστικά ορισμένες ενέργειες θα πραγματοποιηθούν στα 39.000 πόδια (περίπου 11.880 μέτρα) αντί για το πιθανό ανώτατο όριο των 45.000 ποδιών (13.700 μέτρα), επειδή ενώ το υψηλότερο υψόμετρο παρέχει ελαφρώς καλύτερες συνθήκες όσον αφορά έλλειψη απορρόφησης (ακόμα πάνω από το 99 τοις εκατό των υδρατμών που προκαλεί τα περισσότερα προβλήματα), το επιπλέον καύσιμο που απαιτείται σημαίνει ότι οι χρόνοι παρατήρησης μειώνονται σημαντικά, κάνοντας τους 39.000
υψόμετρο ποδιών λειτουργικά καλύτερο σε ορισμένες περιπτώσεις για τη συλλογή περισσότερων δεδομένων. Το αεροσκάφος χρησιμοποιεί ένα έξυπνα σχεδιασμένο σύστημα εισαγωγής αέρα για τη διοχέτευση και τη διοχέτευση της ροής αέρα και της αναταραχής μακριά από το ανοιχτό παράθυρο του τηλεσκοπίου και μιλώντας στους πιλότους και τους επιστήμονες, όλοι συμφώνησαν ότι δεν υπήρχε κανένα αποτέλεσμα από οποιαδήποτε έξοδο από τους κινητήρες του αεροσκάφους. .
Μείνετε δροσεροί
Οι κάμερες και τα ηλεκτρονικά σε όλα τα παρατηρητήρια υπερύθρων πρέπει να διατηρούνται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες για να αποφευχθεί η διαρροή θερμικού θορύβου από την εικόνα, αλλά το SOFIA έχει άσσο στο μανίκι του. Σε αντίθεση με μια διαστημική αποστολή (με εξαίρεση τις αποστολές εξυπηρέτησης στο Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble που κοστίζουν το καθένα 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια, συμπεριλαμβανομένης της τιμής εκτόξευσης ενός διαστημικού λεωφορείου), η SOFIA έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να αντικαταστήσει ή να επισκευάσει όργανα ή να αναπληρώσει το ψυκτικό της, επιτρέποντας εκτιμώμενη διάρκεια ζωής τουλάχιστον 20 ετών, πολύ μεγαλύτερη από οποιαδήποτε διαστημική αποστολή υπέρυθρης ακτινοβολίας που εξαντλείται ψυκτικό μετά από λίγα χρόνια.
Εν τω μεταξύ, το τηλεσκόπιο και το λίκνο του είναι ένα επίτευγμα μηχανικής. Το τηλεσκόπιο είναι σχεδόν σταθερό στο αζιμούθιο, με μόνο ένα παιχνίδι τριών μοιρών για να αντισταθμίσει το αεροσκάφος, αλλά δεν χρειάζεται να κινηθεί προς αυτή την κατεύθυνση, καθώς το αεροσκάφος, πιλοτικά από μερικούς από τους καλύτερους της NASA, εκτελεί αυτό το καθήκον για αυτό. Μπορεί να λειτουργεί μεταξύ εύρους υψομέτρου 20-60 μοιρών κατά τη διάρκεια επιστημονικών επιχειρήσεων. Όλα έχουν σχεδιαστεί για ανοχές που κάνουν το σαγόνι να πέφτει. Η σφαίρα εδράνου, για παράδειγμα, γυαλίζεται με ακρίβεια μικρότερη από δέκα μικρά, και τα γυροσκόπια λέιζερ παρέχουν γωνιακές αυξήσεις 0,0008 τόξων. Απομονωμένο από το κύριο αεροσκάφος από μια σειρά προφυλακτήρων από καουτσούκ υπό πίεση, τα οποία αντισταθμίζονται σε υψόμετρο, το τηλεσκόπιο είναι σχεδόν εντελώς απαλλαγμένο από τον κύριο όγκο του 747, το οποίο στεγάζει τους υπολογιστές και τα ράφια που όχι μόνο λειτουργούν το τηλεσκόπιο αλλά παρέχουν το σταθμό βάσης για τυχόν παρατηρητές που πετούν με το αεροπλάνο.
PI στον ουρανό
Ο σταθμός Principle Investigator βρίσκεται γύρω από το μεσαίο σημείο του αεροσκάφους, αρκετά μέτρα από το τηλεσκόπιο αλλά περικλείεται μέσα στο αεροπλάνο (εκτεθειμένος στον αέρα στα 45.000 πόδια, το πλήρωμα και οι επιστήμονες διαφορετικά θα σκοτώνονταν αμέσως). Εδώ, για δέκα ή περισσότερες ώρες κάθε φορά, οι επιστήμονες μπορούν να συλλέξουν δεδομένα μόλις ανοίξει η πόρτα και το τηλεσκόπιο δείχνει στον στόχο επιλογής, με τους πιλότους να ακολουθούν μια ακριβή διαδρομή πτήσης για να διατηρήσουν τόσο την ακρίβεια που δείχνει το όργανο όσο και για να αποφύγουν καλύτερα η πιθανότητα αναταραχής. Ενώ τα επίγεια τηλεσκόπια μπορούν να ανταποκριθούν γρήγορα σε γεγονότα όπως ένα νέο σουπερνόβα, το SOFIA έχει περισσότερο σύνθετο ρόλο στις επιστημονικές του δραστηριότητες και, με κύκλους πρότασης πάνω από έξι μήνες έως ένα χρόνο, πρέπει κανείς να σχεδιάσει με ακρίβεια τον καλύτερο τρόπο παρατήρησης ενός αντικειμένου.
