Ve 3 ráno na ostrém květnu v Chile se zdálo dobře s největším digitálním fotoaparátem na světě. Dokud to ne.
Uvnitř nového Observatoř Vera C. RubinSandrine Thomas probíhala testy. Jako vědec pro projekt je jejím úkolem udržovat zařízení v provozu. Najednou se však změnila linie ukazující teplotu dalekohledu. Bylo to ploché. Teď to začalo špice.
„To vypadá špatně,“ pomyslel si Thomas. A měla pravdu.
Strach vědci rychle zavřel dalekohled.
Dorazil jsem o několik hodin později. Byl jsem zpožděn, ale dychtivě jsem získal svůj první pohled na observatoř. Sedí na vysoké, ploché hoře zvané Cerro Pachón. Z toho okouna se zaměřuje na kosmos jedinečně ostré oko.
Se širokým a hlubokým výhledem na oblohu může Rubin vidět některé z nejpomalejších procesů ve vesmíru. Sestavení galaxienapříklad. Nebo rozšíření vesmíru. Rubin také mapuje celé jižní oblohu každých pár nocí. To mu umožňuje sledovat některé z nejrychlejších událostí, jako jsou hvězdné výbuchy.
Během příštích 10 let plánuje Rubin pořídit 2 miliony obrázků. Ty zachytí více vesmíru než jakýkoli jiný dalekohled. „Poprvé v historii překročí počet katalogizovaných nebeských objektů počet živých lidí!“ Astronomové psali v roce 2019.
Jedním z těchto astronomů byl Željko Ivezić na University of Washington v Seattlu. Režíroval Rubinovu stavbu, která trvala desetiletí.
Vesmír drží tolik záhad. „Chcete -li na ně odpovědět, potřebujete něco jako Rubin,“ říká Ivezić. „Neexistuje žádná konkurence.“
Nejprve však Thomas a její tým museli dostat svou kameru zpět online.
Od temné hmoty po asteroidy
Myšlenka postavit Rubina přišla během další 3 hodiny ráno. Bylo to v roce 1996. Stalo se to na další hoře od Cerro Pachón.
Astronom Tony Tyson a jeho kolegové právě přinesli nový fotoaparát na dalekohled na vrcholu Cerro Tololo. Tato kamera použila to, co bylo tehdy poměrně novou technologií: Nabíjená zařízení spojená s nabíječkaminebo CCDS. Tyto čipy přeměňují částice světla nebo Fotonydo elektrony. Elektrony pak mohou být přeměněny na obraz zdroje světla.
Několik CCD uspořádalo jako skvrny přikrývky jako jedna velká kamera. Čím větší kamera, tím jasněji lze tyto obrázky vyřešit.
Tehdy byla Tysonova kamera nejsilnější na světě. Byl tvořen čtyřmi CCD. On a kolega ho postavili na mapování temné hmoty. Předpokládá se, že tato záhadná věc tvoří 80 procent hmoty vesmíru. Astronomové nevědí, co to je. Ale myslí si, že existuje, protože jeho gravitace ovlivňuje objekty, které vidíme. (Jeden z těchto účinků byl objeven Astronomer Vera Rubinjmenovec nové observatoře.)
Když se Tyson a někteří další astronomové jednu noc seděli v ovládací místnosti dalekohledu, Tyson dostal nápad. „Kluci, můžeme dělat lépe než tohle,“ řekl. Teoreticky by mohli vytvořit větší přikrývku CCD a vytvořit mnohem silnější dalekohled.
Počítače se neustále zlepšovaly a rychleji. Mohli by držet krok s tak rostoucí záplavou údajů.
Tyson vytvořil tuto novou observatoř svůj projekt domácího mazlíčka.
„Říkal jsem tomu dalekohled temné hmoty,“ říká. Ale to, co si představoval, by mohlo udělat mnohem víc, než je mapa temná hmota. Mohl také prozkoumat „vesmír věcí, které se pohybují a explodují,“ říká Tyson. Přemýšlejte asteroidy přiblížení, Hvězdy pulzující a Černé díry Scarfingova hmota. Dalekohled mohl mapovat miliony objektů v naší sluneční soustavě – a dále ven miliardy galaxií.
V roce 2010 se astronomická komunita postavila projekt na vrchol svého seznamu přání, aby byl financován vládou USA. A dostali své přání. Ta observatoř byla nyní jít.
Setter záznamu
Observatoř Rubin má to, co je nyní Největší digitální fotoaparát, jaký byl kdy postaven. Váží asi 3 000 kilogramů (6 600 liber). Na šířku 1,65 metrů (5,4 stop) má 189 CCD. Jeho světelný senzor má zhruba stejný počet pixelů jako 260 kamery smartphonů.
