Американская стратосферная обсерватория sofia кратко

Обновлено: 07.07.2024

SOFIA ( аббревиатура от Stratospifer Observatory for Infrared Astronomy (Французская стратосферная обсерватория для инфракрасной астрономии ) - инфракрасный телескоп, летающий по воздуху, разработанный НАСА совместно с космическим агентством Германии . 26 апреля 2007 г. и телескоп был объявлен работоспособным в 2014 году.

Оптическая часть SOFIA представляет собой 17-тонный телескоп с диаметром зеркала 2,7 метра. Самолет-носитель, циркулируя на высоте почти 14 километров, позволяет наблюдать инфракрасное излучение в диапазоне волн от ближнего до дальнего (от 5 до 320 микрон), которое невозможно наблюдать с помощью наземных телескопов, поскольку оно перехватывается атмосферой. В течение 2020 года в телескопе будет шесть инструментов, включая оптическую камеру, поляриметр и несколько спектрометров. Инструмент используется для определения состава атмосферы из планет и их поверхности , но и для изучения кометы , в физике и химии межзвездной среды, а также формирование звезд .

Резюме

Контекст: инфракрасная астрономия

Спектр пропускания атмосферы. В видимом диапазоне потери возникают в основном из-за рэлеевского рассеяния , а в инфракрасном - из-за поглощения.

Инфракрасная астрономия изучает части, находящиеся в инфракрасном излучении, излучаемом астрономическими объектами. Диапазон длин волн инфракрасного излучения составляет от 0,75 до 300 микрометров между видимым светом (от 0,3 до 0,75 микрометра) и субмиллиметровыми волнами (от 200 микрометров). Инфракрасная астрономия позволяет изучать небесные объекты, которые нельзя наблюдать в видимом свете, а также процессы, характеристики которых частично проявляются излучаемым ими инфракрасным излучением. Инфракрасные наблюдения представляют собой особенно скрытые объекты в видимом свете в густых облаках газа и межзвездной пыли (центр нашей галактики , родники звезд, протозвезды ) и самые далекие галактики, где излучение претерпевает красное смещение из-за расширения Вселенной, которая их перемещает. далеко на очень высоких скоростях от нашей галактики.

Инфракрасный свет, излучаемый небесными объектами, частично поглощается водяным паром в атмосфере Земли. Среднюю и дальнюю инфракрасную область (от 8 микрон) практически можно наблюдать только с очень большой высоты. Чтобы обойти это ограничение, использовалось несколько методов: размещение инфракрасных телескопов на больших высотах ( обсерватория Мауна-Кеа , VISTA и т. Д.), Их вывод на орбиту ( Spitzer , IRAS (инфракрасный астрономический спутник), Herschel ) или установка на борту летательных аппаратов. (воздушные шары, самолеты) летают на очень большой высоте.

История проекта

Воздушный телескоп Койпера

Телескоп SOFIA является преемником бортового телескопа Койпера, разработанного НАСА и продолжавшего функционировать с 1974 по 1995 год. Он включал телескоп с апертурой 91,5 сантиметра, позволяющий вести наблюдения в ближнем, среднем и дальнем инфракрасном диапазоне (от 1 до 500 микрон). Он был установлен на борту реактивного самолета C-141 Starlifter, который используется в полете на высоте 14 километров, то есть выше 99% водяного пара, содержащегося в атмосфере. Это позволяет обнаружить кольца Урана в 1977 году и наличие воды в атмосферах газовых гигантов Юпитера и Сатурна .

Разработка

В 1984 году НАСА предложило разработать бортовой телескоп с отверстием 3 метра, который можно было бы перевозить на Боинге 747. Технические характеристики были детализированы в 1987 году, и Западная Германия решила разделить до 20%. Но воссоединение Германии ведет к периоду жесткой экономии бюджета, в то время как НАСА страдает от сокращения бюджета. График проекта SOFIA сдвигается на пять лет. НАСА передало этот проект в субподряд USRA, и в 1996 году был заключен контракт на сотрудничество с Германией. Основные компоненты телескопа были собраны в Аугсбурге ( Германия ) в 2002 году и через несколько месяцев доставлены в США. Первые наземные испытания телескопа прошли в 2004 году.

