หนึ่งในหอดูดาวที่น่าทึ่งที่สุดในโลกไม่ได้ทำงานบนยอดเขาไม่ได้อยู่ในอวกาศ แต่สูง 45,000 ฟุตบนเครื่องบินโบอิ้ง 747 นิคฮาวส์ได้ดูรอบ ๆ สายการบินที่ไม่เหมือนใครในขณะที่ลงจอดครั้งแรกในยุโรป
โซเฟีย (หอสังเกตการณ์สตราโตสเฟียร์เพื่อการดาราศาสตร์อินฟราเรด) มาจากความคิดแรกที่พิจารณาในช่วงกลางทศวรรษ 1980 นักวิทยาศาสตร์จินตนาการว่าการใช้โบอิ้ง 747 เพื่อส่งกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ไปยังสตราโตสเฟียร์ซึ่งการดูดกลืนแสงอินฟราเรดด้วยโมเลกุลของน้ำในบรรยากาศนั้นลดลงอย่างมากแม้จะเปรียบเทียบกับหอสังเกตการณ์บนพื้นดินที่สูงที่สุด ในปี 1996 ความคิดนั้นได้เข้าใกล้ความเป็นจริงเมื่อโครงการ SOFIA ได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการระหว่าง NASA (ซึ่งให้ทุน 80 เปอร์เซ็นต์ของค่าใช้จ่ายในภารกิจ 330 ล้านดอลลาร์จำนวนที่เทียบเท่ากับภารกิจอวกาศขนาดเล็ก) และศูนย์อวกาศเยอรมัน (DLR ซึ่งให้ทุนอีก 20 เปอร์เซ็นต์) การวิจัยและพัฒนาเริ่มต้นขึ้นอย่างจริงจังโดยใช้เครื่องบินโบอิ้ง 747SP ที่ได้รับการแก้ไขอย่างสูงซึ่งมีชื่อว่า 'Clipper Lindburgh' หลังจากนักบินชาวอเมริกันผู้โด่งดังและที่ 'SP' ย่อมาจาก 'ประสิทธิภาพพิเศษ'
เที่ยวบินทดสอบครั้งแรกเริ่มขึ้นในปี 2550 โดยโซฟีดำเนินการจากศูนย์วิจัยการบินดรายเดนของนาซ่าที่ฐานทัพอากาศเอ็ดเวิร์ดส์ในทะเลสาบโรเจอร์สดรายในแคลิฟอร์เนีย - สถานที่แห้งแล้งที่ดีซึ่งช่วยในการใช้เครื่องมือและเครื่องบิน
เมื่อเครื่องบินไปเยี่ยมศูนย์ฝึกอบรมนักบินอวกาศขององค์การอวกาศยุโรปในโคโลญประเทศเยอรมนีฉันได้รับโอกาสที่หายากในการดูรอบ ๆ เครื่องบินอันงดงามนี้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของพื้นที่ยุโรป“ Tweetup ’(การประชุม Twitter) สิ่งที่เห็นได้ชัดในทันทีคือความยาวที่สั้นกว่าของเครื่องบินที่คุณมักจะบินไปซึ่งทำให้เครื่องบินอยู่ในอากาศได้นานขึ้นซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับผู้โดยสารที่สำคัญที่สุดคือกล้องโทรทรรศน์โซเฟียขนาด 2.7 เมตร กระจกหลักขนาดเท่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเคลือบด้วยอลูมิเนียมและสะท้อนแสงให้มีความสูงถึง 0.4 เมตรรองทั้งหมดอยู่ในกรอบกรงเปิดที่โผล่ออกมาจากด้านข้างของเครื่องบินอย่างแท้จริง
ดังที่เราได้เห็นเหตุผลในการวางกล้องโทรทรรศน์หลายตันบนเครื่องบินก็คือการทำเช่นนี้จึงเป็นไปได้ที่จะหลบหนีจากผลกระทบจากการดูดซึมส่วนใหญ่ในชั้นบรรยากาศของเรา การสังเกตการณ์ในอินฟราเรดนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้สำหรับเครื่องมือภาคพื้นดินที่หรือใกล้ระดับน้ำทะเลและอาจมีเพียงบางส่วนแม้บนยอดเขาสูง ไอน้ำในโทรโพสเฟียร์ของเรา (ชั้นล่างของชั้นบรรยากาศ) ดูดซับแสงอินฟาเรดจำนวนมากซึ่งโดยปกติแล้ววิธีเดียวที่จะเอาชนะสิ่งนี้คือส่งยานอวกาศขึ้น โซเฟียสามารถเติมช่องว่างด้วยการทำงานเกือบเหมือนกัน แต่มีความเสี่ยงน้อยกว่าและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า เครื่องบินมีกล้องตรวจสอบอินฟราเรดที่มีความซับซ้อนเพื่อตรวจสอบผลผลิตของตนเองและการตรวจสอบไอน้ำเพื่อวัดสิ่งที่เกิดการดูดกลืนเล็กน้อย