Rubin má také Obrovská, neobvyklá sada zrcadel. Dalekohled začíná tak, jak nejvíce nejvíce: Primární zrcadlo 8,4 metrů (27,5 stop) široký shromažďuje spoustu a spoustu světla. Toto zrcadlo odráží světlo na sekundární zrcadlo. Je široký 3,5 metrů (11,5 stop). Třetí zrcadlo opravuje jakékoli zkreslení ve shromážděném světle.
Digitální fotoaparát velikosti automobilu je zavěšen uprostřed sekundárního zrcadla. Než se tam lehké odrazí, každý bod vypadá jehlu.
Rubin bude pozorovat celou noční oblohu viditelnou na jižní polokouli každé tři až čtyři dny. Shutter jeho fotoaparátu se otevře po dobu 30 sekund na obrázek, pořizuje 1 000 obrázků za noc – každou noc po dobu 10 let.
Normálně v kontrolní místnosti můžete slyšet kliknutí po celou noc.
Thomas považuje tento zvuk uklidňující. „Když nic neslyšíš,“ říká, „něco by se mohlo stát špatně.“
Fun-house zrcadla
Abych se dostal do Cerro Pachón, přeletěl jsem do Chileova přímořského města La Serena. Odtud mě místní řidič vzal do hliněných hor. Když se pohon uší navinul výš, sledoval jsem oči na dálkových kopulích, které se v dálce leskly. Nemohl jsem se přestat usmívat.
Vysoká, suché místo daleko od městských světel je ideálním domovem pro dalekohled. Na tomto hřebenu byl vzduch tak suchý, že jsem cítil, jak vypraští mé nosní dírky a krk. Vzduch byl tak jasný, že jsem viděl na míle ve všech směrech. Krajina byla posetá horninami a drsnými rostlinami – plus občasný divoký kůň nebo viscacha. (To je místní hlodavec, který Thomas popsal jako zajíček s ocasem veverky.)
Vzhledem k tomu, že observatoř byla stále ve výstavbě, museli jsme nosit reflexní žluté vesty a přilby. Někteří z posádky si omítali přilby nálepkami-včetně na míru vyráběných z Vera Rubin.
Téměř rok při plánování této návštěvy jsem se těšil, až uvidím masivní dalekohled v akci. Shromáždil své první světlo asi o měsíc dříve a od té doby přijímal data každou noc. Měl jsem vidět, jak dalekohled pořídí některé z jeho nejstarších kompletních obrázků.
Ale dorazil jsem osm hodin poté, co odečet teploty kamery odešel seno. Dalekohled byl nyní uzavřen. Když mě Thomas vzal na turné, celá struktura byla nehybná.
Cestou jsme prošli týmem kamery do kupole. „Už se můj fotoaparát pohybuje?“ Thomas se zeptal týmu vesele. „Nechte to fungovat!“ (Pak se ke mně otočila: „Snažíme se mít pozitivní přístup, ale všichni jsme velmi zmatení.“)
Stříbrná podšívka byla, že jsem měl vynikající výhled na neobvyklé primární zrcadlo. Zíral do toho jako dívat se na reflexi zábavy. Hytoval jsem se sem a tam, pak se krčil a pomalu vstal, abych viděl, jak se změnily tvary. Bylo to závratě.
Udržovat to v pohodě
Tajemství závady kamery vedlo Thomase a jejího týmu k prozkoumání klíčového aspektu návrhu dalekohledu: ovládání teploty.
Kamera musí být udržována chladná. Teplo může spustit CCD k uvolnění elektronů a napodobovat světelné signály z objektů v prostoru.
A -123˚ Celsia (-189,4˚ Fahrenheit) Kov „kryoplate“ podporuje detektor. Za tím sedí další „studená“ deska při -40 ° C (-40 ˚F). Chladné vedení hadí chladicí kapaliny fotoaparátem. Dokonce i vnější strana šumivé kupole je navržena tak, aby odrážela oteplovací sluneční světlo daleko od dalekohledu.
Thomas a její tým se snažili zjistit, proč se ve 3 hodiny ráno najednou zahřál. Rubin minulý měsíc dobře pracoval. To byla jeho první krize.
Účinky by však mohly být horší než jen detekce falešných fotonů. Jak se mrazivý případ, který drží CCD, zahřívá, stoupá také tlak. Materiály ve fotoaparátu pak mohou uvolnit plyny, které by mohly systém poškodit.