Телескоп должен быть установлен на борту модифицированного самолета United Airlines B-747, чтобы его можно было переносить и эксплуатировать. Но три последовательных поставщика мобильной двери, которая должна была позволить телескопу делать свои наблюдения в полете, обанкротились, что привело к отсрочке в 2001 году. Сама авиакомпания United Airlines обанкротилась и вышла из проекта, когда предполагалось принять в нем участие. заряд реализации телескопа. В феврале 2006 года стоимость бортового телескопа выросла со 185 до 330 миллионов долларов США. Проект пересматривается, но в конечном итоге НАСА дает зеленый свет на его продолжение.

Воздушный телескоп совершил свой первый полет 26 апреля 2007 года. Режим полета с открытой и закрытой дверью был тщательно протестирован, и первые регулярные научные наблюдения начались в 2010 году. Полноценная эксплуатация была достигнута в 2014 году.

Угрожающее существование

Использование телескопа SOFIA в 2020 году далеко от достижения целей, поставленных его разработчиками. Согласно аудиторской проверке, проведенной независимым органом, когда ответственные лица поставили перед собой цель выпускать 150 научных статей в год, использование бортового телескопа в период 2014-2018 гг. Позволило получить в среднем только 21 научную статью в год. Ответственные за проект пытаются оптимизировать использование инструмента, запустив множество проектов, но только 40% предложений, оставшихся в качестве приоритетных, были успешно выполнены. SOFIA занимает второе место среди 29 наземных обсерваторий (плюс Хаббл) по выпуску научных статей и последнее по количеству цитирований. При годовой стоимости в 85 миллионов долларов США он соответствует стоимости второго работающего астрофизического инструмента НАСА сразу после космического телескопа Хаббл. Администрация Трампа предложила остановить проект в феврале 2020 года, но Конгресс не согласился.

Описание

Инструменты сгруппированы вокруг фокуса телескопа, оптическая часть находится по ту сторону перегородки.

Оптическая часть телескопа SOFIA представляет собой главное зеркало диаметром 2,7 метра, из которых 2,5 метра попадают в зону действия излучения. Он собирает излучение от 0,3 до 1600 микрон. Его масса 17 тонн. Он разработан, чтобы заполнить пробел между будущим космическим телескопом JWST, который может наблюдать до 28 микрон, и телескопом Alma, который наблюдает микроволновое излучение от 320 микрон. Телескоп, созданный консорциумом во главе с немецким космическим агентством DLR, и его главное зеркало спроектированы и произведены французской компанией Reosc .

В 2020 году инструменты SOFIA:

Оптическая камера FPI + ( Focal Plane Imager Plus ) снимает изображения в видимом свете и ближнем инфракрасном (0,36–1,1 микрона)
Спектрометр с фундаментализмом прогнозировался ( Слабые объекты инфракрасной камеры для телескопа SOFIA ) наблюдался в среде и дальний инфракрасный (5-40 мкм) с спектральным разрешением от 100 до 300.
Спектрометр высокого разрешения EXES ( Echelon-Cross-Echelle Spectrometer ) производит наблюдения в средней и дальней инфракрасной области (4,5–28,3 мкм) со спектральным разрешением от 10 3 до 10 5 .
Камера, болометр и поляриметр HAWC + ( широкополосная воздушная камера с высоким разрешением ) осуществляет наблюдение в дальнем инфракрасном диапазоне (50–240 микрон) со спектральным разрешением от 2,3 до 8,8.
FIFI-LS шкалы спектрометра ( Дальний ИК-поле визуализации Линия Спектрометр ) отмечает в далекой инфракрасной области (51-203 мкм) с спектральным разрешением от 600 до 2000.
Гетеродинный спектрометр GREAT ( немецкий приемник для астрономии на терагерцовых частотах ) производит наблюдение в далекой инфракрасной области (63-612 микрон) со спектральным разрешением от 10 6 до 10 8 .

