Một trong những đài quan sát đáng chú ý nhất trên thế giới không hoạt động trên đỉnh núi, không phải trên không gian, mà cao 45.000 feet trên một chiếc Boeing 747. Nick Howes đã nhìn xung quanh chiếc máy bay độc đáo này khi nó hạ cánh lần đầu tiên ở châu Âu.
SOFIA (Đài quan sát địa tầng đối với thiên văn học hồng ngoại) xuất phát từ một ý tưởng đầu tiên được đưa ra vào giữa những năm 1980. Hãy tưởng tượng, các nhà khoa học cho biết, sử dụng một chiếc Boeing 747 để mang một kính viễn vọng lớn vào tầng bình lưu nơi sự hấp thụ ánh sáng hồng ngoại của các phân tử nước trong khí quyển bị giảm đáng kể, thậm chí so với các đài quan sát trên mặt đất cao nhất. Đến năm 1996, ý tưởng đó đã tiến một bước gần hơn với thực tế khi dự án SOFIA chính thức được thỏa thuận giữa NASA (người tài trợ 80% chi phí cho sứ mệnh 330 triệu đô la, một số tiền tương đương với một sứ mệnh không gian khiêm tốn) và Trung tâm hàng không vũ trụ Đức (DLR, người tài trợ 20% khác). Nghiên cứu và phát triển bắt đầu một cách nghiêm túc bằng cách sử dụng một chiếc Boeing 747SP được sửa đổi cao có tên là ‘Clipper Lindburgh, theo tên của phi công nổi tiếng người Mỹ, và where SP SP là chữ viết tắt của Hiệu suất đặc biệt.
Các chuyến bay thử nghiệm Maiden đã được thực hiện vào năm 2007, với SOFIA hoạt động từ Trung tâm nghiên cứu chuyến bay khô khan của NASA tại Căn cứ không quân Edwards ở Hồ khô Rogers ở California - một địa điểm khô ráo, thuận tiện cho thiết bị và máy bay hoạt động.
Khi máy bay đến thăm trung tâm đào tạo phi hành gia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu ở Cologne, Đức, tôi đã có cơ hội hiếm có để nhìn xung quanh chiếc máy bay tuyệt vời này như một phần của Không gian Châu Âu ‘Tweetup đấm (một cuộc họp trên Twitter). Điều đáng chú ý ngay lập tức là chiếc máy bay có chiều dài ngắn hơn những chiếc bạn thường bay, điều này cho phép máy bay ở trên không lâu hơn, một khía cạnh quan trọng đối với hành khách quan trọng nhất của nó, kính viễn vọng SOFIA dài 2,7 mét. Chiếc gương chính có kích thước Kính viễn vọng Không gian Hubble của nó được tráng nhôm và chiếu ánh sáng tới một phần thứ cấp 0,4 mét, tất cả nằm trong một khung lồng mở, theo nghĩa đen thò ra khỏi mặt bên của máy bay.
Như chúng ta đã thấy, lý do để đặt một kính thiên văn nhiều tấn trên máy bay là bằng cách đó có thể thoát khỏi hầu hết các hiệu ứng hấp thụ của bầu khí quyển của chúng ta. Các quan sát trong hồng ngoại phần lớn là không thể đối với các thiết bị trên mặt đất ở hoặc gần mực nước biển và chỉ một phần có thể ngay cả trên các đỉnh núi cao. Hơi nước trong tầng đối lưu của chúng ta (tầng dưới của khí quyển) hấp thụ rất nhiều ánh sáng hồng ngoại mà theo truyền thống, cách duy nhất để đánh bại điều này là gửi lên một con tàu vũ trụ. SOFIA có thể lấp đầy một vị trí thích hợp bằng cách thực hiện gần như cùng một công việc nhưng ít rủi ro hơn và với tuổi thọ dài hơn nhiều. Máy bay có các camera giám sát hồng ngoại tinh vi để kiểm tra đầu ra của chính nó, và giám sát hơi nước để đo mức độ hấp thụ ít xảy ra.
