19. august 1999, Smithsoniani Chandra röntgenikiirguse vaatluskeskus Cambridge'is, Massachusettsis: suur tuba, mis oli täis arvuteid, seireseadmeid ja murelikke teadlasi. Nad olid ärevil, sest pärast pikki aastaid kestnud rasket tööd, pärast kahte nühitud raketti ja peaaegu katkestamist, pärast seitset korduvat raketilaskmist, õõtsutades õrnu masinaid sel viisil, oli nende röntgenteleskoop lõpuks orbiidil ja avanemas äri.
Seotud sisu
- Kaugnägelik
“See oli üsna stseen, ” meenutas Leon van Speybroeck, üks meestest, kes selle sinna pani. “Stardipauk oli Columbia kosmosesüstikul, mis kandis kõigi aegade suurimat kandevõimet. Nüüd, kuu aega hiljem, olime valmis. Niisiis, saatsime arvuti käsud ja ootasime. Üllataval kombel plahvatas meie pürotehniline seade 80 000 miili kaugusel - see oli nagu M-80 paugur. See keeras kosmoselaeva 120 naela suuruse ukse lahti - täpselt nagu plaanitud. ”
Vääristeleskoobi õrnadel peeglitel särasid kosmilised röntgenkiired esimest korda. Sündmust jälginud teadlased Maal tõmbasid kõrvaklapid ära ja tormasid pildistamisruumi. 45 pikka minutit ootasid kõik, et näha, kas nad saavad teleskoobist pildi või saab kogu projekt lõpuks „purustatud klaasi ämbri”, nagu van Speybroeck ütles.
Seejärel kuulutas teadlane klassikalises haua-kosmoseaegses monotoonis: "Me saame footoneid."
Esmalt lihtsalt üks täpp ekraanil - footonid on pisikesed valguse ühikud - siis veel üks ja teine. Järk-järgult tekkis pilt kaugest galaktikast.
Rohkem kui 23 aastat selle tegemise ajal, peamiselt Smithsoni astrofüüsikalises vaatluskeskuses Cambridge'is, mis kuulub Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskusesse ja millele on antud hiline Nobeli preemia laureaat Subrahmanyan Chandrasekhar, nimega Chandra teleskoobi esimesed pildid jahmatasid keerukaid kosmosevaatlejaid.
Esimesel ametlikul Chandra-pildil on 10 000 valgusaasta kaugusel asuvas supernoovas Cassiopeia A asuva ulatusliku täheplahvatuse tagajärjed sellise selgusega, et selle keskel näib olevat näha neutronitäht või must auk.
"Me näeme plahvatanud tähe praagi kokkupõrget selle ümber oleva asjaga, " ütles keskuse direktor Harvey Tananbaum pilti kirjeldades. "Me näeme lööklaineid, mis kiirgavad tähtedevahelisse kosmosesse kiirusega miljon miili tunnis ja on esimest korda jäänukikeskuse lähedal hele punkt, mis võib olla varisenud täht."
Veel üks varajane röntgenipilt, mis tõendas Chandra võimsust ja potentsiaali, tuli kuue miljardi valgusaasta kaugusel asuvalt kvaasarilt. Teadlaste poolt dubleeritud PKS 0637-752 kiirgab see kümne triljoni päikese käes. Täiendades Hubble'i kosmoseteleskoopi, mis on veel üks suur kosmosevaatluskeskus, mis praegu tiirleb ümber Maa, peaks Chandra võimaldama teadlastel analüüsida mõnda universumi suurt saladust. Juba enam kui aasta on röntgenteleskoop edastanud piltide voogu, mis on teadusringkondadele põnevust tekitanud ja väljakutse esitanud.