Самолет-носитель - это Boeing 747 SP , укороченная версия четырехреактивного двигателя, который предназначен для выполнения особенно длительных полетов и который был получен из стандартной версии за счет укорочения фюзеляжа и значительной модификации других элементов для уменьшения веса самолета. Поставленный компании Pan Am в 1977 году, он был продан United Airlines в 1986 году. НАСА, купившее его в 1997 году , внесло значительные изменения в установку телескопа в задней части фюзеляжа. через раздвижную дверь, установленную между крыльями и задним стабилизатором. Этот, высотой 5,5 метра и шириной 4,1 метра, можно открыть в полете. Телескоп установлен в задней части фюзеляжа. Он отделен от остальной части самолета герметичной стенкой, которая поддерживает давление в остальной части кабины. Точка фокусировки телескопа - инструменты на герметичной стороне фюзеляжа. В центре кабины находится центр управления полетами и отдел научных операций. В передней части могут разместиться посетители. Тот факт, что фюзеляж частично подвергается воздействию вакуума, не влияет на летные качества и аэродинамику самолета.

Операция

SOFIA должна работать 20 лет. Самолет базируется в Оперативном центре Драйдена в Палмдейле , Калифорния, и временно в Крайстчерче , Новая Зеландия, для наблюдений в южном полушарии. В 2021 году самолет будет работать из Французской Полинезии в связи с закрытием воздушного пространства Новой Зеландии из -за пандемии Covid-19 . Условия наблюдения лучше зимой (меньше водяного пара). Лето (в США) посвящено либо наблюдениям в южном полушарии, либо операциям по техническому обслуживанию.

С февраля по конец марта 2021 года после ремонта, проведенного Lufthansa Technik в Гамбурге в партнерстве с DLR (Deutsches Zentrum für Luft), она провела первую кампанию в Европе из аэропорта Кельна . Запланировано около двадцати ночных поездок.

Наблюдательные полеты запланированы на высоте от 12 000 до 13 000 метров (от 39 000 до 43 000 футов), что позволяет избежать 99% водяного пара в атмосфере, который особенно вреден для качества инфракрасных изображений. В полете зрительная труба должна быть наведена под углом от 23 до 60 °, с другой стороны, азимут определяется только траекторией самолета и, следовательно, может быть изменен. Продолжительность полета не должна превышать 10 часов (ограничения, накладываемые загруженностью экипажа).

Основные результаты

в 26 мая 2010 г. , SOFIA наблюдает тепло, излучаемое Юпитером , которое еще не было реализовано.

в 10 июля 2017 г. , SOFIA стремится наблюдать за астероидом в поясе Койпера от имени проекта New Horizons . Но попытка измерить степень затенения звезды астероидом (измерить ее диаметр) потерпела неудачу.

В 2020 году наблюдения SOFIA подтвердят присутствие молекул воды в кратере Клавиуса на Луне .

Название телескопа SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) можно перевести как стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии. Это единственный в мире воздушный инфракрасный телескоп. В видимом спектре мы замечаем только яркие точки в небе. Мы можем наблюдать планеты, луны, звезды. Это только часть того, что мы можем заметить. Многие процессы во вселенной не видны обычному глазу. Инфракрасный телескоп позволит наблюдать теплые пылевые облака, а также процесс уплотнения газового облака и создание условий для формирования новых звезд.

Летающая обсерватория SOFIA даст ученым возможность заглянуть внутрь газовых и пылевых облаков. Размещен телескоп на борту модифицированного самолета "Боинг 747" который рассчитан на сверхдальние полеты. Обычный большой наземный телескоп может наблюдать только за определенным участком неба. Преимущество обсерватории SOFIA в мобильности, что позволяет перелетать из северного полушария в южное. Если происходит необычное вяление - обсерватория может сменить курс, чтобы выбрать лучшую позицию для наблюдения.

