19 Αυγούστου 1999, Κέντρο παρακολούθησης ακτίνων Χ του Κέντρου Χάντρας στο Κέιμπριτζ, Μασαχουσέτη: ένα μεγάλο δωμάτιο γεμάτο υπολογιστές, εξοπλισμό παρακολούθησης και άγχος επιστήμονες. Ανησυχούσαν επειδή μετά από πολλά χρόνια σκληρής δουλειάς, μετά από δύο εκτοξευμένες εκτοξεύσεις και σχεδόν αργοί, μετά από επτά αναμνηστικές εκτόξευσεις πυραύλων που διέσχιζαν το λεπτό μηχάνημα με αυτό τον τρόπο και ότι το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ ήταν τελικά σε τροχιά και πρόκειται να ανοίξει επιχείρηση.
σχετικό περιεχόμενο
- Μακριά
"Ήταν μια αρκετά σκηνή", υπενθύμισε ο Leon van Speybroeck, ένας από τους άνδρες που το έβαλαν εκεί. "Το λανσάρισμα ήταν στο διαστημικό λεωφορείο της Κολούμπια, με το μεγαλύτερο ωφέλιμο φορτίο του. Τώρα, ένα μήνα αργότερα, ήμασταν έτοιμοι. Έτσι, στείλαμε τις εντολές του υπολογιστή και περίμενε. Εκπληκτικά, 80.000 μίλια μακριά, η πυροτεχνική συσκευή μας εξερράγη - ήταν σαν ένα πυροσβέστη M-80. Άνοιξε την πόρτα των 120 λιβρών στο διαστημικό σκάφος - όπως ακριβώς είχε προγραμματιστεί. "
Οι κοσμικές ακτίνες Χ λάμπουν για τους λεπτούς καθρέφτες του πολύτιμου τηλεσκοπίου για πρώτη φορά. Οι επιστήμονες πίσω στη Γη παρακολουθώντας την εκδήλωση έβγαλαν τα ακουστικά τους και έσπευσαν στην αίθουσα απεικόνισης. Για 45 λεπτά, όλοι περίμεναν να δουν αν θα τραβούσαν μια εικόνα από το τηλεσκόπιο ή αν ολόκληρο το έργο θα κατέληγε με "ένα κουβά από σπασμένα γυαλιά", όπως το έθεσε ο van Speybroeck.
Στη συνέχεια, στον κλασικό τάφο μονότονο της εποχής του διαστήματος, ένας επιστήμονας ανακοίνωσε: "Παίρνουμε φωτόνια".
Πρώτα απλά μια κουκκίδα στην οθόνη - τα φωτόνια είναι μικροσκοπικές μονάδες φωτός - έπειτα ένα άλλο, και ένα άλλο. Σταδιακά εμφανίστηκε μια εικόνα ενός μακρινού γαλαξία.
Πάνω από 23 χρόνια στην κατασκευή, κυρίως στο Smithfieldian Astrophysical Observatory στο Cambridge, το οποίο αποτελεί μέρος του Κέντρου Αστροφυσικής του Χάρβαρντ-Σμινσόνιαν και το όνομά του από τον βραβευμένο βραβευμένο με Νόμπελ, Subrahmanyan Chandrasekhar, οι πρώτες εικόνες του τηλεσκοπίου της Chandra έπληξαν τους εκλεπτυσμένους διαστημοϊσέρτες.
Η πρώτη επίσημη εικόνα Chandra δείχνει τα αποτελέσματα μιας τεράστιας αστρικής έκρηξης στην Cassiopeia A, ένα υπολειμματικό σουπερνόβα 10.000 έτη φωτός μακριά, με τέτοια σαφήνεια ότι ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα φαίνεται να είναι ορατή στο κέντρο της.
"Βλέπουμε τη σύγκρουση των συντριμμιών από το εκρηκτικό αστέρι με το θέμα γύρω από αυτό", δήλωσε ο κεντρικός διευθυντής Harvey Tananbaum, περιγράφοντας την εικόνα. "Βλέπουμε κύματα κλονισμού που εισέρχονται σε διαστρικό χώρο σε εκατομμύρια μίλια ανά ώρα και για πρώτη φορά ένα φωτεινό σημείο κοντά στο κέντρο του υπολείμματος που θα μπορούσε ενδεχομένως να είναι ένα καταρρεβόμενο αστέρι".
