Obserwatorium stratosferyczne dla astronomii w podczerwieni - Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy
 SOFIA z otwartymi drzwiami teleskopu w locie.
| |||
| Alternatywne nazwy | SOFIA 
|
||
|---|---|---|---|
| Organizacja | NASA / DLR / USRA / DSI | ||
| Lokalizacja | Lotnisko Palmdale (większość roku); Międzynarodowy Port Lotniczy Christchurch (przez około 2 miesiące w okolicach czerwca/lipca) | ||
| Współrzędne | 43°29′22″S 172°31′56″E / 43.48944°S 172.53222°E Współrzędne: 43°29′22″S 172°31′56″E / 43.48944°S 172.53222°E | ||
| Wysokość | ziemia: 702 m (2303 stóp); w powietrzu: 13,7 km (45 000 stóp) | ||
| Strona internetowa |
Centrum Nauki SOFIA NASA SOFIA DLR SOFIA DSI |
||
| Teleskopy | |||
| |||
.svg)  Lokalizacja obserwatorium stratosferycznego dla astronomii w podczerwieni | |||
 Powiązane multimedia na Wikimedia Commons
| |||
Stratosferze Monitorowania na podczerwień Astronomii ( Sofia ) jest 80/20 wspólny projekt NASA i Aerospace Center niemieckim (DLR) do budowy i utrzymania powietrzu Monitorowania . NASA przyznała w 1996 roku kontrakt na opracowanie samolotu, obsługę obserwatorium i zarządzanie amerykańską częścią projektu Uniwersytetowi Stowarzyszeniu Badań Kosmicznych (USRA). DSI (Deutsches SOFIA Institut) zarządza niemiecką częścią projektu które są przede wszystkim związane z nauką i teleskopem. Teleskop SOFIA ujrzał pierwsze światło 26 maja 2010 roku. SOFIA jest następcą Kuipera Airborne Observatory . Podczas 10-godzinnych, nocnych lotów obserwuje niebiańskie pola magnetyczne, obszary gwiazdotwórcze, komety, mgławice i centrum galaktyki .
Obiekt
SOFIA jest oparta na szerokokadłubowym samolocie Boeing 747SP , który został zmodyfikowany tak, aby zawierał duże drzwi w tylnym kadłubie, które można otworzyć podczas lotu, aby umożliwić dostęp do nieba przez teleskop o średnicy 2,5 m (8,2 stopy) . Ten teleskop jest przeznaczony do obserwacji astronomicznych w podczerwieni w stratosferze na wysokości około 12 kilometrów (41 000 stóp). Zdolność lotnicza SOFIA pozwala jej wznieść się ponad prawie całą parę wodną w ziemskiej atmosferze, która blokuje niektóre długości fal podczerwonych przed dotarciem do ziemi. Na wysokości przelotowej samolotu dostępne będzie 85% pełnego zakresu podczerwieni. Samolot może również podróżować nad niemal dowolnym punktem na powierzchni Ziemi, umożliwiając obserwację z półkuli północnej i południowej.
Loty obserwacyjne odbywają się trzy lub cztery noce w tygodniu. Obserwatorium SOFIA mieści się w Centrum Badań Lotów Armstrong NASA na regionalnym lotnisku Palmdale w Kalifornii, a Centrum Nauki SOFIA w Ames Research Center w Mountain View w Kalifornii.
Teleskop
SOFIA wykorzystuje teleskop zwierciadlany o długości 2,5 m (8,2 stopy) , który ma duże zwierciadło główne o średnicy 2,7 m (8,9 stopy), co jest typowe dla większości dużych teleskopów na podczerwień. System optyczny wykorzystuje konstrukcję odbłyśnika Cassegraina z parabolicznym zwierciadłem głównym i zdalnie konfigurowalnym hiperbolicznym zwierciadłem wtórnym. Aby zmieścić teleskop w kadłubie, liczba f głównej jest tak niska, jak 1,3, a wynikowy układ optyczny ma liczbę f 19,7. Płaskie, trzeciorzędowe zwierciadło dichroiczne służy do odchylania podczerwonej części wiązki do ogniska Nasmytha, gdzie można ją analizować. Zwierciadło optyczne umieszczone za lustrem trzeciorzędnym jest wykorzystywane w systemie naprowadzania kamery.