Πρόβλεψη του μέλλοντος
Οι επιστημονικές εργασίες ξεκίνησαν το 2010 με το FORCAST (Κάμερα υπέρυθρης ακτινοβολίας αντικειμένου για το τηλεσκόπιο της Σόφιας) και συνεχίστηκαν το 2011 με το όργανο GREAT (Γερμανικός δέκτης αστρονομίας στις συχνότητες Teraherz). Το FORCAST είναι ένα μέσο υπέρυθρης ακτινοβολίας που λειτουργεί με δύο κάμερες μεταξύ πέντε και σαράντα μικρομέτρων (σε συνδυασμό μπορούν να λειτουργήσουν μεταξύ 10–25 μικρών) με οπτικό πεδίο οπτικής εστίασης 3,2. Είδε το πρώτο φως στον Δία και στον γαλαξία Messier 82, αλλά θα εργαστεί για την απεικόνιση του γαλαξιακού κέντρου, του σχηματισμού αστεριών σε σπειροειδείς και ενεργούς γαλαξίες και επίσης θα εξετάσει τα μοριακά σύννεφα, έναν από τους πρωταρχικούς επιστημονικούς στόχους του, επιτρέποντας στους επιστήμονες να προσδιορίσουν με ακρίβεια τις θερμοκρασίες σκόνης και περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη μορφολογία των περιοχών σχηματισμού αστεριών σε ανάλυση μικρότερη των τριών τόξων (ανάλογα με το μήκος κύματος στο οποίο λειτουργεί το όργανο). Παράλληλα, το FORCAST είναι επίσης σε θέση να εκτελεί φασματοσκοπία grism (δηλ. Πρίσμα πλέγματος), για να λαμβάνει πιο λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση των αντικειμένων που βρίσκονται υπό προβολή. Δεν υπάρχει προσαρμοστικό οπτικό σύστημα, αλλά δεν χρειάζεται ένα για τους τύπους λειτουργιών που κάνει.
Το FORCAST και το GREAT είναι μόνο δύο από τα «βασικά» όργανα επιστημονικής λειτουργίας, τα οποία περιλαμβάνουν επίσης φασματογράφους Echelle, φασματόμετρα υπερύθρων και κάμερες ευρείας ζώνης υψηλής ανάλυσης, αλλά ήδη η επιστημονική ομάδα εργάζεται σε νέα όργανα για την επόμενη φάση λειτουργίας. Η εναλλαγή οργάνων, ενώ είναι περίπλοκη, είναι σχετικά γρήγορη (συγκρίσιμη με το χρόνο που απαιτείται για την εναλλαγή οργάνων σε μεγαλύτερα επίγεια παρατηρητήρια) και μπορεί να επιτευχθεί σε ετοιμότητα για παρατηρήσεις, τις οποίες το αεροπλάνο στοχεύει να κάνει έως και 160 φορές το χρόνο. Και ενώ δεν υπήρχαν σταθερά σχέδια για την κατασκευή ενός αδελφού πλοίου για τη SOFIA, υπήρξαν συζητήσεις μεταξύ επιστημόνων για την τοποθέτηση ενός μεγαλύτερου τηλεσκοπίου σε ένα Airbus A380.
Sky Outreach
Με ένα προγραμματισμένο πρόγραμμα πρεσβευτών επιστημών που περιλαμβάνει εκπαιδευτικούς που πετούν στο αεροσκάφος για να κάνουν έρευνα, το δημόσιο προφίλ της SOFIA πρόκειται να αυξηθεί. Η επιστημονική παραγωγή και οι δυνατότητες από όργανα που εξελίσσονται συνεχώς, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και να βελτιωθούν κάθε φορά που προσγειώνεται είναι μετρήσιμα σε σύγκριση με τις διαστημικές αποστολές. Οι δημοσιογράφοι είχαν μόλις πρόσφατα την ευκαιρία να επισκεφθούν αυτό το αξιοθαύμαστο αεροσκάφος και ήταν προνόμιο και τιμή να είμαι ένας από τους πρώτους ανθρώπους που το είδαν από κοντά. Για το σκοπό αυτό, θα ήθελα να ευχαριστήσω την ESA και τη NASA για την πρόσκληση και την ευκαιρία να δω κάτι τόσο μοναδικό.
