19 sierpnia 1999 r. Smithsonian's Chandra X-ray Observatory Center w Cambridge, Massachusetts: duży pokój pełen komputerów, sprzętu monitorującego i niespokojnych naukowców. Niepokoiło ich to, ponieważ po wielu latach ciężkiej pracy, po dwóch wyszorowanych startach i prawie przerwaniu, po siedmiu wystrzeleniach rakiet wspomagających, które podskoczyły w delikatny sposób w ten i inny sposób, ich teleskop rentgenowski wreszcie znalazł się na orbicie i miał się wkrótce otworzyć biznes.
powiązana zawartość
- Dalekowidzenia
„To była dość scena” - przypomniał sobie Leon van Speybroeck, jeden z mężczyzn, którzy ją tam umieścili. „Premiera odbyła się promem kosmicznym Columbia, który miał największą ładowność w historii. Teraz miesiąc później byliśmy gotowi. Wysłaliśmy więc polecenia komputera i czekaliśmy. O dziwo, w odległości 80 000 mil nasze urządzenie pirotechniczne eksplodowało - przypominało petardę M-80. Otworzył 120-funtowe drzwi statku kosmicznego - zgodnie z planem. ”
Kosmiczne promienie rentgenowskie po raz pierwszy świeciły na delikatnych lustrach drogocennego teleskopu. Naukowcy z powrotem na Ziemi, monitorując to zdarzenie, zdjęli słuchawki i wpadli do sali obrazowania. Przez 45 długich minut wszyscy czekali, aby zobaczyć, czy otrzymają obraz z teleskopu, czy też cały projekt skończy z „wiadrem potłuczonego szkła”, jak to ujął van Speybroeck.
Następnie, w klasycznym monotonnym grobowcu ery kosmicznej, naukowiec ogłosił: „Dostajemy fotony”.
Najpierw tylko kropka na ekranie - fotony to maleńkie jednostki światła - potem kolejna i następna. Stopniowo pojawiał się obraz odległej galaktyki.
Ponad 23 lata pracy, głównie w Smithsonian Astrophysical Observatory w Cambridge, które jest częścią Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i nazwany na cześć nieżyjącego laureata Nagrody Nobla Subrahmanyana Chandrasekhara, pierwsze zdjęcia z teleskopu Chandra zadziwiły wyrafinowanych obserwatorów kosmosu.
Pierwszy oficjalny obraz Chandra pokazuje następstwa ogromnej eksplozji gwiezdnej w Cassiopei A, pozostałości po supernowej 10 000 lat świetlnych stąd, z taką jasnością, że gwiazda neutronowa lub czarna dziura wydają się być widoczne w jej centrum.
„Widzimy zderzenie szczątków eksplodującej gwiazdy z otaczającą ją materią” - powiedział dyrektor centrum Harvey Tananbaum, opisując obraz. „Widzimy fale uderzeniowe pędzące w przestrzeń międzygwiezdną z prędkością milionów mil na godzinę i po raz pierwszy jasny punkt w pobliżu środka pozostałości, który może być prawdopodobnie zapadniętą gwiazdą”.
Kolejne wczesne zdjęcie rentgenowskie potwierdzające moc i potencjał Chandry pochodziło z kwazara oddalonego o sześć miliardów lat świetlnych. Nazwany przez naukowców PKS 0637-752, promieniuje siłą dziesięciu bilionów słońc. Uzupełniając Kosmiczny Teleskop Hubble'a, kolejne duże obserwatorium kosmiczne krążące obecnie wokół Ziemi, Chandra powinna pozwolić naukowcom analizować niektóre z wielkich tajemnic wszechświata. Od ponad roku teleskop rentgenowski przesyła strumień obrazów, które zachwyciły i rzuciły wyzwanie społeczności naukowej.