Näiteks Chandra tähelepanek Sagittarius A * - Linnutee keskmes asuva raadiolainete allika kohta - teadlaste väitel on must auk, mis on 2, 6 miljonit korda suurem meie päikese massist, tekitanud eelmisel talvel meeleolu. Sag A * röntgeniallika tähelepanuväärse avastamisega on astronoomid lähemal kui kunagi varem supermassiivse musta augu saladuse puhastamisele.
Chandra kõrge eraldusvõimega pildid annavad meile kindlasti uue ülevaate mustadest aukudest, mis on kosmoseüksused nii tihedad, et miski, mida ettevõtmised sulgevad, ei pääse nende raskusastmest, isegi mitte valgus. Chandra võime uurida osakesi kuni viimase millisekundini enne nende silmist vajutamist võimaldab astronoomidel uurida gravitatsiooniteooriat kõige ekstreemsemates tingimustes.
Smithsoniani Chandra röntgenikeskus opereerib kosmosepõhist vaatluskeskust NASA Alamamas asuva NASA Marshalli kosmoselennukeskusega sõlmitud lepingu alusel. Minu visiidil Smithsoniani keskuses Cambridge'is vajasin palju abi. (Sain eelkoolis füüsika eriala.) Astrofüüsik ja Chandra pressiesindaja Wallace Tucker suutis minuga rääkida nii palju kui keegi suutis.
Röntgenikiirgus on valguslaine spektri lühikeses otsas. Optilised teleskoobid saavad hakkama tähtedega, mis kiirgavad kümneid tuhandeid soojakraade, kuid röntgen-teleskoobid ( Smithsonian, juuli 1998) suudavad jälgida gaasilisi objekte kuni mitmesaja miljoni kraadini.
Nii fantastiliselt kõrge energiaga laine on äärmiselt raske fokuseerida või suunata. Kui panete selle ette tavalise teleskoobi, imendub laine lihtsalt.
Aga ma segasin, aga kuidas on minu haiglas tehtud röntgenpildiga? Ah, vastas Tucker, need pildid on lihtsalt varjud. Luud on tihedamad kui viljaliha, kuid nad muudavad sügavama varju, kui röntgenikiirgus läbib kogu keha.
"Pealegi, " lisas ta, "me räägime palju pikematest vahemaadest ja peenematest piltidest. Nagu oleks vaadanud nelja miili kaugusel olevat peenraha. ”
Lainete suunamiseks oli lahendus kujundada peegel, mis peegeldaks kiirte ülimadala nurga all nii, et need imenduks, nagu näiteks kivide vahele jätmine, põrgatama. Seejärel saaks need suunata elektroonilisele detektorile, säilitada ja hiljem edastada Chandra keskusesse.
Kui optilised teleskoobipeeglid on nõud, mis keskenduvad nõrkadele taladele kosmosest, siis Chandra peeglid on tünnikujulised. Neli paari neist on pesa moodi nagu vene nukud, et saada röntgenkiirte jaoks suurem ala.
See polnud uus idee. Hans Wolter tegi põhidisainilahenduse, paberkandjal geomeetrilise leiutise, Saksamaal 1952. aastal. 1970. aastatel kohandas Riccardo Giacconi selle põhimõtte edukalt röntgeniastronoomiale. Giacconi siirdus 1980. aastatel teistesse vallutustesse, nimelt Hubble'i kosmoseteleskoobi kallale, kuid tema meeskond jätkas siin. Muidugi lõi Chandra palju hiilgavaid inimesi, kuid ma ei usu, et on liiga palju öelda, et ainulaadsete peeglite eest vastutav isik, kes on nende disaini alal maailma suurim ekspert, on Leon van Speybroeck, ametlikult Chandra teleskoobi teadlane, MITi lõpetanud Wichita, Kansas, kes on Smithsoniani juures olnud 1970ndate algusest.