Μια άλλη έγκαιρη εικόνα ακτίνων Χ που πιστοποιεί την δύναμη και το δυναμικό της Chandra ήρθε σε όλη τη διαδρομή από ένα κβάζαρ έξι δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Ονομάστηκε PKS 0637-752 από επιστήμονες και ακτινοβολεί με τη δύναμη δέκα τρισεκατομμυρίων ήλιων. Συμπληρώνοντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, ένα άλλο μεγάλο παρατηρητήριο χώρου που τώρα περιστρέφεται γύρω από τη Γη, η Chandra θα επιτρέψει στους επιστήμονες να αναλύσουν μερικά από τα μεγάλα μυστήρια του σύμπαντος. Για περισσότερο από ένα χρόνο τώρα, το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ μεταδίδει μια ροή εικόνων που ενθουσιάστηκαν και αμφισβήτησαν την επιστημονική κοινότητα.
Παραδείγματος χάριν, η παρατήρηση του Chandra του Τοξότη A *, πηγή ραδιοκυμάτων στον πυρήνα του Γαλαξία, που οι επιστήμονες υποθέτουν ότι τροφοδοτείται από μια μαύρη τρύπα 2, 6 εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου μας, δημιούργησε μια ανάσα τον περασμένο χειμώνα. Με την αξιοσημείωτη ανίχνευση πηγής ακτίνων Χ από το Sag A *, οι αστρονόμοι είναι πιο κοντά από ποτέ για να ξεκαθαρίσουν το μυστήριο της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας.
Οι εικόνες υψηλής ανάλυσης της Chandra σίγουρα θα μας δώσουν νέες ιδέες για τις μαύρες τρύπες, οι οποίες είναι διαστημικές οντότητες τόσο πυκνές ώστε τίποτα που επιχειρεί κοντά δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρύτητά τους, ούτε και το φως. Η ικανότητα του Chandra να εξετάσει τα σωματίδια μέχρι το τελευταίο χιλιοστό του δευτερολέπτου πριν απορροφηθούν από την όραση θα επιτρέψει στους αστρονόμους να μελετήσουν τη θεωρία της βαρύτητας υπό τις πιο ακραίες συνθήκες.
Το κέντρο ακτινών Chandra της Smithsonian χρησιμοποιεί το παρατηρητήριο με βάση το διάστημα με σύμβαση με το Marshall Space Flight Center της NASA στην Αλαμπάμα. Κατά την επίσκεψή μου στο κέντρο Smithsonian στο Κέιμπριτζ, χρειαζόμουν μεγάλη βοήθεια. (Έχει ένα D στη φυσική στο προ-σχολείο.) Ο Wallace Tucker, αστροφυσικός και εκπρόσωπος της Chandra, μπόρεσε να με μιλήσει όσο μπορούσε.
Οι ακτίνες Χ βρίσκονται στο κοντό άκρο του φάσματος φωτός. Τα οπτικά τηλεσκόπια μπορούν να ασχοληθούν με αστέρια που ακτινοβολούν δεκάδες χιλιάδες βαθμούς θερμότητας, αλλά τα τηλεσκόπια ακτίνων Χ ( Smithsonian, Ιούλιος 1998) μπορούν να παρατηρήσουν αέρια αντικείμενα μέχρι και αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια βαθμούς.
Ένα κύμα με τέτοια φανταστικά υψηλή ενέργεια είναι εξαιρετικά δύσκολο να εστιάσει ή να κατευθύνει. Εάν τοποθετήσετε ένα συμβατικό τηλεσκόπιο μπροστά του, το κύμα απορροφάται απλά.
Αλλά, διέκοψα, τι γίνεται με τις ακτίνες Χ στο νοσοκομείο; Αχ, απάντησε ο Tucker, αυτές οι εικόνες είναι μόνο σκιές. Τα οστά είναι πυκνότερα από τη σάρκα, κάνουν μια βαθύτερη σκιά καθώς οι ακτίνες Χ περνούν μέσα από ολόκληρο το σώμα σου.