Стандартный научный полет длиться 10 часов. Модернизированный "Боинг 747" должен потрать 30 минут, чтобы подняться до стратосферы, где нет водяного пара, блокирующего инфракрасное излучение. Выйдя на нужную высоту в борте самолета открывается огромный люк 4х4 метра, однако летающая обсерватория спроектирована так хорошо, что нет ни какой вибрации. Было проведено множество экспериментов в аэродинамической трубе, чтобы выбрать оптимальную форму корпуса, и сделать полет безопасны.

Телескоп постоянно подвергается вибрациям при взлете, посадке, а также из-за турбулентности в воздухе. Механическая система спроектирована в расчете на такие нагрузки. Сенсоры улавливают малейшие движения телескопа и позволяют быстро компенсировать вибрации создавая хорошую стабилизацию.

Зачем нужно было ставить телескоп на самолет, не проще ли вывести его на орбиту? Дело в том, что после запуска аппарата на орбиту - до него уже сложно будет добраться и починить. В 2014 году был проведен первый этап техобслуживания самолета, в процессе были проведены небольшие улучшения. Нет предела совершенству, всегда найдется то, что можно подкрутить или модернизировать.

Другое преимущество мобильной обсерватории SOFIA - возможность установить различные научные инструменты, которые позволят телескопу заглянуть все дальше и дальше в космос. К примеру одним из крупных проектов является создание большой карты туманности Орион в которой происходит формирование массивной группы звезд. У проекта SOFIA большой потенциал, предполагается что стратосферная обсерватория будет работать еще 20 лет.

Благодарю за внимание. Прошу Вас поддержать мой канал, и написать в комментарии: о чем бы Вам хотелось прочитать.

SOFIA пока что находится в процессе разработки. Сам телескоп создается немецкими инженерами и учеными из Штуттгартского университета, а на долю их американских коллег достался выбор и модификация подходящего самолета-носителя, плюс, конечно, сам монтаж научного инструмента. За основу был взят модифицированный авиалайнер Boeing 747SP.

По словам главы проекта SOFIA Боба Мейера (Bob Meyer), системе в целом предстоит еще как минимум 2 испытательных полета, в ходе которых необходимо подтвердить научные возможности аппаратуры. Запуски запланированы на будущий год, и кроме этого, во время них должны пройти окончательную проверку системы стабилизации, виброизоляции, наведения.

Предполагается, что SOFIA прослужит науке, как минимум, 20 лет. Она станет замечательным, сравнительно недорогим дополнением к уже работающим на орбите инфракрасным телескопам и вместе с ними позволит исследовать процессы зарождения звезд, заглянуть далеко в прошлое Вселенной и даже в окрестности черных дыр.

SOFIA это совместный проект NASA и Германского центра авиации и космонавтики. Обсерватория представляет собой переоборудованный Boeing 747 SP, на который установили 2.5-метровый телескоп-рефлектор, предназначенный для наблюдений в инфракрасной части спектра. Рабочая высота полета Boeing 747 SP составляет 13 – 14 километров. Это выше основной массы водяного пара в атмосфере, который поглощает инфракрасные волны. Благодаря этому SOFIA доступно около 85 % всего ИК-спектра.

SOFIA в основном занимается наблюдениям планет и спутников Солнечной системы, их атмосфер, комет, межзвездного пространства, а также других звездных систем. Определенным преимущество летающей обсерватории по сравнению с наземными является то, что она не привязана к одной точки Земли и может изучать небо как в северном, так и южном полушарии. Кроме того, благодаря мобильности, SOFIA также можно использовать для популяризации космических исследований. Вот фотогалерея, посвященная этой летающей обсерватории.

Читайте также: