أحد أهم المراصد في العالم يقوم بعمله ليس على قمة جبل ، وليس في الفضاء ، ولكن بارتفاع 45000 قدم على متن طائرة بوينج 747. ألقى نيك هاوز نظرة حول هذه الطائرة الفريدة أثناء قيامها بهبوطها الأول في أوروبا.
جاء SOFIA (مرصد الستراتوسفير لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء) من فكرة تم بحثها لأول مرة في منتصف الثمانينيات. قال العلماء ، تخيلوا ، باستخدام طائرة بوينج 747 لحمل تلسكوب كبير إلى الستراتوسفير حيث ينخفض امتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة جزيئات الماء في الغلاف الجوي بشكل كبير ، حتى بالمقارنة مع أعلى المراصد الأرضية. وبحلول عام 1996 ، كانت هذه الفكرة قد خطت خطوة أقرب إلى الواقع عندما تم الاتفاق رسميًا على مشروع SOFIA بين وكالة ناسا (التي تمول 80 في المائة من تكلفة المهمة البالغة 330 مليون دولار ، وهو مبلغ مماثل لبعثة فضائية متواضعة واحدة) ومركز الفضاء الألماني. (DLR ، الذي يمول الـ 20 بالمائة الأخرى). بدأ البحث والتطوير بشكل جدي باستخدام طائرة Boeing 747SP معدلة للغاية تسمى "Clipper Lindburgh" بعد الطيار الأمريكي الشهير ، وحيث تشير "SP" إلى "الأداء الخاص".
تم نقل الرحلات التجريبية الأولى في عام 2007 ، مع تشغيل SOFIA من مركز درايدن لأبحاث الطيران التابع لوكالة ناسا في قاعدة إدواردز الجوية في بحيرة روجرز دراي في كاليفورنيا - موقع لطيف وجاف يساعد في الأجهزة والطائرات تشغيليًا.
عندما قامت الطائرة بزيارة إلى مركز تدريب رواد الفضاء التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في كولونيا ، ألمانيا ، أتيحت لي فرصة نادرة للنظر حول هذه الطائرة الرائعة كجزء من "تويتوب" الفضاء الأوروبي (اجتماع على تويتر). ما كان ملحوظًا على الفور هو طول الطائرة الأقصر إلى تلك التي تطير عليها عادةً ، مما يمكّن الطائرة من البقاء في الهواء لفترة أطول ، وهو جانب حاسم لأهم ركابها ، تلسكوب SOFIA الذي يبلغ طوله 2.7 متر. المرآة الأساسية بحجم تلسكوب هابل الفضائي مطلية بالألمنيوم وترتد الضوء إلى ثانوي يبلغ طوله 0.4 متر ، وكل ذلك في إطار قفص مفتوح يخرج حرفياً من جانب الطائرة.
كما رأينا ، فإن الأساس المنطقي لوضع تلسكوب متعدد الأطنان على طائرة هو أنه من خلال القيام بذلك ، يمكن الهروب من معظم تأثيرات الامتصاص لغلافنا الجوي. الملاحظات بالأشعة تحت الحمراء مستحيلة إلى حد كبير للأجهزة الأرضية عند مستوى سطح البحر أو بالقرب منه ، وربما جزئيًا فقط حتى على قمم الجبال العالية. يمتص بخار الماء في طبقة التروبوسفير الخاصة بنا (الطبقة السفلية من الغلاف الجوي) الكثير من ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي كان الطريقة الوحيدة للتغلب على هذا عادةً إرسال مركبة فضائية. يمكن لـ SOFIA ملء مكانة من خلال القيام بنفس العمل تقريبًا ولكن في خطر أقل بكثير وعمر أطول بكثير. تحتوي الطائرة على كاميرات مراقبة بالأشعة تحت الحمراء متطورة للتحقق من إنتاجها ، ومراقبة بخار الماء لقياس القليل من الامتصاص الذي يحدث.
