Jie įjungė kamerą už maždaug milijono mylių nuo Žemės ir stebėjo, kaip atvyksta pirmieji fotonai. Nancy Grace Roman kosminis teleskopas atvėrė savo plačiaelio lauko akį, įjungė 300 megapikselių infraraudonųjų spindulių jutiklį ir pradėjo kelis mėnesius truksiantį patikrinimų, aušinimo ir smulkių sureguliavimų ritualą, plaukiodamas link savo stebėjimo posto prie L2 taško.
NASA vadina Plačiaelio lauko instrumentą, arba WFI, būdu matyti dideles dangaus sritis raiška, kuri prilygsta Hablo teleskopo detalumui. Idėja paprasta žodžiais, tačiau ambicinga praktikoje: fiksuoti vaizdus, apimančius plotus didesnius už Mėnulio diską, išsaugant smulkias detales, reikalingas galaktikoms, tamsiajai energijai ir tolimiems pasauliams tirti. Tai įrankis sukurtas mastui.
NASA Nancy Grace Roman kosminis teleskopas sėkmingai įjungė savo 300 megapikselių Plačiaelio lauko instrumentą, milžinišką infraraudonųjų spindulių kamerą, skirtą skenuoti dideles dangaus sritis išsaugant Hablo panašų detalumą.
Pirmieji spinduliai dalimis: kaip Roman pradėjo matyti
Kai inžinieriai paleido WFI, jie ne tik perjungė jungiklį ir pradėjo mokslinius stebėjimus. Toks galingas teleskopas reikalauja choreografijos paleidimo metu. Jutikliai turi būti išdžiovinti ir išvalyti nuo užteršimų. Temperatūros turi nukristi iki kriogeninių reikšmių. Mechaniniai ratukai, nešantys filtrus ir prizmes, turi įrodyti, kad juda tiksliai taip, kaip suprojektuota mikrogravitacijoje. Kiekvienas iš šių žingsnių patvirtina instrumento dalį ir padeda komandai suformuoti patikimą bazinį kalibracijos lygį ateičiai.
Rugsėjo 11 rytą technikai išjungė instrumento šildytuvą ir leido jutiklių blokui atvėsti nuo paleidimui saugios temperatūros netoli minus 85 laipsnių Farenheito, tai yra minus 65 laipsnių Celsijaus, link eksploatacinių temperatūrų. Per kelias dienas masyvas pirmiausia nukrito iki maždaug minus 225 laipsnių Farenheito, arba minus 143 Celsius, ir galiausiai link galutinio veikimo taško netoli minus 300 laipsnių Farenheito, arba minus 183 Celsijaus.
Šis lėtas temperatūros kritimas yra apgalvotas. Per greitas aušinimas rizikuoja sukelti įtampą elektronikai ir optikai. Per lėtas aušinimas vėluoja kalibraciją. Roman komanda sekė kruopščiai parengtu scenarijumi, o kai temperatūros pasiekė saugias ribas, suaktyvino visus 18 infraraudonųjų jutiklių. Kartu sensoriai sudaro šviesos jautrią erdvę, palyginamą su nešiojamojo kompiuterio ekranu, bet sukurtą rinkti šviesą infraraudonųjų bangų ilgiu, kuris atskleidžia galaktikas, dulkių uždengtą žvaigždžių formavimąsi ir egzoplanetų signalus.
Šis bandomasis vaizdas fiksuoja pačius pirmuosius žvaigždžių fotonus, pasiekusius Plačiaelio lauko instrumentą Nancy Grace Roman kosminiame teleskope. Jis padarytas kaip pradinė našumo apžvalga, kai jutiklių masyvas dar buvo sutrauktas taip, kaip buvo dėl paleidimo, toli nuo geriausio fokusavimo. Romano pagrindinis mokslinis instrumentas pirmą kartą atvėrė akis į Visatą, atskleisdamas neryškių žvaigždžių jūrą, kiekviena jų išsiskleidusi per tūkstančius pikselių. Vaizdas, priartinantis į vieną detektorių ir dar labiau į vieną žvaigždę įdėtuose langeliuose, suteikia pradinį pagrindą, nuo kurio Roman komanda dirbs, kad suderintų teleskopo optiką ir parinktų fokusą. Netrukus komanda suaktyvins instrumento smulkiojo vedimo sistemą, todėl Roman galės užfiksuoti taikinius. Taip pat bus sureguliuotas observatorijos fokusas, kas sutrauks kiekvienos žvaigždės šviesą į ryškų tašką, o ne plačias, žiedines formas, matomas čia (jos pasirodo, kaip ir tikėtasi, esamoje instrumento konfigūracijoje). Romano moksliniai vaizdai, kuriuos NASA tikisi paskelbti iki 2027 pradžios, bus daug aštresni ir atskleis kosmosą išskirtinėmis detalėmis.