“Giacconil oli idee 1960. aastatel, ” märkis Tucker, “kuid NASA oli skeptiline. Chandra peeglid on Leoni karjääri kõrgpunkt. ”Me räägime peeglist, mis on nii sile, et kui see oleks Colorado osariik, oleks Pikes Peak vähem kui tolli kõrge. Me räägime sujuvusest mõne aatomi piires, sujuvusest, mis on täiuslikult praktiliselt matemaatiline. Peeglid on läbimõõduga kaks kuni neli jalga, peaaegu kolm jalga pikad ja kaaluvad üle tonni.
"Nende peeglite ehitamiseks pidid nad tegema spetsiaalsed ehitised, " rääkis Tucker. “Nad otsisid jahvatuspulbrite järele maailma. Lõpuks arendas üks mees Tennessee'is välja tseeriumoksiidi ühendi, mis segati Šveitsist pärit puuprae ekstraktiga. ”
Ja delikaatne: puudutage pinda ja määre sõrmeotstest võib selle rikkuda. Kujutage ette, et mitte ainult ei peaks neid peegleid ehitama, vaid ka nende täpselt fikseerimisega kinnitama ja nii kindlalt, et kosmosesse löömise šokk ei lööks neil juukseid maha.
Uurisin Cassiopeia A värvifotot ja pilti oli raske seostada esimeste plaadil ilmunud punktidega. Portree ehitamine on vaevarikas protsess, ülim pointillistlik kunst.
"Me tuvastame footonid ükshaaval ja jälgime, millal need leiti, kus ja kui palju neis energiat oli, " rääkis Tucker.
Ja kuidas on kaameraga, mis neid hämmastavaid vaatamisväärsusi salvestab? Neid on kaks, Smithsoniani teadlaste kavandatud suure eraldusvõimega ruudustikku koos 69 miljoni klaasist toruga ruudus iga röntgenpildi täpse asukoha ja saabumisaja määramiseks, ning kujutisspektromeetriga, spetsiaalse digitaalse taolise kaameraga, mille kümme röntgenitundlikud kiibid sisaldavad miljon pikslit kiirte asukoha ja energia registreerimiseks. Kaks spetsiaalset skriinimisseadet hajutavad kiired suure energiatarbega vikerkaareks, nagu tuhandete eristatavate värvidega spektroskoop, et võimaldada uurida nende taevaallika keemiat.
"NASA Austraalia, Hispaania ja California süvakosmosevõrgu jaamad saadavad meile andmeid, " jätkas Tucker. „Ja me saadame tagasi umbes iga 72 tunni järel, öeldes, kuhu tahame Chandrat järgmisena vaadata. Sihtmärgid valitakse vastastikuse eksperdihinnangu korras. ”
Lendav observatoorium sõidab peaaegu ühe kolmandiku kuust moel elliptilisel orbiidil vahemikus 6000 kuni 86 400 miili, kui see tiirleb ümber Maa iga 64 tunni tagant. Selle orbiit on keskmiselt 200 korda kõrgem kui Hubble'i teleskoobi oma.
On olnud ka teisi röntgenteleskoope, kuid Chandra näeb objekte, mis on 20 korda õhemad kui miski, mida nad suutsid tuvastada.
Chandra lahutusvõime on 0, 5 kaaresekundit, mis tähendab, et see võib lugeda stoppmärgi tähti 12 miili kauguselt. Või ajalehe pealkiri ühe sentimeetri kõrgusel poole miili kaugusel. Teisest küljest võib see jälgida gaasipilvede röntgenkiirte, nii lai, et nende ületamiseks kulub viis miljonit aastat. Ja see võib uurida kvasare, mille valgust on meie juurde jõudmiseks kulunud kümme miljardit aastat, nii et näeme nii palju aastaid minevikku. Ma armastan statistikat.
Nagu NASA kõrgeim administraator Edward Weiler ütles: “Ajalugu õpetab meile, et kui arendate teleskoobi kümme korda paremaks kui see, mis varem saabus, pöörab teil astronoomia revolutsiooni. Chandra on valmis seda just tegema. ”