Teleskop wygląda z dużym drzwi w lewej burty na kadłubie koło ogona samolotu, a początkowo prowadzone dziewięć instrumentów astronomicznych w podczerwieni przy długości fali od 1-655 mikrometrów (urn) i szybki astronomii optycznej przy długości fali od 0,3-1,1 μm. Głównymi instrumentami są FLITECAM, kamera bliskiej podczerwieni o zasięgu 1–5 μm; FORCAST, obejmujący zakres średniej podczerwieni 5-40 μm; oraz HAWC, który obejmuje daleką podczerwień w zakresie 42-210 μm. Pozostałe cztery instrumenty to fotometr optyczny i spektrometry podczerwieni o różnych zakresach spektralnych. Teleskop SOFIA jest zdecydowanie największym, jaki kiedykolwiek został umieszczony w samolocie. Na każdą misję do teleskopu zostanie dołączony jeden wymienny instrument naukowy. Dostępne są dwie grupy instrumentów ogólnego przeznaczenia. Ponadto badacz może również zaprojektować i zbudować instrument specjalnego przeznaczenia. W dniu 17 kwietnia 2012 r. NASA wybrała dwie aktualizacje HAWC w celu zwiększenia pola widzenia dzięki nowym matrycom detektorów bolometrycznych czujników krawędzi przejścia i dodania możliwości pomiaru polaryzacji emisji pyłu ze źródeł niebieskich.
Otwarta wnęka mieszcząca teleskop będzie wystawiona na działanie szybkich, turbulentnych wiatrów. Dodatkowo drgania i ruchy samolotu powodują trudności obserwacyjne. Teleskop został zaprojektowany tak, aby był bardzo lekki, z kształtem plastra miodu wyfrezowanym w tylnej części lustra i polimerowym materiałem kompozytowym użytym do montażu teleskopu. Mocowanie zawiera system łożysk w oleju pod ciśnieniem, aby izolować przyrząd od wibracji. Śledzenie odbywa się za pomocą systemu żyroskopów, szybkich kamer i silników z momentem magnetycznym, które kompensują ruch, w tym drgania pochodzące z przepływu powietrza i silników lotniczych. Kabina teleskopu musi zostać schłodzona przed startem samolotu, aby zapewnić dopasowanie teleskopu do temperatury zewnętrznej, aby zapobiec zmianom kształtu wywołanym termicznie. Przed lądowaniem przedział jest zalewany gazowym azotem, aby zapobiec kondensacji wilgoci na schłodzonej optyce i instrumentach.
DLR odpowiada za cały montaż i projekt teleskopu, wraz z dwoma z dziewięciu instrumentów naukowych używanych z teleskopem; Za samolot odpowiada NASA. Produkcja teleskopu została zlecona przemysłowi europejskiemu. Teleskop jest produkcji niemieckiej; lustro główne zostało odlane przez firmę Schott AG w Moguncji w Niemczech z lekkimi ulepszeniami, a szlifowanie i polerowanie wykonała francuska firma SAGEM-REOSC . Mechanizm zwierciadła wtórnego na bazie węglika krzemu został wyprodukowany przez Szwajcarskie Centrum Elektroniki i Mikrotechnologii (CSEM). Powierzchnia odbijająca została nałożona na lustro w zakładzie w Luizjanie, ale konsorcjum utrzymuje obecnie zakład powlekania lustrzanego w Moffett Field , co pozwala na szybkie ponowne powlekanie lustra głównego, proces, który ma być wymagany 1-2 razy w roku.
Samolot SOFIA
| SOFIA | |
|---|---|
.jpg)
|
|
| SOFIA podczas lotu | |
| Inne nazwy) | Obserwatorium stratosferyczne dla astronomii w podczerwieni, Clipper Lindbergh |
| Rodzaj | Boeing 747SP-21 |
| Producent | NASA/DLR |
| Numer budowy | 21441/306 |
| Rejestracja | N747NA |
| Pierwszy lot | 26 kwietnia 2007 |
| Właściciele i operatorzy | NASA |
| Czynny | 2010-obecnie |
Samolot SOFIA to zmodyfikowany szerokokadłubowy Boeing 747SP (numer seryjny 21441, numer linii 306; rejestracja N747NA; znak wywoławczy NASA747). Boeing opracował wersję 747 SP lub „Special Performance” do lotów na bardzo dalekie odległości, modyfikując konstrukcję 747-100 poprzez usunięcie części kadłuba i znaczne zmodyfikowanie innych w celu zmniejszenia masy, dzięki czemu 747SP może latać wyżej i szybciej i dalej non-stop niż jakikolwiek inny model 747 tamtych czasów.