تستخدم المرآة التي يبلغ قطرها 2.7 مترًا (على الرغم من أنها تستخدم فعليًا 2.5 متر فقط في الواقع) ، مركبًا من الخزف الزجاجي شديد التحمل حراريًا ، وهو أمر حيوي نظرًا للظروف القاسية التي تضع فيها الطائرة التلسكوب المعزول. إذا تصور المرء الصعوبة التي يواجهها علماء الفلك الهواة في بعض الليالي مع استقرار التلسكوب في ظروف اللمعان ، فعليك التفكير في SOFIA ، الذي يجب أن يتعامل تلسكوبه العاكسة f / 19.9 Cassegrain مع باب مفتوح أمام
800 كيلومتر في الساعة (500 ميل في الساعة) رياح. عادة ما تحدث بعض العمليات بسرعة 39000 قدم (حوالي 11880 مترًا) بدلاً من السقف المحتمل البالغ 45000 قدم (13700 متر) ، لأنه في حين يوفر الارتفاع الأعلى ظروفًا أفضل قليلاً من حيث نقص الامتصاص (لا يزال أعلى من 99 في المائة من بخار الماء الذي يسبب معظم المشاكل) ، الوقود الإضافي المطلوب يعني تقليل أوقات المراقبة بشكل كبير ، مما يجعل 39000
ارتفاع القدمين أفضل من الناحية التشغيلية في بعض الحالات لجمع المزيد من البيانات. تستخدم الطائرة نظام سحب هواء مصمم بذكاء لتوجيه وتوجيه تدفق الهواء والاضطراب بعيدًا عن نافذة التلسكوب المفتوحة ، والتحدث إلى الطيارين والعلماء ، واتفقوا جميعًا على أنه لم يكن هناك أي تأثير ناتج عن أي إخراج من محركات الطائرات أيضًا .
الحفاظ على البرودة
يجب الحفاظ على الكاميرات والإلكترونيات في جميع مراصد الأشعة تحت الحمراء في درجات حرارة منخفضة جدًا لتجنب الضجيج الحراري الناتج عن تسربها إلى الصورة ، ولكن SOFIA لديها آس يصل إلى جعبتها. على عكس مهمة الفضاء (باستثناء بعثات الخدمة إلى تلسكوب هابل الفضائي التي تكلف كل منها 1.5 مليار دولار بما في ذلك سعر إطلاق مكوك فضائي) ، تتمتع SOFIA بميزة القدرة على استبدال أو إصلاح الأدوات أو تجديد المبرد ، مما يسمح عمر افتراضي يقدر بـ 20 عامًا على الأقل ، أطول بكثير من أي مهمة الأشعة تحت الحمراء الفضائية التي تنفد من المبرد بعد بضع سنوات.
وفي الوقت نفسه ، يعد التلسكوب ومهده من الأعمال الهندسية. التلسكوب ثابت إلى حد كبير في السمت ، مع مسرحية من ثلاث درجات فقط لتعويض الطائرة ، ولكن لا تحتاج إلى التحرك في هذا الاتجاه حيث أن الطائرة ، التي يقودها بعض من أفضل ناسا ، تؤدي هذا الواجب. يمكن أن تعمل بين مدى ارتفاع 20-60 درجة أثناء العمليات العلمية. تم تصميمها بالكامل لتحمل التسويات التي تجعل الفك ينخفض. على سبيل المثال ، يتم صقل المجال المحمل بدقة أقل من عشرة ميكرون ، وتوفر جيروسكوب الليزر زيادات زاوية قدرها 0.0008 ثانية قوسية. بعيدًا عن الطائرة الرئيسية بسلسلة من مصدات مطاطية مضغوطة ، والتي يتم تعويضها عن الارتفاع ، يكون التلسكوب خاليًا تمامًا من الجزء الأكبر من 747 ، الذي يضم أجهزة الكمبيوتر والرفوف التي لا تعمل فقط على التلسكوب ولكنها توفر محطة القاعدة ل أي علماء مراقبة يطيرون بالطائرة.
PI في السماء
تقع محطة الباحث الرئيسي حول منتصف منتصف الطائرة ، على بعد عدة أمتار من التلسكوب ولكنها محاطة داخل الطائرة (تتعرض للهواء على ارتفاع 45000 قدم ، وإلا سيتم قتل الطاقم والعلماء على الفور). هنا ، لمدة عشر ساعات أو أكثر في كل مرة ، يمكن للعلماء جمع البيانات بمجرد فتح الباب وتوجيه التلسكوب إلى الهدف المحدد ، مع اتباع الطيارين لمسار طيران دقيق للحفاظ على دقة توجيه الجهاز وأيضًا لتجنب أفضل إمكانية الاضطراب. في حين أن التلسكوبات الأرضية يمكن أن تستجيب بسرعة لأحداث مثل المستعر الأعظم الجديد ، فإن SOFIA أكثر تنظيماً في عملياتها العلمية ، ومع دورات الاقتراح على مدى ستة أشهر إلى سنة ، يجب على المرء أن يخطط بدقة شديدة أفضل السبل لمراقبة الجسم.
التنبؤ بالمستقبل
بدأت العمليات العلمية في عام 2010 باستخدام FORCAST (كاميرا الأشعة تحت الحمراء للكائن الخافت لتلسكوب صوفيا) واستمرت في عام 2011 مع أداة GREAT (جهاز الاستقبال الألماني لعلم الفلك في ترددات تيراهيرز). FORCAST عبارة عن أداة تعمل بالأشعة تحت الحمراء متوسطة / بعيدة تعمل مع كاميرتين يتراوح وزنهما بين خمسة وأربعين ميكرون (يمكن أن تعمل جنبًا إلى جنب بين 10-25 ميكرون) مع 3.2 مجال رؤية قوسي. شاهدت الضوء الأول على المشتري والمجرة ميسيير 82 ، لكنها ستعمل على تصوير مركز المجرة ، وتشكيل النجوم في المجرات اللولبية والنشطة ، وكذلك النظر في السحب الجزيئية ، أحد أهدافها العلمية الأساسية التي تمكن العلماء من تحديد درجات حرارة الغبار بدقة و مزيد من التفاصيل حول شكل مناطق تشكيل النجوم وصولاً إلى دقة أقل من ثلاثة أقواس (اعتمادًا على الطول الموجي الذي تعمل فيه الأداة). إلى جانب ذلك ، FORCAST قادر أيضًا على إجراء التحليل الطيفي المزعج (أي منشور مقضب) ، للحصول على معلومات أكثر تفصيلاً حول تكوين الأشياء قيد العرض. لا يوجد نظام بصريات تكيفي ، لكنه لا يحتاج إلى نظام لأنواع العمليات التي يقوم بها.
FORCAST و GREAT ليست سوى اثنين من أدوات العمليات العلمية "الأساسية" ، والتي تشمل أيضًا مطياف Echelle ، ومقاييس الأشعة تحت الحمراء البعيدة والكاميرات عريضة النطاق عالية الدقة ، لكن الفريق العلمي يعمل بالفعل على أدوات جديدة للمرحلة التالية من العمليات. إن تبديل الأجهزة ، على الرغم من كونه معقدًا ، سريع نسبيًا (مقارنة بالوقت الذي يستغرقه تبديل الأدوات في المراصد الأرضية الأكبر) ، ويمكن تحقيقه في الاستعداد للملاحظات ، والتي تهدف الطائرة إلى القيام بها حتى 160 مرة في السنة. وعلى الرغم من عدم وجود خطط حازمة لبناء سفينة شقيقة لـ SOFIA ، فقد كانت هناك مناقشات بين العلماء لوضع تلسكوب أكبر على طائرة إيرباص A380.
الوصول إلى السماء
مع برنامج سفير العلوم المخطط له الذي يشمل المعلمين الذين يحلقون على متن الطائرة لإجراء البحوث ، فإن ملف SOFIA العام سوف ينمو. إن مخرجات العلوم وإمكانياتها من الأدوات التي تتطور باستمرار ، ويمكن صيانتها ، وتحسينها في كل مرة تهبط فيها ، لا تُقاس مقارنةً بالبعثات الفضائية. لم يُتاح للصحفيين إلا في الآونة الأخيرة فرصة زيارة هذه الطائرة الرائعة ، وكان شرفًا وشرفًا أن أكون من أوائل الأشخاص الذين رأوها عن قرب. تحقيقا لهذه الغاية ، أود أن أشكر وكالة الفضاء الأوروبية وناسا للدعوة وفرصة لرؤية شيء فريد من نوعه.