"Εκτός αυτού", πρόσθεσε, "μιλάμε για πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις και καλύτερες εικόνες. Όπως κοιτάζοντας μια δεκάρα από τέσσερα μίλια μακριά. "
Η λύση για την κατεύθυνση των κυμάτων ήταν να σχεδιάσουμε έναν καθρέφτη που θα αντανακλούσε τις ακτίνες σε μια εξαιρετικά ρηχή γωνία έτσι ώστε να αναπηδήσουν, όπως να πετάξουν πέτρες στο νερό, αντί να απορροφηθούν. Στη συνέχεια, θα μπορούσαν να κατευθύνονται σε έναν ηλεκτρονικό ανιχνευτή, να αποθηκεύονται και αργότερα να μεταδίδονται στο κέντρο της Chandra.
Ενώ τα κάτοπτρα των οπτικών τηλεσκοπίων είναι πιάτα που εστιάζουν τις αμυδρές δοκοί από το χώρο, τα κάτοπτρα της Chandra έχουν σχήμα βαρελιού. Τέσσερα ζεύγη από αυτά είναι φωλιασμένα όπως οι ρωσικές κούκλες για να παρέχουν μια μεγαλύτερη περιοχή για να ακουστούν οι ακτίνες Χ.
Δεν ήταν μια νέα ιδέα. Ο Hans Wolter πραγματοποίησε το βασικό σχεδιαστικό έργο, μια γεωμετρική εφεύρεση στο χαρτί, στη Γερμανία το 1952. Στη δεκαετία του 1970 ο Riccardo Giacconi με επιτυχία προσάρμοσε την αρχή στην αστρονομία ακτίνων Χ. Ο Giacconi προχώρησε σε άλλες κατακτήσεις τη δεκαετία του 1980, κυρίως για να κατευθύνει τις εργασίες του στο διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, αλλά η ομάδα του συνέχισε εδώ. Φυσικά ένας μεγάλος αριθμός λαμπρών ανθρώπων δημιούργησε την Chandra, αλλά δεν νομίζω ότι είναι πάρα πολύ να πούμε ότι ο υπεύθυνος για τους μοναδικούς καθρέφτες, ο σπουδαίος εμπειρογνώμονας στον σχεδιασμό του, είναι ο Leon van Speybroeck, επίσημα ο Scientist Chandra Telescope, απόφοιτος του MIT από την Wichita του Κάνσας, ο οποίος ήταν με τον Smithsonian από τις αρχές της δεκαετίας του 1970.
"Ο Giacconi είχε την ιδέα στη δεκαετία του 1960", σημειώνει ο Tucker, "αλλά η NASA ήταν σκεπτικιστή. Οι καθρέφτες Chandra είναι ένα υψηλό σημείο της καριέρας του Leon. "Μιλάμε για έναν καθρέφτη τόσο ομαλό που αν ήταν η πολιτεία του Κολοράντο, το Pikes Peak θα ήταν λιγότερο από μία ίντσα ψηλά. Μιλάμε για ομαλότητα μέσα σε λίγα άτομα, ομαλότητα που είναι ουσιαστικά μαθηματική στην τελειότητα του. Οι καθρέφτες έχουν διάμετρο δύο έως τεσσάρων ποδιών, μήκους σχεδόν τριών μέτρων και ζυγίζουν περισσότερο από έναν τόνο.
"Έπρεπε να κατασκευάσουν ειδικές δομές μόνο για να χτίσουν αυτούς τους καθρέφτες", μου είπε ο Tucker. "Έψαξαν στον κόσμο για τη λείανση σκονών. Τέλος, ένας άντρας στο Τενεσί ανέπτυξε μια ένωση οξειδίου του δημητρίου που αναμίχθηκε με ένα εκχύλισμα δέντρων από την Ελβετία. "
Και λεπτή: αγγίξτε την επιφάνεια και το λίπος από τα δάχτυλά σας θα μπορούσε να καταστρέψει. Φανταστείτε όχι μόνο να χτίσετε αυτούς τους καθρέφτες, αλλά να τους καθορίσετε με ακρίβεια στη γραμμή, και τόσο σταθερά ώστε το σοκ να ρίχνονται στο διάστημα δεν θα τους χτυπήσει ένα τρίχωμα μακριά.