กระจก 2.7 เมตร (แม้ว่าจริง ๆ แล้วจะใช้จริงเพียง 2.5 เมตรเท่านั้น) ใช้คอมโพสิตเซรามิกแก้วที่ทนความร้อนได้สูงซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากสภาพอากาศเอื้ออำนวยที่เครื่องบินทำการส่องกล้องผ่าน ถ้าใครจินตนาการถึงความยากลำบากของนักดาราศาสตร์สมัครเล่นจะมีบางคืนที่มีความเสถียรของกล้องโทรทรรศน์ในสภาวะที่มีการโหนกแก้มให้นึกถึงโซฟีซึ่งมีกล้องโทรทรรศน์ f / 19.9 ที่สะท้อนแสงกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่มีการจัดการกับ Cassegrain
800 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (500 ไมล์ต่อชั่วโมง) ลมการดำเนินการบางอย่างจะเกิดขึ้นที่ 39,000 ฟุต (ประมาณ 11,880 เมตร) มากกว่าเพดาน 45,000 ฟุต (13,700 เมตร) ที่เป็นไปได้เพราะในขณะที่ความสูงที่สูงขึ้นทำให้เงื่อนไขที่ดีขึ้นเล็กน้อยในแง่ของ การขาดการดูดซับ (ยังคงสูงกว่า 99 เปอร์เซ็นต์ของไอน้ำที่เป็นสาเหตุของปัญหาส่วนใหญ่) เชื้อเพลิงที่จำเป็นเพิ่มขึ้นหมายความว่าเวลาในการสังเกตจะลดลงอย่างมากทำให้ 39,000
ฟุตระดับความสูงจะทำงานได้ดีขึ้นในบางกรณีเพื่อรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติม เครื่องบินใช้ระบบไอดีที่ออกแบบมาอย่างชาญฉลาดเพื่อช่องทางและช่องทางไหลเวียนของอากาศและความปั่นป่วนห่างจากหน้าต่างกล้องโทรทรรศน์เปิดและพูดกับนักบินและนักวิทยาศาสตร์พวกเขาทั้งหมดตกลงกันว่าไม่มีผลกระทบใด ๆ จากเครื่องยนต์ของเครื่องบินเช่นกัน .
อยู่ที่เย็น
กล้องและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในหอสังเกตการณ์อินฟราเรดทุกแห่งต้องได้รับการดูแลรักษาที่อุณหภูมิต่ำมากเพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนจากความร้อนที่รั่วไหลเข้ามาในภาพ แต่โซเฟียมีแขนเสื้อขึ้น แตกต่างจากภารกิจอวกาศ (ยกเว้นภารกิจให้บริการกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลซึ่งแต่ละค่าใช้จ่าย 1.5 พันล้านดอลลาร์รวมถึงราคาของการส่งกระสวยอวกาศ) โซฟีมีข้อได้เปรียบในการเปลี่ยนหรือซ่อมแซมเครื่องมือหรือเติมสารหล่อเย็นของมัน การประเมินอายุการใช้งานอย่างน้อย 20 ปีนานกว่าภารกิจอินฟราเรดในอวกาศที่ใช้เวลานานกว่าสองสามปี
ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์และแท่นวางของมันเป็นงานวิศวกรรม กล้องโทรทรรศน์ได้รับการจับจ้องอยู่ในราบโดยมีการเล่นเพียงสามองศาเพื่อชดเชยเครื่องบิน แต่ไม่จำเป็นต้องเคลื่อนที่ไปในทิศทางนั้นในขณะที่เครื่องบินขับโดยผู้ดีที่สุดของนาซ่าทำหน้าที่ดังกล่าว สามารถทำงานได้ในช่วงระดับความสูง 20-60 องศาในระหว่างการผ่าตัดทางวิทยาศาสตร์ ทุกอย่างได้รับการออกแบบมาเพื่อความทนทานที่ทำให้กรามหล่น ตัวอย่างเช่นทรงกลมของตลับลูกปืนนั้นถูกขัดเงาให้มีความแม่นยำน้อยกว่าสิบไมครอนและเลเซอร์ไจโรให้การเชิงมุมเพิ่มขึ้น 0.0008 อาร์ควินาที แยกได้จากเครื่องบินหลักด้วยชุดยางกันกระแทกที่มีแรงดันซึ่งชดเชยความสูงได้กล้องดังกล่าวเกือบจะเป็นอิสระจากกลุ่มหลักของ 747 ซึ่งเป็นที่ตั้งของคอมพิวเตอร์และชั้นวางที่ไม่เพียง แต่ใช้งานกล้องโทรทรรศน์เท่านั้น นักวิทยาศาสตร์เชิงสังเกตการณ์คนใดที่บินด้วยเครื่องบิน
PI ในท้องฟ้า