Na przykład obserwacje Chandra dotyczące Strzelca A *, źródła fal radiowych w rdzeniu Drogi Mlecznej, które według naukowców są zasilane przez czarną dziurę 2, 6 miliona razy większą niż masa Słońca, wywołały poruszenie ostatniej zimy. Dzięki niezwykłemu wykryciu źródła promieniowania X z Sag A * astronomowie są bliżej niż kiedykolwiek do wyjaśnienia tajemnicy supermasywnej czarnej dziury.
Obrazy Chandry w wysokiej rozdzielczości z pewnością dadzą nam nowe spojrzenie na czarne dziury, które są istotami kosmicznymi tak gęstymi, że nic, co zapuszcza się blisko, nie może uciec ich grawitacji, nawet światła. Zdolność Chandry do badania cząstek do ostatniej milisekundy, zanim zostaną wyssani z pola widzenia, umożliwi astronomom zbadanie teorii grawitacji w najbardziej ekstremalnych warunkach.
Centrum rentgenowskie Chandra Smithsonian prowadzi obserwatorium kosmiczne na podstawie umowy z NASA Marshall Space Flight Center w Alabamie. Podczas mojej wizyty w centrum Smithsonian w Cambridge potrzebowałem dużej pomocy. (Dyplom z fizyki w szkole przygotowawczej.) Wallace Tucker, astrofizyk i rzecznik Chandra, był w stanie namówić mnie na tyle, na ile mógł.
Promienie X znajdują się na krótkim końcu widma fali świetlnej. Teleskopy optyczne radzą sobie z gwiazdami emitującymi dziesiątki tysięcy stopni ciepła, ale teleskopy rentgenowskie ( Smithsonian, lipiec 1998) mogą obserwować obiekty gazowe do kilkuset milionów stopni.
Fala o tak fantastycznie wysokiej energii jest niezwykle trudna do skupienia lub ukierunkowania. Jeśli umieścisz przed nim konwencjonalny teleskop, fala zostanie po prostu pochłonięta.
Ale wtrąciłem się, a moje zdjęcia rentgenowskie w szpitalu? Ach, odpowiedział Tucker, te zdjęcia to tylko cienie. Kości są gęstsze niż ciało, robią głębszy cień, gdy promienie X przechodzą przez całe ciało.
„Poza tym”, dodał, „mówimy o znacznie większych odległościach i lepszych obrazach. Jak spojrzenie na bilon z czterech mil. ”
Rozwiązaniem dla kierowania falami było zaprojektowanie lustra, które odbijałoby promienie pod wyjątkowo płytkim kątem, tak aby odbijały się, jak skaczące kamienie na wodzie, zamiast być pochłaniane. Następnie mogą zostać skierowane na wykrywacz elektroniczny, zapisane i później przesłane do centrum Chandra.
Podczas gdy zwierciadła teleskopu optycznego są naczyniami, które skupiają słabe wiązki z kosmosu, zwierciadła Chandry mają kształt beczki. Cztery pary są zagnieżdżone jak rosyjskie lalki, aby zapewnić większy obszar na promienie rentgenowskie.
To nie był nowy pomysł. Hans Wolter wykonał podstawową pracę projektową, geometryczny wynalazek na papierze w Niemczech w 1952 r. W latach 70. Riccardo Giacconi z powodzeniem zaadaptował tę zasadę do astronomii rentgenowskiej. Giacconi przeniósł się na inne podboje w latach 80. XX wieku, w szczególności do kierowania pracami nad Kosmicznym Teleskopem Hubble'a, ale jego zespół kontynuował tutaj. Oczywiście wiele wspaniałych ludzi stworzyło Chandrę, ale nie sądzę, że zbyt wiele można powiedzieć, że osobą odpowiedzialną za unikalne lustra, wielkim światowym ekspertem w ich projektowaniu, jest Leon van Speybroeck, oficjalnie naukowiec Chandra Telescope, absolwent MIT z Wichita w stanie Kansas, który pracuje w Smithsonian od wczesnych lat siedemdziesiątych.
„Giacconi wpadł na pomysł w latach sześćdziesiątych” - zauważył Tucker - „ale NASA była sceptyczna. Lustra Chandra są szczytem kariery Leona. ”Mówimy o lustrze tak gładkim, że gdyby był to stan Kolorado, Pikes Peak byłby mniej niż cal wysokości. Mówimy o gładkości z dokładnością do kilku atomów, gładkości, która jest matematyczna w swej doskonałości. Lustra mają od dwóch do czterech stóp średnicy, prawie trzy stopy długości i ważą ponad tonę.
„Musieli stworzyć specjalne konstrukcje tylko po to, aby zbudować te lustra” - powiedział mi Tucker. „Przeszukali świat w poszukiwaniu proszków do mielenia. W końcu facet z Tennessee opracował związek tlenku ceru, który został zmieszany z ekstraktem z soku drzewnego ze Szwajcarii. ”
I delikatny: dotknij powierzchni, a tłuszcz z palców może go zepsuć. Wyobraź sobie, że nie tylko budujesz te lustra, ale ustawiasz je dokładnie w jednej linii, i tak mocno, że szok spowodowany wyrzuceniem ich w kosmos nie zrzuciłby ich z głowy.
Studiowałem kolorowe zdjęcie Cassiopei A i trudno było powiązać to zdjęcie z pierwszymi kropkami, które pojawiły się na talerzu. Budowanie portretu to żmudny proces, ostateczna sztuka puentylistów.
„Wykrywamy fotony pojedynczo i śledzimy, kiedy zostały znalezione, gdzie i ile energii w nich było” - powiedział mi Tucker.
A co z kamerą, która rejestruje te niesamowite widoki? Są dwa z nich, wysokiej rozdzielczości, zaprojektowane przez naukowców Smithsona, z 69 milionami szklanych rurek w siatce do określania dokładnej pozycji i czasu przybycia każdego promienia rentgenowskiego oraz spektrometr obrazowy, specjalna kamera cyfrowa, której dziesięć Czułe na promieniowanie rentgenowskie układy zawierają po milion pikseli, aby zarejestrować położenie i energię promieni. Dwa specjalne urządzenia przesiewające rozpraszają promienie w wysokoenergetyczną tęczę, jak spektroskop z tysiącami wyraźnych kolorów, aby umożliwić badanie chemii ich niebiańskiego źródła.
„Stacje sieci kosmicznej NASA w Australii, Hiszpanii i Kalifornii przesyłają nam dane” - kontynuował Tucker. „Odsyłamy informacje z informacją, gdzie chcemy, aby Chandra wyglądała dalej, co około 72 godziny. Cele są wybierane w drodze wzajemnej oceny. ”
Latające obserwatorium podróżuje prawie jedną trzecią drogi na Księżyc po orbicie eliptycznej od 6000 do 86 400 mil w górę, krążąc wokół Ziemi co 64 godziny. Średnio jego orbita jest 200 razy wyższa niż teleskopu Hubble'a.
Były inne teleskopy rentgenowskie, ale Chandra widzi obiekty, które są 20 razy słabsze niż cokolwiek, co mogliby wykryć.
Siła rozdzielcza Chandry wynosi 0, 5 sekundy łuku, co oznacza, że może odczytać litery znaku stop z odległości 12 mil. Lub nagłówek gazety o wysokości jednego centymetra w odległości pół mili. Z drugiej strony może obserwować promienie rentgenowskie w chmurach gazowych tak szerokich, że przejście ich zajmuje pięć milionów lat. I może badać kwazary, których światło zajęło dziesięć miliardów lat, aby do nas dotrzeć, tak że widzimy to przez wiele lat w przeszłości. Uwielbiam statystyki.
Jak ujął to Edward Weiler, czołowy administrator NASA: „Historia uczy nas, że ilekroć opracujesz teleskop dziesięć razy lepszy niż wcześniej, zrewolucjonizujesz astronomię. Chandra jest gotowa to zrobić. ”