Σπούδασα μια έγχρωμη φωτογραφία της Cassiopeia Α και ήταν δύσκολο να συσχετιστεί η εικόνα με τις πρώτες κουκίδες που εμφανίστηκαν στο πιάτο. Η οικοδόμηση του πορτρέτου είναι μια επίπονη διαδικασία, η τελική τέχνη του pointillist.
«Ανακαλύπτουμε τα φωτόνια κάθε φορά και παρακολουθούμε πότε βρέθηκαν, πού και πόση ενέργεια υπήρχε σε αυτά», μου είπε ο Tucker.
Και τι γίνεται με την κάμερα που καταγράφει αυτά τα εκπληκτικά αξιοθέατα; Υπάρχουν δύο από αυτά, ένα υψηλής ανάλυσης, σχεδιασμένα από τους Smithsonian επιστήμονες, με 69 εκατομμύρια γυάλινους σωλήνες σε ένα πλέγμα για τον προσδιορισμό της ακριβούς θέσης και του χρόνου άφιξης κάθε ακτίνων Χ και ένα φασματόμετρο απεικόνισης, μια ειδική ψηφιακή φωτογραφική μηχανή της οποίας οι δέκα Τα τσιπ που είναι ευαίσθητα στις ακτίνες Χ περιέχουν ένα εκατομμύριο εικονοστοιχεία για την καταγραφή της θέσης και της ενέργειας των ακτίνων. Δύο ειδικές συσκευές προβολής διασπούν τις ακτίνες σε ένα υψηλής ενέργειας ουράνιο τόξο, όπως ένα φασματοσκόπιο με χιλιάδες διαφορετικά χρώματα, που επιτρέπουν τη μελέτη της χημείας της ουράνιας πηγής τους.
"Οι σταθμοί Deep Space Network της NASA στην Αυστραλία, την Ισπανία και την Καλιφόρνια μας στέλνουν τα δεδομένα", συνέχισε ο Tucker. "Και στέλνουμε πίσω πληροφορίες λέγοντας πού θέλουμε Chandra να κοιτάξει δίπλα, κάθε 72 ώρες περίπου. Οι στόχοι επιλέγονται από μια διαδικασία αξιολόγησης από ομότιμους. "
Το ιπτάμενο παρατηρητήριο ταξιδεύει σχεδόν το ένα τρίτο του δρόμου προς τη σελήνη σε μια ελλειπτική τροχιά που κυμαίνεται από 6.000 έως 86.400 μίλια καθώς στρέφει τη Γη κάθε 64 ώρες. Ο μέσος όρος της τροχιάς του είναι 200 φορές υψηλότερος από το τηλεσκόπιο Hubble.
Υπήρχαν άλλα τηλεσκόπια ακτίνων Χ, αλλά η Chandra μπορεί να δει αντικείμενα που είναι 20 φορές πιο απαλά από οτιδήποτε εντοπίζουν.
Η δύναμη επίλυσης της Chandra είναι 0, 5 δευτερόλεπτα δευτερόλεπτα, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσε να διαβάσει τα γράμματα ενός σημείου στάσης από 12 μίλια μακριά. Ή τίτλος εφημερίδας ένα εκατοστό ψηλό σε απόσταση μισού μιλίου. Από την άλλη πλευρά, μπορεί να παρατηρήσει τις ακτίνες Χ σε σύννεφα αερίων τόσο μεγάλες που χρειάζονται φως πέντε εκατομμύρια χρόνια για να περάσουν. Και μπορεί να μελετήσει τα κβάζαρ των οποίων το φως χρειάστηκε δέκα δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσουν σε εμάς, έτσι ώστε να βλέπουμε ότι πολλά χρόνια στο παρελθόν. Αγαπώ στατιστικά.
Όπως έλεγε ο Edward Weiler, κορυφαίος διαχειριστής της NASA: "Η ιστορία μας διδάσκει ότι κάθε φορά που αναπτύσσετε ένα τηλεσκόπιο δέκα φορές καλύτερα από ό, τι ήρθε προηγουμένως, θα αλλάξετε την αστρονομία. Ο Chandra είναι έτοιμος να κάνει ακριβώς αυτό. "