Filtrai, fokusavimas ir erdvės kameros derinimo menas
Po jutiklių paleidimo komandos patikrino elemento ratą, precizišką mechanizmą, kuriame yra filtrai, prizmės ir kiti optiniai komponentai. Vienu judesiu ratas parenka, kokios spalvos ir spektriniai sluoksniai pasiekia detektorius. Tai buvo pirmas kartas, kai mechanizmas veikė be gravitacijos poveikio, ir jis pasirodė veikiantis pagal lūkesčius. Instrumentas tuomet perėjo prie fokusavimo mechanizmo. Tikslas: suspausti žiedines šviesos formas, matytas ankstyvuose bandomuosiuose kadruose, į vieno taško žvaigždes.
Kodėl fokusavimas toks svarbus? Nes Romano pranašumas yra ne tik aprėptis, bet ir raiška. Aštrus taško išsklaidymas (point spread function) verčiasi į patikimus galaktikų formų, žvaigždžių ryškumo matavimus ir smulkius signalus, kuriuos astronomai naudoja tamsiosios materijos ir tamsiosios energijos sekimui. Blogai sufokusuoti vaizdai praskiestų tą jautrumą ir sutrumpintų misijos mokslinį pasiekiamumą.
Patikrinus elemento ratą ir fokuso nustatymus, inžinieriai įjungė WFI kalibracijos sistemą ir nukreipė bandomuosius duomenų srautus atgal į Žemę. Tie pirmieji kadrai yra tyčia netobuli. Ankstyvieji vaizdai suteikia komandai darbo žemėlapį, kaip optika sėdi po paleidimo ir kokius koregavimus turi atlikti derinimo mechanizmai. Per artimiausius mėnesius kalibracija surefinins teleskopą iki mokslui parengtos būsenos.
Koronografo patikros: ruošiantis įžiūrėti svetimus pasaulius
Roman taip pat įjungė visiškai kitokį instrumentą, ne skirtą plataus masto apžvalgoms, o žvaigždžių šviesos slėpimui. Koronografo instrumentas yra technologinis demonstratorius, skirtas slopinti žvaigždės akinimą, kad būtų galima pamatyti silpną nuo planetų atspindimą šviesą. Tai yra viena sudėtingiausių stebimosios astronomijos problemų. Įsivaizduokite, kad bandote pamatyti žibintinę ukinę, sklandančią aplink prožektorių iš šimtų kilometrų atstumo.
Koronografo valdymo centre Caltech/IPAC inžinieriai patikrino elektronines, mechanines ir terminės sistemas. Jie patvirtino ryšį su programine įranga, kameromis, kaukėmis ir deformuojamais veidrodžiais, kurie formuos šviesą, kad panaikintų difrakciją. Komanda taip pat pašildė koronografą iki jo veikimo temperatūros, maždaug 72 laipsniai Farenheito, tai yra 22 laipsniai Celsijaus, nes dauguma instrumento dalių skirtos veikti arčiau kambario temperatūros. Tai padeda palaikyti nuspėjamą medžiagų elgesį aktyvatorių valdomuose veidrodžiuose.
Šiame vaizde matomos „formuoto vyzdžio" kaukės, kiekviena maždaug JAV ketvirčio monetos dydžio, naudojamos Nancy Grace Roman kosminio teleskopo Koronografo instrumente. Šie preciziškai suprojektuoti komponentai keičia žvaigždžių šviesos difrakcijos raštą, kad užblokuotų akinimą ir atskleistų silpnas zonas aplink žvaigždes.
Skirtingai nuo WFI, kuris turi veikti kriogeninėse temperatūrose, koronografo detektoriams bus taikomas atskiras paleidimo planas. Šiuo metu koronografo komanda dekonaminuoja instrumentą laikydama detektorius šiltus, kad vanduo ir cheminės pėdsakos išgaruotų. Šis procesas, su pertraukomis atliekant kalibracijos užduotis, turėtų tęstis maždaug 30 dienų.
Kodėl Roman svarbus ne vien dėl gražaus vaizdo
Roman sukurtas kaip tikslus apžvalgų instrumentas. Jo platus ir gilus žemėlapių sudarymas leis astronomams spręsti didelius klausimus: kur glūdi tamsioji materija, koks yra tamsiosios energijos pobūdis, skatinantis kosminę spartą, ir kaip dažnai susiformuoja planetų sistemos panašios į mūsų? Teleskopo turtingi duomenų rinkiniai bus išteklius tūkstančiams mokslininkų ir leis tolesnius tyrimus kitais observatorijomis.
Derindamas Hablo panašią raišką su apžvalgos lauku, šimtus kartų didesniu, Roman pagreitins atradimus, kurie anksčiau užtrukdavo dešimtmečius. Galvokite apie tai kaip apie panoraminę kamerą pridėtą prie įrankių rinkinio, kuriame jau buvo išskirtinės, bet siauro židinio teleskopai. Rezultatas bus greitesnis taikinių nustatymas spektriniams tyrimams, geresnės katalogų bazės gravitacinio lęšiavimo analizėms ir tvirtesnė statistika galaktikų evoliucijai bei egzoplanetų demografijai.
Ekspertų įžvalgos
"Tai yra ta akimirka, kai mėnesių trukę simuliacijų bandymai ir įrangos testai susitinka su realybe", sakė Josh Schlieder, Plačiaelio lauko instrumento mokslininkas NASA Goddard kosminių skrydžių centre. "Po metų darbo kuriant ir testuojant instrumentą ant žemės, dabar turime patvirtinimą, kad jis veikia kosmose. Dar daug darbų priešakyje, bet mes einame link proveržio mokslo."
"Koronografo paleidimas vyksta apgalvotai ir nuosekliai", pridūrė Eric Cady, optikos inžinierius, vadovaujantis šiems darbams NASA Jet Propulsion Laboratory. "Mes dekonaminuojame ir tikriname mechanizmus, kad kai pradėsime žvaigždės šviesos slopinimo testus, instrumentas elgtųsi nuspėjamai. Toks kantrybės įdirbis atsiperka, kai bandai aptikti šviesą milijardą kartų silpnesnę už jos šeimininkės žvaigždės."
Ateities planai: ko tikėtis ir kada
Roman tęs savo paleidimą ir komisionavimą keliaudamas link Saulės-Žemės L2 gravitaciškai stabilaus taško, maždaug už milijono mylių nuo Žemės. Ši kelionė suteikia erdvėlaiviui termiškai stabilų aplinką ir neužstotą gilios dangaus dalies matomumą. Per artimiausius mėnesius komandos suaktyvins instrumento smulkiojo vedimo jutiklius, kad Roman galėtų tikslingai fiksuoti objektus. Vėliau bus užbaigti optiniai derinimai, kurie sutrauks kiekvienos žvaigždės vaizdą į ryškų tašką.
NASA šiuo metu tikisi paskelbti pirmuosius mokslinius Roman vaizdus iki 2027 metų pradžios. Šie pirmieji vieši leidimai žymės perėjimą nuo inžinerinio komisionavimo prie įprastinių mokslinių operacijų, po ko apžvalgų programos įsijungs pilnu tempu ir platesnė mokslininkų bendruomenė pradės naudoti Roman duomenis įvairiems astrofizikos tyrimams.
Išvada
300 megapikselių kameros įjungimas kosmose yra daugiau nei techninis pasiekimas. Tai žymi naujos eros pradžią plačiaelio lauko infraraudonųjų spindulių astronomijoje. Romano derinys aprėpties ir detalumo pertvarkys, kaip astronomai ieško planetų, žemėlapiuoja tamsiąją materiją ir tiria jėgas, formuojančias Visatą. Artimiausi mėnesiai bus apie kantrybę, tikslumą ir palaipsnines pažangas. Atgalinė grąža bus duomenų rinkiniai, kurie pakeis klausimus, kuriuos galime užduoti kosmosui.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.