Chiếc gương 2,7 mét (mặc dù thực tế chỉ có 2,5 mét thực sự được sử dụng trong thực tế), sử dụng hỗn hợp gốm thủy tinh có khả năng chịu nhiệt cao, điều này rất quan trọng trong điều kiện khắc nghiệt mà máy bay đặt kính viễn vọng cách ly. Nếu người ta tưởng tượng những khó khăn của các nhà thiên văn nghiệp dư có một số đêm với sự ổn định của kính viễn vọng trong điều kiện ảm đạm, hãy dành một suy nghĩ cho SOFIA, người có kính viễn vọng phản xạ Cassegrain f / 19.9 khổng lồ phải đối phó với một cánh cửa mở ra
800 km mỗi giờ (500 dặm mỗi giờ) gió .Nominally một số hoạt động sẽ xảy ra ở 39.000 feet (khoảng 11.880 mét) chứ không phải là trần có thể xảy ra 45.000 feet (13.700 mét), vì trong khi độ cao cao hơn tạo điều kiện tốt hơn một chút về thiếu hấp thụ (vẫn còn trên 99 phần trăm hơi nước gây ra hầu hết các vấn đề), nhiên liệu thêm cần thiết có nghĩa là thời gian quan sát giảm đáng kể, làm cho 39.000
chân độ cao hoạt động tốt hơn trong một số trường hợp để thu thập nhiều dữ liệu hơn. Máy bay sử dụng một hệ thống nạp khí được thiết kế thông minh để phễu và dẫn luồng khí và nhiễu loạn ra khỏi cửa sổ kính viễn vọng mở, và nói chuyện với các phi công và các nhà khoa học, tất cả đều đồng ý rằng không có bất kỳ tác động nào gây ra bởi động cơ máy bay. .
Giữ bình tĩnh
Các máy ảnh và thiết bị điện tử trên tất cả các đài quan sát hồng ngoại phải được duy trì ở nhiệt độ rất thấp để tránh nhiễu nhiệt từ chúng tràn vào hình ảnh, nhưng SOFIA có một át chủ bài. Không giống như một nhiệm vụ không gian (ngoại trừ các nhiệm vụ phục vụ cho Kính viễn vọng Không gian Hubble, mỗi chiếc có giá 1,5 tỷ USD bao gồm giá phóng tàu con thoi), SOFIA có lợi thế là có thể thay thế hoặc sửa chữa các thiết bị hoặc bổ sung chất làm mát của nó, cho phép tuổi thọ ước tính ít nhất 20 năm, lâu hơn bất kỳ nhiệm vụ hồng ngoại trên không gian nào đã hết chất làm mát sau một vài năm.
Trong khi đó, kính thiên văn và cái nôi của nó là một kỳ công của kỹ thuật. Kính thiên văn được cố định khá nhiều theo góc phương vị, chỉ có một góc ba độ để bù cho máy bay, nhưng nó không cần phải di chuyển theo hướng đó khi máy bay, được điều khiển bởi một số người tốt nhất của NASA, thực hiện nhiệm vụ đó. Nó có thể hoạt động trong phạm vi độ cao 20 độ60 trong quá trình hoạt động khoa học. Tất cả đều được thiết kế để dung sai khiến hàm bị tụt. Ví dụ, quả cầu mang được đánh bóng với độ chính xác dưới mười micron và các con quay laser cung cấp gia số góc là 0,0008 giây cung. Cách ly với máy bay chính bởi một loạt các cản cao su điều áp, được bù độ cao, kính thiên văn gần như hoàn toàn không có phần lớn của 747, nơi chứa các máy tính và giá đỡ không chỉ vận hành kính viễn vọng mà còn cung cấp trạm gốc cho bất kỳ nhà khoa học quan sát bay với máy bay.
PI trên bầu trời
Trạm điều tra nguyên lý nằm xung quanh điểm giữa của máy bay, cách kính viễn vọng vài mét nhưng được đặt trong máy bay (tiếp xúc với không khí ở độ cao 45.000 feet, phi hành đoàn và các nhà khoa học sẽ bị giết ngay lập tức). Ở đây, trong mười giờ trở lên cùng một lúc, các nhà khoa học có thể thu thập dữ liệu khi cửa mở và kính viễn vọng đang nhắm vào mục tiêu lựa chọn, với các phi công đi theo đường bay chính xác để duy trì cả độ chính xác của thiết bị và cũng để tránh tốt nhất khả năng nhiễu loạn. Trong khi các kính viễn vọng trên mặt đất có thể phản ứng nhanh với các sự kiện như siêu tân tinh mới, SOFIA được coi trọng hơn trong các hoạt động khoa học của mình và, với chu kỳ đề xuất từ sáu tháng đến một năm, người ta phải lên kế hoạch khá chính xác cách quan sát vật thể tốt nhất.
Dự báo tương lai
Hoạt động khoa học bắt đầu vào năm 2010 với FORCAST (Camera hồng ngoại mờ đối với kính thiên văn Sofia) và tiếp tục vào năm 2011 với công cụ TUYỆT VỜI (Máy thu của Đức cho Thiên văn học tại Teraherz tần số). FORCAST là một thiết bị hồng ngoại tầm trung / xa hoạt động với hai camera trong khoảng từ năm đến bốn mươi micron (song song chúng có thể hoạt động trong khoảng 10 mica25 micron) với góc nhìn 3,2 phút. Nó nhìn thấy ánh sáng đầu tiên trên Sao Mộc và thiên hà Messier 82, nhưng sẽ nghiên cứu hình ảnh trung tâm thiên hà, hình thành sao trong các thiên hà xoắn ốc và hoạt động và cũng nhìn vào các đám mây phân tử, một trong những mục tiêu khoa học chính của nó cho phép các nhà khoa học xác định chính xác nhiệt độ bụi và chi tiết hơn về hình thái của các khu vực hình thành sao xuống độ phân giải dưới ba giây (tùy thuộc vào bước sóng của thiết bị hoạt động). Bên cạnh đó, FORCAST cũng có thể thực hiện quang phổ grism (tức là lăng kính cách tử), để có được thông tin chi tiết hơn về thành phần của các vật thể được xem. Không có hệ thống quang học thích ứng, nhưng nó không cần một loại cho các hoạt động mà nó thực hiện.
FORCAST và GREAT chỉ là hai trong số các thiết bị hoạt động khoa học cơ bản, bao gồm máy quang phổ Echelle, máy quang phổ hồng ngoại xa và máy ảnh băng rộng độ phân giải cao, nhưng nhóm khoa học đang nghiên cứu các thiết bị mới cho giai đoạn hoạt động tiếp theo. Việc chuyển đổi thiết bị, trong khi phức tạp, tương đối nhanh (tương đương với thời gian cần thiết để chuyển đổi thiết bị trên đài quan sát mặt đất lớn hơn) và có thể đạt được sự sẵn sàng cho các quan sát, mà máy bay nhắm tới tới 160 lần mỗi năm. Và trong khi không có kế hoạch chắc chắn để chế tạo một tàu chị em cho SOFIA, đã có các cuộc thảo luận giữa các nhà khoa học để đặt một kính viễn vọng lớn hơn trên một chiếc Airbus A380.
Tiếp cận bầu trời
Với một chương trình đại sứ khoa học có kế hoạch liên quan đến việc giáo viên bay trên máy bay để thực hiện nghiên cứu, hồ sơ công khai của SOFIA sẽ phát triển. Đầu ra khoa học và khả năng từ các công cụ không ngừng phát triển, có thể phục vụ và ứng biến mỗi khi nó hạ cánh là vô cùng lớn so với các sứ mệnh không gian. Các nhà báo gần đây đã có cơ hội đến thăm chiếc máy bay đáng chú ý này, và thật vinh dự và vinh dự khi là một trong những người đầu tiên nhìn thấy nó gần gũi. Cuối cùng, tôi muốn cảm ơn ESA và NASA vì lời mời và cơ hội để thấy một cái gì đó rất độc đáo.
