Stratosfærisk observatorium for infrarød astronomi - Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy
 SOFIA med teleskopdøren åben under flyvning.
| |||
| Alternative navne | SOFIA 
|
||
|---|---|---|---|
| Organisation | NASA / DLR / USRA / DSI | ||
| Beliggenhed | Palmdale lufthavn (det meste af året); Christchurch International Airport (i ca. 2 måneder omkring juni/juli) | ||
| Koordinater | 43 ° 29′22 ″ S 172 ° 31′56 ″ E / 43,48944 ° S 172,53222 ° Ø Koordinater: 43 ° 29′22 ″ S 172 ° 31′56 ″ E / 43,48944 ° S 172,53222 ° Ø | ||
| Højde | jorden: 702 m (2.303 fod); luftbåren: 13,7 km (45.000 fod) | ||
| Internet side |
SOFIA Science Center NASA SOFIA DLR SOFIA DSI |
||
| Teleskoper | |||
| |||
.svg)  Placering af Stratosfærisk Observatorium for Infrarød Astronomi | |||
 Relaterede medier på Wikimedia Commons
| |||
Den Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy ( SOFIA ) er en 80/20 fælles projekt for NASA og tyske Aerospace Centre (DLR) til at konstruere og vedligeholde en luftbåren observatorium . NASA tildelte kontrakten for udvikling af flyet, drift af observatoriet og ledelse af den amerikanske del af projektet til Universities Space Research Association (USRA) i 1996. DSI (Deutsches SOFIA Institut) administrerer de tyske dele af projektet som primært er videnskabs- og teleskoprelaterede. SOFIAs teleskop så første lys den 26. maj 2010. SOFIA er efterfølgeren til Kuiper Airborne Observatory . I løbet af 10-timers, overnatningsflyvninger observerer den himmelske magnetfelter, stjernedannende områder, kometer, stjernetåger og det galaktiske centrum .
Facilitet
SOFIA er baseret på et Boeing 747SP bredkroppsfly, der er blevet ændret til at omfatte en stor dør i den bageste skrog, der kan åbnes under flyvning for at tillade en 2,5 m (8,2 fod) diameter, der afspejler teleskopadgang til himlen. Dette teleskop er designet til infrarød astronomiobservationer i stratosfæren i højder på omkring 12 kilometer (41.000 fod). SOFIA's flyveevne gør det muligt at stige over næsten al vanddamp i Jordens atmosfære, hvilket blokerer nogle infrarøde bølgelængder fra at nå jorden. I flyets cruisinghøjde vil 85% af det fulde infrarøde område være tilgængeligt. Flyet kan også rejse over næsten ethvert punkt på jordens overflade, hvilket tillader observation fra den nordlige og sydlige halvkugle.
Observationsflyvninger flyves tre eller fire nætter om ugen. SOFIA -observatoriet er baseret på NASAs Armstrong Flight Research Center i Palmdale Regional Airport , Californien, mens SOFIA Science Center er baseret i Ames Research Center , i Mountain View, Californien.
Teleskopet
SOFIA bruger et 2,5 m (8,2 fod) reflektorteleskop , som har et overdimensioneret, primært spejl på 2,7 m (8,9 fod), som det er almindeligt for de fleste store infrarøde teleskoper. Det optiske system bruger et Cassegrain -reflektordesign med et parabolsk primært spejl og en eksternt konfigurerbar hyperbolsk sekundær. For at passe teleskopet ind i skroget er det primære formet til et f-tal så lavt som 1,3, mens det resulterende optiske layout har et f-tal på 19,7. Et fladt, tertiært, dikroisk spejl bruges til at aflede den infrarøde del af strålen til Nasmyth -fokus, hvor den kan analyseres. Et optisk spejl placeret bag det tertiære spejl bruges til et kamerastyringssystem.
Teleskopet kigger ud af en stor dør i babord side af flykroppen nær flyets hale og bar i første omgang ni instrumenter til infrarød astronomi ved bølgelængder fra 1-655 mikrometer (μm) og højhastigheds optisk astronomi ved bølgelængder fra 0,3-1,1 μm. Hovedinstrumenterne er FLITECAM, et nær-infrarødt kamera, der dækker 1-5 μm; FORCAST, der dækker det mellem-infrarøde område på 5–40 μm; og HAWC, der spænder over det langt infrarøde i området 42–210 μm. De fire andre instrumenter omfatter et optisk fotometer og infrarøde spektrometre med forskellige spektrale områder. SOFIAs teleskop er langt det største, der nogensinde er placeret i et fly. For hver mission vil et udskifteligt videnskabeligt instrument blive knyttet til teleskopet. To grupper af generelle instrumenter er tilgængelige. Derudover kan en efterforsker også designe og bygge et specielt instrument. Den 17. april 2012 blev to opgraderinger til HAWC udvalgt af NASA til at øge synsfeltet med nye overgangskantsensor -bolometer -detektorarrays og tilføje evnen til at måle polarisering af støvemission fra himmelske kilder.
Teleskopets åbne hulrum vil blive udsat for højhastigheds-turbulent vind. Derudover introducerer flyets vibrationer og bevægelser observationsvanskeligheder. Teleskopet var designet til at være meget let med en bikageform formet ind i spejlets bagside og polymerkompositmateriale, der blev brugt til teleskopsamlingen. Beslaget indeholder et system af lejer i olie under tryk for at isolere instrumentet fra vibrationer. Sporing opnås gennem et system af gyroskoper, højhastighedskameraer og magnetiske momentmotorer for at kompensere for bevægelse, herunder vibrationer fra luftstrøm og flymotorer. Teleskopkabinen skal afkøles før flyets start for at sikre, at teleskopet matcher den ydre temperatur for at forhindre termisk inducerede formændringer. Inden landing lander rummet oversvømmet med nitrogengas for at forhindre kondensering af fugt på den afkølede optik og instrumenter.
DLR er ansvarlig for hele teleskopmonteringen og -designet sammen med to af de ni videnskabelige instrumenter, der bruges med teleskopet; NASA er ansvarlig for flyet. Fremstillingen af teleskopet blev underentrepriseret til den europæiske industri. Teleskopet er tyskproduceret; det primære spejl blev støbt af Schott AG i Mainz, Tyskland med lette forbedringer, med slibning og polering afsluttet af det franske firma SAGEM-REOSC . Den sekundære siliciumcarbidbaserede spejlmekanisme blev fremstillet af Swiss Center for Electronics and Microtechnology (CSEM). En reflekterende overflade blev påført spejlet på et anlæg i Louisiana, men konsortiet opretholder nu et spejlbelægningsfacilitet i Moffett Field , hvilket muliggør hurtig omlakering af det primære spejl, en proces, der forventes at blive påkrævet 1-2 gange om året.
SOFIA -flyet
| SOFIA | |
|---|---|
.jpg)
|
|
| SOFIA under flyvning | |
| Andre navne) | Stratosfærisk observatorium for infrarød astronomi, Clipper Lindbergh |
| Type | Boeing 747SP-21 |
| Fabrikant | NASA/DLR |
| Konstruktion nummer | 21441/306 |
| Registrering | N747NA |
| Første fly | 26. april 2007 |
| Ejere og operatører | NASA |
| I brug | 2010 - nu |
SOFIA -flyet er et modificeret Boeing 747SP -widebody (serienummer 21441, linjenummer 306; registrering N747NA; kaldesignal NASA747). Boeing udviklede SP- eller "Special Performance" -versionen af 747 til ultra-langdistanceflyvninger, ændrede designet på 747-100 ved at fjerne dele af flykroppen og kraftigt ændre andre for at reducere vægten, hvilket tillod 747SP at flyve højere, hurtigere og længere non-stop end nogen anden 747-model dengang.
Boeing tildelte serienummer 21441 (linjenummer 306) til flyrammen, der i sidste ende ville blive SOFIA. Den første flyvning af dette fly var den 25. april 1977, og Boeing leverede flyet til Pan American World Airways den 6. maj, modtog 1977. Flyet sin første registrering fly , N536PA og Pan American placeret flyet i kommerciel personbefordring. Kort tid efter navngav Pan Am dette fly til ære for flyver Charles Lindbergh . På invitation af Pan Am, døbte Lindberghs enke, Anne , flyet Clipper Lindbergh den 20. maj 1977, 50 år siden begyndelsen på hendes mands historiske flyvning fra New York til Paris i 1927.
United Airlines købte flyet den 13. februar 1986, og flyet modtog en ny flyregistrering, N145UA. Flyet forblev i drift indtil december 1995, da United Airlines lagde flyet i opbevaring nær Las Vegas.
Den 30. april 1997 købte Universities Space Research Association (USRA) flyet til brug som et luftbåren observatorium. Den 27. oktober 1997 købte NASA flyet fra USRA. NASA gennemførte en række "baseline" flyvetests det år forud for enhver kraftig ændring af flyet af E-Systems (senere Raytheon Intelligence and Information Systems derefter L-3 Communications Integrated Systems of Waco, Texas ). For at sikre en vellykket ændring købte Raytheon en sektion fra en anden 747SP, registreringsnummer N141UA, som skal bruges som en fuld størrelse mock-up .
Raytheon påbegyndte arbejdet i 1998 og designede og installerede en 5,5 m høj (buelængde) med 4,1 m bred dør i venstre agterside af flyets skrog, der kan åbnes under flyvningen for at give teleskopet adgang til himlen. Teleskopet er monteret i den bageste ende af skroget bag et skod under tryk. Teleskopets omdrejningspunkt er placeret ved en videnskabsinstrumenterpakke i den tryksatte midtersektion af flykroppen, der kræver, at en del af teleskopet passerer gennem trykskottet. I midten af flyet er missionskontrol- og videnskabsoperationsafsnittet, mens den forreste sektion er vært for uddannelses- og offentligt opsøgende område. Den åbne skrog har ingen væsentlig indflydelse på flyets aerodynamik og flyveegenskaber.
På NASAs invitation omdøbte Lindberghs barnebarn, Erik Lindbergh, flyet som Clipper Lindbergh , den 21. maj 2007, 80-året for afslutningen af Charles Lindberghs transatlantiske flyvning.
I løbet af december 2012 modtog flyet en fly-dæk-opgradering af glascockpit sammen med nye luftfartssystemer og softwareopdateringer.
Projektudvikling
Den første brug af et fly til at udføre infrarøde observationer var i 1965, da Gerard P. Kuiper brugte en NASA Convair 990 til at studere Venus. Tre år senere brugte Frank Low Ames Learjet til observationer af Jupiter og stjernetåger. I 1969 begyndte planlægningen at montere et 910 mm teleskop på en luftbåren platform. Målet var at udføre astronomi fra stratosfæren , hvor der var en meget lavere optisk dybde fra vanddamp-absorberet infrarød stråling. Dette projekt, der hedder Kuiper Airborne Observatory , blev dedikeret den 21. maj 1975. Teleskopet var medvirkende til talrige videnskabelige undersøgelser, herunder opdagelsen af ringsystemet omkring planeten Uranus.
Forslaget om et større flymonteret teleskop blev officielt præsenteret i 1984 og opfordrede til at en Boeing 747 skulle bære et tre meter teleskop. Det foreløbige systemkoncept blev udgivet i 1987 i en rød bog . Det blev aftalt, at Tyskland ville bidrage med 20% af de samlede omkostninger og levere teleskopet. Genforeningen af Tyskland og budgetnedskæringer ved NASA førte imidlertid til en femårig glidning i projektet. NASA udleverede derefter arbejdet til Universities Space Research Association (USRA), og i 1996 underskrev NASA og German Aerospace Center (DLR) et memorandum om forståelse for at bygge og drive SOFIA.
SOFIA-teleskopets primære spejl er 2,5 meter i diameter og blev fremstillet af Zerodur , et glaskeramisk komposit fremstillet af Schott AG, der har næsten ingen termisk ekspansion . REOSC, den optiske afdeling i SAGEM Group i Frankrig, reducerede vægten ved at fræse bikageformede lommer ud af ryggen. De blev færdige med at polere spejlet den 14. december 1999 og opnåede en nøjagtighed på 8,5 nanometer (nm) over den optiske overflade. Det hyperbolformede sekundære spejl var fremstillet af siliciumcarbid , med polering afsluttet i maj 2000. I løbet af 2002 blev teleskopets hovedkomponenter samlet i Augsburg , Tyskland. Disse bestod af det primære spejl, den optiske hovedstøtte og affjedringen. Efter vellykkede integrationstest blev foretaget for at kontrollere systemet, blev komponenterne sendt til Waco, Texas ombord på et Airbus Beluga -fly. De ankom den 4. september 2002. SOFIA gennemførte sin første jordbaserede "on-sky" test 18.-19. august 2004 ved at tage et billede af stjernen Polaris .
Projektet blev yderligere forsinket i 2001, da tre underleverandører, der havde til opgave at udvikle teleskopdøren, gik i drift efter hinanden. United Airlines trådte også i konkursbeskyttelse og trak sig tilbage fra projektet som operatør af flyet. Teleskopet blev transporteret fra Tyskland til USA, hvor det blev installeret i flyrammen i 2004, og der blev foretaget indledende observationer fra jorden.
I februar 2006, efter omkostningsstigninger fra $ 185 millioner til $ 330 millioner, satte NASA projektet "under revision" og suspenderede finansieringen ved at fjerne projektet fra sit budget. Den 15. juni 2006 bestod SOFIA gennemgangen, da NASA konkluderede, at der ikke var nogen uoverstigelige tekniske eller programmatiske udfordringer for den fortsatte udvikling af SOFIA.
Jomfruflyvningen af SOFIA fandt sted den 26. april 2007 på L-3 Integrated Systems (L-3 IS) Waco, Texas facilitet. Efter et kort testprogram i Waco til delvist at udvide flyvekonvolutten og udføre eftervedligeholdelseskontroller blev flyet flyttet den 31. maj 2007 til NASAs Armstrong Flight Research Center på Edwards Air Force Base . Den første fase af belastninger og flyvningstest blev brugt til at kontrollere flyets egenskaber med den eksterne teleskophulrumslåge lukket. Denne fase blev afsluttet med succes i januar 2008 på NASA-Armstrong Flight Research Center.
Den 18. december 2009 udførte SOFIA -flyet den første testflyvning, hvor teleskopdøren blev åbnet helt. Denne fase varede i to minutter af den 79 minutter lange flyvning. SOFIAs teleskop så første lys den 26. maj 2010, og returnerede billeder, der viser M82 's kerne og varme fra Jupiters formation, der slipper ud gennem dets skydække. De første "rutinemæssige" videnskabelige observationsflyvninger begyndte i december 2010, og observatoriet er beregnet til fuld kapacitet inden 2014 med omkring 100 flyvninger om året.
Siden 2011 er SOFIA -missioner valgt blandt flere forslag. Succesfulde missioner er planlagt i henhold til årlige cyklusser, hvor den første cyklus svarer til 2013. Under hver cyklus deles flyet og instrumenterne mellem et par forskellige missioner.
Illustration af SOFIA livery med dør i åben og lukket position.
En F/A-18 mission understøtter fly som skygger for SOFIA under en funktionel kontrolflyvning.
SOFIA under test af teleskopkarakterisering.
SOFIA sad på asfalten under natteleskopoperationer.
KAO og SOFIA, Ames Research Center 2008.
Model af SOFIA på NASA Ames Exploration Center .
HAWC+ -instrumentet monteret på SOFIA -teleskopet.
Videnskabelig forskning og observationer
SOFIAs primære videnskabelige mål er at studere sammensætningen af planetariske atmosfærer og overflader; at undersøge strukturen, evolution og sammensætning af kometer ; at bestemme fysikken og kemien i det interstellare medium ; og for at undersøge dannelsen af stjerner og andre stjerneobjekter. Mens SOFIA -flyoperationer ledes af NASA Dryden, er NASAs Ames Research Center i Mountain View, Californien, hjemsted for SOFIA Science Center, som skal styre missionsplanlægning for programmet. Den 29. juni 2015 passerede dværgplaneten Pluto mellem en fjern stjerne og Jorden, der producerede en skygge på Jorden nær New Zealand, der gjorde det muligt for SOFIA at studere atmosfæren i Pluto .
I begyndelsen af 2016 opdagede SOFIA atom oxygen i Mars -atmosfæren for første gang i 40 år. I begyndelsen af 2017 hjalp dets observationer af 1 Ceres i midten af infrarødt med at bestemme, at den store asteroide/dværgplanet var belagt med et lag asteroidestøv fra andre kroppe. I juli 2017 SOFIA observeret en stjerne skygning af det fjerne Kuiper bælte objekt 486.958 Arrokoth mens jordbaserede observatorier mislykkedes denne observation, forbereder sonden New Horizons besøger denne asteroide.
Sofia er også blevet brugt til astrobiologiske missioner og fokuserede blandt andre mål på observation af nye planetsystemer og påvisning af komplekse molekyler.
I oktober 2020 rapporterede astronomer at detektere molekylært vand på den solbeskinnede overflade af månen af flere uafhængige rumfartøjer, herunder Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA).
Airborne Astronomy Ambassadors Program (AAA)
SOFIA blev designet fra begyndelsen til at understøtte en robust offentlig uddannelse og opsøgende indsats, der i løbet af den planlagte 20-årige missionslevetid direkte kan involvere mere end tusinde pædagoger af alle typer- K-12- lærere, videnskabsmuseum og planetariumpædagoger, og offentlige opsøgende specialister - som partnere med forskeren og når hundredtusinder af mennesker i hele landet gennem disse pædagoger.
"SOFIA Six" er det første sæt pædagoger, der er udvalgt i USA til at deltage i SOFIAs AAA "Pilot" -program, og fløj i løbet af sommeren 2011. Tyskland har en separat ansøgningsproces, men fløj også to lærere den sommer. Pædagoghold plus suppleanter blev udvalgt i en yderst konkurrencedygtig ansøgningsproces. NASA og DLR (German Space Agency) valgte pædagoger, der kom fra forskellige baggrunde, og deres institutioner omfattede en skole for døve, et alternativt uddannelsessted (udviklingsmæssigt udfordret), meget dårligt stillede elevpopulationer, landlige skoler og en indiansk skole . Siden "Pilot" -cyklussen har AAA -programmet fløjet over 20 hold og er nu i sin cyklus 5 -fase.
Star Trek -skuespillerinden Nichelle Nichols fløj ombord på SOFIA den 17. september 2015.
Se også
Referencer
eksterne links
- SOFIA Science Center , USRA & DSI
- SOFIA -mission , NASA
- SOFIA Mission Profile af Solar System Exploration på NASA
- DLR's SOFIA -websted
- NASA Astronomy Day of Picture: SOFIA's Window Seat (25. februar 2006)
- Stratosfærisk observatorium for infrarød astronomi (SOFIA) , Institut for Astronomi og Astrofysik ved University of Chicago
- SOFIA: Stratosfærisk observatorium for infrarød astronomi , Moonfest 2009 af NASA