Pravděpodobnost tohoto „je poměrně nízká,“ řekl mi Sean Macbride během mé návštěvy. „Ale důsledek je docela vážný.“ To řekl, „je na prvním seznamu nejděsivějších věcí, které by se mohly stát kameře.“
Macbride je se sídlem na University of Curych ve Švýcarsku a je vědec pro Rubina. Tato práce zahrnuje testování všech kousků dalekohledu a pochopení toho, jak všechno funguje předtím, než začne shromažďovat data.
Odpoledne se zdálo, že se kamera sama o sobě vrátila k normálu. To bylo vodítko, řekl Kevin Fanning. Tento vědec pro uvedení Rubina sídlí v Chile, kde pracuje pro Laboratoř SLAC National Accelerator Laboratory.
Zima v Chile teprve začala. V noci po incidentu klesla na 5 ° C (41 ° F) venku poprvé od instalace kamery. „Dnešní teplejší a zdá se, že se zotavilo,“ řekl Fanning.
Možná se problém týkal chladu. Ale proč by to mělo zahřát kryoplate? A proč byla kritická teplota kolem 5 ° C? Protože jen málo věcí „mění stav při této teplotě“, řekl Fanning, bylo to záhadné.
Fanning navrhl experiment: ochlaďte kupole na 5 ° C a zjistěte, zda se kryoplate znovu zablokoval. Tým by čekal, až se zchladne venku. Pak trochu otevřeli kupoli, aby se dovnitř dostali do toho studeného vzduchu. Do té doby tým vytáhl balíček karet UNO.
Máte vědeckou otázku? Můžeme pomoci!
Odešlete svou otázku zdeA mohli bychom na to odpovědět na nadcházející vydání Science News zkoumá
Oči na obloze
„Cítím se osobně neúcty počasí, právě teď,“ řekl Fanning. Následující ráno však měl dobrou náladu. Kryoplate udržoval svůj chlad. To naznačovalo, že selhání bylo spuštěno chladem venku.
Možná se materiál v chladicích liniích zahušťoval a nemohl kryoplate ochladit jako obvykle. Možná se nějaká voda uvězněla v potrubí a ztuhla, což způsobilo ucpání. Pokud by tým mohl přijít na to, kde se se systémem pohrával, mohl by ho zabalit do větší izolace.
Posádka skončila v té noci otočením kamery. Další noc se vrátili k normálním pozorováním. Stále vyšetřují problém závady, řekl mi Fanning. Mezitím vědci plánují do kupole přidat nějakou izolaci a pumpovat.
„Byl to obtížný víkend, ale jsem velmi potěšen pokrokem, který jsme dosáhli, a jak se tým spojil, aby se tak rychle otočil zpět (pozorování),“ řekl Fanning e -mailem.
V červnu dalekohled zasáhl velký milník. Veřejnost se musela vidět Rubinovy první obrázky. Pohled zahrnoval 10 milionů galaxií a více než 2 000 nově nalezených asteroidů. Jak Rubin v průběhu času sleduje stejná místa, z tmy se objeví více slabých objektů.
Asi 90 procent Rubinova času bude věnováno širokému a hlubokému průzkumu oblohy. Ale také to bude moci na poukazy na věci rychle. Například, když jiný dalekohled detekuje a SupernovaRubin se může otočit a podívat se na to.
Kdokoli bude moci přejít na webové stránky Telescope a hrát si s daty Rubin. To zahrnuje studenty a amatérské astronomy. „Jsou to opravdu vaše nápady a vaše znalosti a vaše vytrvalost, které určují vědu, kterou můžete udělat,“ říká Ivezić.
Probuzení draka
Asi hodinu předtím, než jsem v květnu zamířil z hory, se posádka rozhodla zapnout dalekohled. Všichni se vrhli nahoru do kupole a sledovali. Když jsme vstoupili, kupole se otáčela. Připadalo mi to, jako by se místo toho pohybovala podlaha pod námi.
Kopule byla jako katedrála, kavernózní a kulatá. Ale nic se neozvědalo. Dalekohled naplnil většinu prostoru. Kopusové stěny byly také pokryty materiálem, které absorbovaly toulavé světlo, které také nasáklo většinu zvuku.
Fanning seděl na stolním křesle s notebookem a nasměroval dalekohled řadou pohybů, aby otestoval jeho rozsah pohybu: vyhledejte nahoru. Pan od nízkého po vysokou. Otočte se v půlkruhu.
Rubin v pohybu byl jako drak probuzení. Pohyboval se s překvapivou elegancí a rychlostí. Naklonila hlavu dozadu, vytáhla ramena a otočila obličej k obloze, připravené otevřít oči.