Boeing przypisał numer seryjny 21441 (numer linii 306) do płatowca, który ostatecznie stał się SOFIA. Pierwszy lot tego samolotu odbył się 25 kwietnia 1977 r., a Boeing dostarczył samolot do Pan American World Airways 6 maja 1977 r. Samolot otrzymał pierwszą rejestrację samolotu , N536PA, a Pan American wprowadził go do komercyjnej obsługi pasażerskiej. Wkrótce potem Pan Am nazwał ten samolot na cześć lotnika Charlesa Lindbergha . Na zaproszenie Pan Am, wdowa po Lindbergh, Anne , ochrzciła samolot Clipper Lindbergh 20 maja 1977 roku, w 50. rocznicę rozpoczęcia historycznego lotu jej męża z Nowego Jorku do Paryża w 1927 roku.
United Airlines kupiły samolot 13 lutego 1986 roku, a samolot otrzymał nową rejestrację N145UA. Samolot pozostawał w służbie do grudnia 1995 roku, kiedy United Airlines umieściły go w magazynie w pobliżu Las Vegas.
30 kwietnia 1997 roku Uniwersyteckie Stowarzyszenie Badań Kosmicznych (USRA) zakupiło samolot do użytku jako obserwatorium powietrzne. 27 października 1997 r. NASA zakupiła samolot od USRA. NASA przeprowadziła w tym roku serię „podstawowych” testów w locie, przed jakąkolwiek ciężką modyfikacją samolotu przez E-Systems (później Raytheon Intelligence and Information Systems, a następnie L-3 Communications Integrated Systems z Waco w Teksasie ). Aby zapewnić udaną modyfikację, Raytheon zakupił sekcję od innego 747SP o numerze rejestracyjnym N141UA, aby wykorzystać ją jako pełnowymiarową makietę .
Rozpoczynając prace w 1998 roku, Raytheon zaprojektował i zainstalował drzwi o wysokości 5,5 m (18 stóp) (długość łuku) na 4,1 m (13,5 stopy) w tylnej lewej części kadłuba samolotu, które można otworzyć podczas lotu, aby uzyskać teleskop dostęp do nieba. Teleskop montowany jest w tylnej części kadłuba za grodzią ciśnieniową. Teleskopu centralny punkt znajduje się w instrumenty naukowe apartamencie w centrum ciśnieniem, części kadłuba, wymagająca część teleskopu przejść przez przegrody ciśnieniowej. W centrum samolotu znajduje się sekcja kontroli misji i operacji naukowych, podczas gdy w przedniej części znajduje się strefa edukacyjna i publiczna. Otwarty kadłub nie ma istotnego wpływu na aerodynamikę i właściwości lotu samolotu.
Na zaproszenie NASA, wnuk Lindbergha, Erik Lindbergh, przechrzcił samolot na Clipper Lindbergh , 21 maja 2007, w 80. rocznicę zakończenia transatlantyckiego lotu Charlesa Lindbergha.
W grudniu 2012 r. samolot otrzymał modernizację pokładu ze szklanym kokpitem wraz z nowymi systemami awioniki i aktualizacjami oprogramowania.
Rozwój projektu
Pierwsze użycie samolotu do prowadzenia obserwacji w podczerwieni miało miejsce w 1965 roku, kiedy Gerard P. Kuiper użył NASA Convair 990 do badania Wenus. Trzy lata później Frank Low użył Ames Learjet do obserwacji Jowisza i mgławic. W 1969 rozpoczęto planowanie montażu teleskopu 910 mm (36 cali) na platformie powietrznej. Celem było wykonanie astronomii ze stratosfery , gdzie głębokość optyczna była znacznie mniejsza od promieniowania podczerwonego pochłanianego przez parę wodną . Projekt ten, nazwany Kuiper Airborne Observatory , został poświęcony 21 maja 1975 roku. Teleskop odegrał kluczową rolę w licznych badaniach naukowych, w tym w odkryciu systemu pierścieni wokół planety Uran.
Propozycja większego teleskopu montowanego w samolocie została oficjalnie przedstawiona w 1984 roku i wezwała Boeinga 747 do przenoszenia trzymetrowego teleskopu. Wstępna koncepcja systemu została opublikowana w 1987 roku w Czerwonej Księdze . Uzgodniono, że Niemcy wniosą 20% całkowitych kosztów i dostarczą teleskop. Jednak zjednoczenie Niemiec i cięcia budżetowe w NASA doprowadziły do pięcioletniego spadku projektu. Następnie NASA zleciła wykonanie prac Uniwersyteckiemu Stowarzyszeniu Badań Kosmicznych (USRA), aw 1996 r. NASA i Niemieckie Centrum Kosmiczne (DLR) podpisały memorandum o zrozumieniu budowy i eksploatacji SOFIA.
Zwierciadło główne teleskopu SOFIA ma średnicę 2,5 metra i zostało wykonane z Zerodur , kompozytu szklano-ceramicznego produkowanego przez firmę Schott AG, który ma prawie zerową rozszerzalność cieplną . REOSC, dział optyczny Grupy SAGEM we Francji, zmniejszył wagę, wyfrezowując z tyłu kieszenie w kształcie plastra miodu. Polerowanie lustra zakończyli 14 grudnia 1999 r., osiągając dokładność 8,5 nanometra (nm) na powierzchni optycznej. Zwierciadło wtórne w kształcie hiperboli zostało wykonane z węglika krzemu , a polerowanie zostało zakończone do maja 2000 r. W 2002 r. główne elementy teleskopu zostały zmontowane w Augsburgu w Niemczech. Składały się one z zespołu zwierciadła głównego, głównego wspornika optycznego i zespołu zawieszenia. Po udanych testach integracyjnych w celu sprawdzenia systemu, komponenty zostały wysłane do Waco w Teksasie na pokładzie samolotu Airbus Beluga . Przybyli 4 września 2002. SOFIA zakończyła swój pierwszy naziemny test "na niebie" w dniach 18-19 sierpnia 2004, wykonując zdjęcie gwiazdy Polaris .
Projekt uległ dalszemu opóźnieniu w 2001 r., kiedy trzech podwykonawców, których zadaniem było opracowanie drzwi teleskopowych, po kolei wypadło z działalności. United Airlines również przystąpiły do ochrony przed upadłością i wycofały się z projektu jako operator samolotu. Teleskop został przetransportowany z Niemiec do Stanów Zjednoczonych, gdzie został zainstalowany na płatowcu w 2004 roku, a wstępne obserwacje wykonano z ziemi.
W lutym 2006 roku, po wzroście kosztów z 185 milionów dolarów do 330 milionów dolarów, NASA poddała projekt „poddaniu kontroli” i zawiesiła finansowanie poprzez usunięcie projektu ze swojego budżetu. 15 czerwca 2006 r. SOFIA przeszła przegląd, kiedy NASA stwierdziła, że nie ma niemożliwych do pokonania wyzwań technicznych lub programowych dla dalszego rozwoju SOFIA.
Pierwszy lot SOFIA odbył się 26 kwietnia 2007 r. w zakładzie L-3 Integrated Systems (L-3 IS) Waco w Teksasie. Po krótkim programie testowym w Waco w celu częściowego rozszerzenia obwiedni lotu i przeprowadzenia kontroli poserwisowych, samolot został przeniesiony 31 maja 2007 r. do NASA Armstrong Flight Research Center w Edwards Air Force Base . Pierwsza faza obciążeń i prób w locie została wykorzystana do sprawdzenia charakterystyki samolotu przy zamkniętych zewnętrznych drzwiach wnęki teleskopu. Faza ta została pomyślnie zakończona do stycznia 2008 roku w NASA-Armstrong Flight Research Center.
18 grudnia 2009 roku samolot SOFIA wykonał pierwszy lot testowy, w którym drzwi teleskopu zostały całkowicie otwarte. Ta faza trwała dwie minuty 79-minutowego lotu. Teleskop SOFIA ujrzał pierwsze światło 26 maja 2010 roku, zwracając obrazy ukazujące jądro M82 i ciepło formacji Jowisza uciekające przez pokrywę chmur. Pierwsze „rutynowe” obserwacje naukowe rozpoczęły się w grudniu 2010 r., a obserwatorium ma osiągnąć pełną zdolność do 2014 r., wykonując około 100 lotów rocznie.
Od 2011 roku misje SOFIA wybierane są spośród kilku propozycji. Udane misje są zaplanowane według cykli rocznych, przy czym pierwszy cykl odpowiada 2013 r. Podczas każdego cyklu samoloty i instrumenty są dzielone między kilka różnych misji.
Ilustracja barwy SOFIA z drzwiami w pozycji otwartej i zamkniętej.
F / A-18 wsparcia misji samolotu cieni SOFIA w trakcie lotu funkcjonalnego wyboru.