สถานีวิจัยหลักตั้งอยู่รอบจุดกึ่งกลางของเครื่องบินห่างจากกล้องโทรทรรศน์หลายเมตร แต่อยู่ภายในเครื่องบิน (สัมผัสกับอากาศที่ 45,000 ฟุตลูกเรือและนักวิทยาศาสตร์จะถูกฆ่าตายทันที) ที่นี่เป็นเวลาสิบชั่วโมงหรือมากกว่านั้นนักวิทยาศาสตร์สามารถรวบรวมข้อมูลได้เมื่อประตูเปิดและกล้องโทรทรรศน์กำลังชี้ไปที่เป้าหมายที่ต้องการโดยมีนักบินตามเส้นทางการบินที่แม่นยำเพื่อรักษาความแม่นยำของเครื่องมือชี้และหลีกเลี่ยงที่ดีที่สุด ความเป็นไปได้ของความวุ่นวาย ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินสามารถตอบสนองต่อเหตุการณ์ต่าง ๆ เช่นซูเปอร์โนวาใหม่ได้อย่างรวดเร็วโซฟีได้รับความสนใจในการปฏิบัติการวิทยาศาสตร์มากขึ้นและด้วยวงจรข้อเสนอมากกว่าหกเดือนถึงหนึ่งปีเราต้องวางแผนอย่างแม่นยำว่าจะสังเกตวัตถุอย่างไร
พยากรณ์อนาคต
การดำเนินการทางวิทยาศาสตร์เริ่มต้นขึ้นในปี 2010 ด้วย FORCAST (กล้องอินฟราเรดวัตถุจาง ๆ สำหรับกล้องโทรทรรศน์โซเฟีย) และดำเนินการต่อในปี 2554 ด้วยเครื่องมือ GREAT (เครื่องรับสัญญาณเยอรมันสำหรับดาราศาสตร์ที่ความถี่ของ Teraherz) FORCAST เป็นเครื่องมืออินฟราเรดกลาง / ไกลที่ทำงานกับกล้องสองตัวระหว่างที่ห้าและสี่สิบไมครอน (โดยสามารถทำงานได้ระหว่าง 10-25 ไมครอน) พร้อมกับ 3.2 อาร์คมินิชมุมมอง มันเห็นแสงแรกบนดาวพฤหัสและกาแล็กซี่เมสเซียร์ 82 แต่จะทำการถ่ายภาพศูนย์กลางกาแลคซีการก่อตัวดาวในดาราจักรชนิดก้นหอยและกาแล็กซี่ที่ใช้งานอยู่และยังมองไปที่เมฆโมเลกุลซึ่งเป็นหนึ่งในเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์เบื้องต้น รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับสัณฐานวิทยาของพื้นที่ก่อตัวดาวฤกษ์ที่ความละเอียดน้อยกว่าสามอาร์ควินาที (ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นที่เครื่องมือทำงาน) นอกเหนือจากนี้ FORCAST ยังสามารถทำการสเปกโตรสโคปีสโคป (เช่นปริซึมตะแกรง) เพื่อรับข้อมูลรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบของวัตถุที่อยู่ในมุมมอง ไม่มีระบบเลนส์แบบปรับตัวได้ แต่ไม่ต้องการระบบเลนส์แบบปรับเปลี่ยนได้
FORCAST และ GREAT เป็นเพียงเครื่องมือการดำเนินการทางวิทยาศาสตร์สองขั้นพื้นฐานซึ่งรวมถึงสเปคโตรกราฟ Echelle, สเปกโตรมิเตอร์อินฟราเรดไกลและกล้องไวด์แบนด์ความละเอียดสูง แต่ทีมวิทยาศาสตร์กำลังทำงานกับเครื่องมือใหม่สำหรับการดำเนินงานระยะต่อไป การสลับใช้เครื่องมือในขณะที่ซับซ้อนค่อนข้างรวดเร็ว (เทียบเคียงได้กับเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนเครื่องมือบนพื้นดินขนาดใหญ่) และสามารถทำได้ในความพร้อมสำหรับการสังเกตซึ่งเครื่องบินตั้งเป้าที่จะทำมากถึง 160 ครั้งต่อปี และในขณะที่ไม่มีแผนการที่จะสร้างเรือน้องสาวให้กับโซเฟีย แต่ก็มีการหารือกันในหมู่นักวิทยาศาสตร์เพื่อวางกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่บนเครื่องบินแอร์บัส A380
Sky Outreach
ด้วยโปรแกรมเอกอัครราชทูตวิทยาศาสตร์ที่วางแผนไว้ซึ่งเกี่ยวข้องกับครูที่บินอยู่บนเครื่องบินเพื่อทำวิจัยข้อมูลสาธารณะของโซฟีจะเติบโตขึ้น เอาท์พุททางวิทยาศาสตร์และความเป็นไปได้จากเครื่องมือที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องให้บริการและแก้ไขได้ทุกครั้งที่มันลงจอดได้มากมายเมื่อเทียบกับภารกิจอวกาศ นักข่าวเพิ่งได้รับโอกาสในการเยี่ยมชมเครื่องบินที่น่าทึ่งนี้และมันเป็นสิทธิพิเศษและเกียรติที่ได้เป็นหนึ่งในคนแรกที่ได้เห็นมันอย่างใกล้ชิด ด้วยเหตุนี้ฉันจึงขอขอบคุณ ESA และ NASA สำหรับคำเชิญและโอกาสที่จะเห็นบางสิ่งที่ไม่เหมือนใคร
