Stratosfäärinen infrapunastronomian observatorio • SOFIA
SOFIA ( lyhenne sanoista on Stratosfäärin seurantakeskuksen infrapunatähtitiede (Ranskan Observatory stratosfäärin varten infrapunatähtitiede ) on teleskooppi infrapunaa ilmassa yhdessä kehittämä NASA johon osallistuvat Saksan avaruusjärjestö . Ensimmäinen lento tehtiin26. huhtikuuta 2007 ja kaukoputki julistettiin toimintakykyiseksi vuonna 2014.
SOFIA: n optinen osa koostuu 17 tonnin teleskoopista, jonka peili on halkaisijaltaan 2,7 metriä. Kantoaaltotaso kiertäessään lähes 14 kilometrin korkeudessa mahdollistaa infrapunasäteilyn havainnoinnin aaltoalueella, joka kulkee lähi-infrapunasta pitkälle infrapunaan (5-320 mikronia), jota ei voida havaita maanpäällisillä kaukoputkilla, koska ilmakehä pysäyttää ne. Vuoden 2020 aikana kaukoputkessa on kuusi instrumenttia, mukaan lukien optinen kamera, polarimetri ja useita spektrometrejä. Laitetta käytetään määrittämään koostumuksen ilmapiiri ja planeettojen ja niiden pinnalle, vaan myös tutkia komeettoja , fysiikan ja kemian tähtienvälisen väliaineen sekä tähtien .
Infrapuna-tähtitiede, joka tutkii tähtitieteellisten esineiden lähettämän infrapunasäteilyn osaa . Infrapuna- aallonpituus alue on välillä 0,75 ja 300 um välillä näkyvän valon (0,3-0,75 mikrometriä) ja lyhyemmällä aaltoja (200 mikrometriä). Infrapuna-tähtitiede antaa mahdollisuuden tutkia taivaankappaleita, joita ei voida havaita näkyvässä valossa , samoin kuin prosesseja, joiden ominaisuudet paljastavat osittain niiden lähettämä infrapunasäteily. Infrapuna huomautukset ovat erityisen piilotettu esineitä näkyvän valon mukaan pilvet kaasun ja tähtienvälisen pölyn (keskellä galaksistamme , taimitarhoilla tähtiä, prototähtiä ) ja kaukaisin galaksien säteily läpikäy punasiirtymällä johtuen maailmankaikkeuden laajeneminen , joka liikkuu niitä pois erittäin suurilla nopeuksilla galaksistamme.
Taivaankappaleiden lähettämä infrapunavalo absorboi osittain maapallon ilmakehässä olevaa vesihöyryä. Keski- ja kaukoinfrapuna (8 mikronista) on käytännössä havaittavissa vain erittäin suurelta korkeudelta. Useita menetelmiä on käytetty kiertää tämä rajoitus: asettamalla infrapuna kaukoputket korkeissa paikoissa ( Mauna Kea Observatory , VISTA jne), laittaminen kiertoradalla ( Spitzer , IRAS (Infrared Astronomical Satellite), Herschel ) tai asentaa alukseen ilma-alukset (ilmapallot, lentokoneet) lentävät erittäin korkealla.
SOFIA-teleskooppi on NASA: n kehittämän ilmassa sijaitsevan Kuiper-teleskoopin seuraaja, joka pysyi toiminnassa vuosina 1974-1995. Tähän sisältyi teleskooppi, jonka aukko oli 91,5 senttimetriä, joten lähellä, keskipitkällä ja pitkällä infrapunalla (1-500 mikronia) oli mahdollista tarkkailla. Se asennettiin C-141 Starlifter -suihkukoneeseen, jota käytetään lennossa 14 kilometrin korkeudessa, ts. Yli 99% ilmakehän vesihöyrystä. Sen avulla voidaan löytää Uranuksen renkaat vuonna 1977 ja vesi läsnä jättiläisten kaasuplaneettojen Jupiterin ja Saturnuksen ilmakehissä .
NASA ehdotti vuonna 1984 sellaisen lentoteleskoopin kehittämistä , jonka aukko on 3 metriä ja jota kuljettaisi Boeing 747. Eritelmät määriteltiin yksityiskohtaisesti vuonna 1987, ja Länsi-Saksa päätti jakaa jopa 20 prosenttia. Mutta Saksan yhdistyminen johtaa talousarvion säästöjaksoon, kun taas NASA kärsii budjettileikkauksia. SOFIA-projektin aikataulu liukuu viidellä vuodella. NASA toimitti hankkeen alihankintana USRA: lle ja yhteistyö Saksan kanssa tehtiin vuonna 1996. Teleskoopin pääkomponentit koottiin Augsburgiin ( Saksa ) vuonna 2002 ja toimitettiin muutama kuukausi myöhemmin Yhdysvaltoihin. Ensimmäiset teleskoopin kenttäkokeet pidettiin vuonna 2004.
Teleskooppi on asennettava muunnetun United Airlines B-747: n kyytiin , jotta teleskooppia voidaan kuljettaa ja käyttää. Mutta kolme peräkkäistä liikkuvan oven toimittajaa, joiden oli annettava teleskoopin tehdä havaintonsa lennossa, meni konkurssiin, mikä johti lykkäämiseen vuonna 2001. Lentoyhtiö United Airlines itse meni konkurssiin ja vetäytyi projektista, kun sen piti ottaa käyttöön vastuussa teleskoopin toteutuksesta. Helmikuussa 2006 ilmassa olevan kaukoputken kustannukset ovat nousseet 185: sta 330 miljoonaan Yhdysvaltain dollariin, ja projektia tutkitaan uudelleen, mutta viime kädessä NASA antaa vihreän valon sen jatkamiseen.
Ilma-teleskooppi teki ensimmäisen lentonsa 26. huhtikuuta 2007. Lentokäyttäytymistä oven ollessa auki ja kiinni testattiin pitkään ja ensimmäiset rutiinitutkimus alkoi vuonna 2010. Täysi kapasiteetti saavutettiin vuonna 2014.
SOFIA-teleskoopin käyttö vuonna 2020 on kaukana suunnittelijoiden asettamista tavoitteista. Riippumattoman elimen suorittaman tarkastuksen mukaan, kun vastuuhenkilöt olivat asettaneet tavoitteekseen tuottaa 150 tieteellistä artikkelia vuodessa, ilma-kaukoputken käyttö vuosina 2014--2018 tuotti keskimäärin vain 21 tieteellistä artikkelia vuodessa. Projektin vastuuhenkilöt yrittävät optimoida välineen käyttöä käynnistämällä useita hankkeita, mutta vain 40% ensisijaisina pidetyistä ehdotuksista saatiin onnistuneesti päätökseen. SOFIA on toiseksi viimeinen 29 maanpäällisen observatorion (plus Hubble) joukossa tieteellisten julkaisujen tuotannossa ja viimeinen viittausten lukumäärän suhteen. Sen vuotuiset kustannukset ovat 85 miljoonaa dollaria, ja se on kustannusjärjestyksessä NASAn toinen operatiivinen astrofysiikan instrumentti aivan Hubble-avaruusteleskoopin takana. Trumpin hallitus ehdotti projektin lopettamista helmikuussa 2020, mutta kongressi ei suostunut.
SOFIA-teleskoopin optinen osa käsittää pääpeilin, jonka halkaisija on 2,7 metriä ja josta säteily iski 2,5 metriä. Se kerää säteilyä välillä 0,3 ja 1600 mikronia. Sen massa on 17 tonnia. Se on suunniteltu täyttämään aukko tulevan JWST- avaruusteleskoopin, joka pystyy havaitsemaan jopa 28 mikronia, ja Alma-teleskoopin, joka tarkkailee mikroaaltosäteilyä 320 mikronista. Saksalaisen DLR- avaruusjärjestön johtaman yhteenliittymän rakentaman teleskoopin ja sen pääpeilin on suunnitellut ja valmistanut ranskalainen Reosc- yritys .
Vuonna 2020 SOFIAn instrumentit ovat:
| Väline | Tieteellinen virkamies | Laitteen tyyppi | Aallonpituudet | Resoluutio | Näkökenttä | Ilmaisin |
|---|---|---|---|---|---|---|
| FPI + | Jürgen Wolf Stuttgartin yliopisto |
Nopea näkyvän valon kamera | 0,36 - 1,10 μm | 0,9 - 29 mikronia | 8.7 'x 8.7' | CCD 1024 x 1024 pikseliä |
| FORCAST | Terry Herter Cornellin yliopisto |
Keskikokoinen infrapunakamera, jossa on grismikuvausspektrometri |
5-40 mikronia | 100-300 | 3,2 'x 3,2' | 2 ilmaisinta 256 x 256 pikseliä (Si: As ja Si: Sb) |
| EXES | Matthew Richter UC Davisin yliopisto |
Korkean resoluution keskikokoinen infrapunaspektrometri | 4,5 - 28,3 mikronia | 10 3 ja 10 5 | 1 ”x 180” paikka | 1024 x 1024 pikseliä (Si: As) |
| HAWC + | Charles Dowell JPL / Caltech |
Kamera bolometri pitkälle infrapuna polarimetri |
53, 89, 154 ja 214 mikronia (20% juovia) | Δλ = 9-43 | välillä 1,4 'x 1,7' (53 μm) ja 4,8 'x 6,4' (214 μm) | bolometri 3 x (32 x 40) |
| FIFI-LS | Alfred Krabbe UC Davisin yliopisto |
2-kanavainen infrapuna-integroitu integroitu kenttärespektrometri | 51 - 120 ja 115 - 203 mikronia | 600-2000 | 30 ”x 30” (sininen) ja 60 ”x 60” (punainen) | 2 x (16x25) Ge: Ga |
| Hieno, upea | Rolf Güs UC Davisin yliopisto |
Kaukaisen infrapunan monipikselinen heterodeenispektrometri | 63-612 mikronia | 10 6 - 10 8 | Diffraktio rajoitettu heterodyni vastaanotin |
Kantaja ilma on Boeing 747 SP , lyhyt versio neljän suihkun moottori , joka on suunniteltu suorittamaan erityisen pitkä lennot ja joka saatiin standardin versio lyhentämällä rungon ja suuresti muuttaa muita elementtejä vähentää ilma-aluksen painoa. Toimitettiin Pan Am -yritykselle vuonna 1977, ja se myytiin United Airlinesille vuonna 1986. NASA, joka osti sen vuonna 1997 , vastasi merkittävistä muutoksista, jotka tehtiin teleskoopin asentamiseksi rungon takaosaan. siipien ja takaistuimen väliin asennettu liukuovi. Tämä, 5,5 metriä korkea ja 4,1 metriä leveä, voidaan avata lennon aikana. Teleskooppi on asennettu rungon takaosaan. Se erotetaan muusta lentokoneesta sinetöidyllä seinällä, joka pitää muun matkustamon paineistettuna. Teleskoopin keskipiste on instrumenttien kanssa rungon paineistetulla puolella. Mökin keskellä on tehtävänhallintakeskus ja tiedetoimintaosasto. Etuosa mahtuu kävijöille. Sillä, että runko on osittain tyhjiössä, ei ole vaikutusta lentokoneen laatuihin ja aerodynamiikkaan.
SOFIAn on toimittava 20 vuotta. Lentokone perustuu tällä Dryden lentotoimintaan Facility in Palmdale , Kaliforniassa, ja ajoittain Christchurch , Uusi-Seelanti havainnoille eteläisellä pallonpuoliskolla. Vuonna 2021 lentokone toimii Ranskan Polynesiasta Uuden-Seelannin ilmatilan sulkemisen vuoksi Covid-19-pandemian vuoksi . Havainto-olosuhteet ovat paremmat talvella (vähemmän vesihöyryä). Kesä (Yhdysvalloissa) on joko omistettu eteläisen pallonpuoliskon havainnoille tai ylläpitotoimille.
Helmikuusta maaliskuun loppuun 2021, kun Lufthansa Technik remontoi Hampurissa yhteistyössä DLR: n (Deutsches Zentrum für Luft) kanssa, se teki ensimmäisen kampanjan Euroopassa Kölnin lentokentältä . Suunnitteilla on noin kaksikymmentä yötä.
Tarkkailulennot suunnitellaan 12 000 - 13 000 metrin (39 000 - 43 000 jalkaa) korkeudelle, jolloin vältetään 99% ilmakehän vesihöyrystä, mikä on erityisen haitallista infrapunakuvien laadulle. Lennon aikana teleskooppi on suunnattava korkeudella 23-60 °, toisaalta atsimuutti määräytyy vain lentokoneen lentoradan perusteella ja on sen vuoksi muokattavissa. Lennon on kestettävä alle 10 tuntia (miehistön työmäärän asettamat rajoitukset).
26. toukokuuta 2010, SOFIA havaitsee Jupiterin luovuttaman lämmön , jota ei vielä ollut toteutettu.
10. heinäkuuta 2017, SOFIA pyrkii havaitsemaan Kuiperin vyöhykkeellä olevan asteroidin New Horizons -hankkeen puolesta . Mutta yritys mitata tähti okkultoituminen asteroidilla (mitata sen halkaisija) on epäonnistuminen.
Vuonna 2020 SOFIA havainnot vahvistavat läsnäoloa vesimolekyylien vuonna Clavius kraatteri on Moon .