SOFIA podczas badań charakteryzacyjnych teleskopów.
SOFIA siedziała na asfalcie podczas nocnych operacji teleskopu.
KAO i SOFIA, Centrum Badawcze Ames 2008.
Model SOFIA w NASA Ames Exploration Center .
Instrument HAWC+ zamontowany na teleskopie SOFIA.
Badania naukowe i obserwacje
Podstawowymi celami naukowymi SOFIA są badania składu atmosfer i powierzchni planet ; badanie struktury, ewolucji i składu komet ; określić fizyki i chemii w międzygwiezdną ; oraz zbadać powstawanie gwiazd i innych obiektów gwiezdnych. Podczas gdy operacje lotnicze SOFIA są zarządzane przez NASA Dryden, NASA Ames Research Center w Mountain View w Kalifornii jest siedzibą Centrum Naukowego SOFIA, które będzie zarządzać planowaniem misji w ramach programu. 29 czerwca 2015 r. planeta karłowata Pluton przeszła między odległą gwiazdą a Ziemią, tworząc cień na Ziemi w pobliżu Nowej Zelandii, co pozwoliło SOFIA zbadać atmosferę Plutona .
Na początku 2016 roku SOFIA po raz pierwszy od 40 lat wykryła tlen atomowy w atmosferze Marsa . Na początku 2017 r. obserwacje 1 Ceres w średniej podczerwieni pomogły ustalić, że duża planetoida/karłowata planeta jest pokryta warstwą pyłu asteroid z innych ciał. W lipcu 2017 r. SOFIA zaobserwowała zakrycie gwiazdy w odległym obiekcie Pasa Kuipera 486958 Arrokoth, podczas gdy obserwatoria naziemne zawiodły w tej obserwacji, przygotowując sondę New Horizons odwiedzającą tę asteroidę.
Sofia była wykorzystywana również w misjach astrobiologicznych, skupiając się między innymi na obserwacji nowych układów planetarnych i wykrywaniu złożonych molekuł.
W październiku 2020 roku astronomowie poinformowali o wykryciu wody molekularnej na oświetlonej słońcem powierzchni Księżyca przez kilka niezależnych statków kosmicznych, w tym Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA).
Program Ambasadorów Astronomii Powietrznej (AAA)
SOFIA został zaprojektowany od początku do przeprowadzenia szczegółowej edukacji publicznej i pomocy potrzebującym wysiłek, który może, w trakcie planowanego 20-letniej żywotności misji bezpośrednio dotyczyć więcej niż tysiąc pedagogów wszystkich typów - K-12 nauczycieli, muzeum nauki i wychowawców i Planetarium specjaliści zajmujący się publicznymi kontaktami — jako partnerzy z naukowcami i docierają do setek tysięcy ludzi w całym kraju za pośrednictwem tych edukatorów.
„SOFIA Six” to pierwsza grupa edukatorów wybranych w Stanach Zjednoczonych do udziału w programie AAA „Pilot” SOFIA i poleciała latem 2011 roku. Niemcy mają osobny proces składania wniosków, ale tego lata poleciało również dwóch nauczycieli. Zespoły edukatorów oraz zastępcy zostali wybrani w wysoce konkurencyjnym procesie aplikacyjnym. NASA i DLR (Niemiecka Agencja Kosmiczna) wybrały edukatorów pochodzących z różnych środowisk, a ich instytucje obejmowały szkołę dla niesłyszących, alternatywną witrynę edukacyjną (niezdolną do rozwoju), wysoce zaniedbane populacje uczniów, szkoły wiejskie i szkołę indiańską . Od czasu cyklu „Pilot” program AAA objął ponad 20 zespołów i jest obecnie w fazie 5. cyklu.
Aktorka Star Trek, Nichelle Nichols, poleciała na pokładzie Sofii 17 września 2015 r.
Zobacz też
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Centrum Nauki SOFIA , USRA i DSI
- Misja SOFIA , NASA
- Profil misji SOFIA opracowany przez eksplorację Układu Słonecznego w NASA
- Witryna SOFIA firmy DLR
- NASA Astronomy Picture of the Day: SOFIA's Window Seat (25 lutego 2006)
- Obserwatorium Stratosferyczne dla Astronomii Podczerwieni (SOFIA) , Wydział Astronomii i Astrofizyki Uniwersytetu w Chicago
- SOFIA: Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy , Moonfest 2009 przez NASA