Oko na niebie

Czterdzieści mil na północny zachód od MIT, w lasach Westford w stanie Massachusetts, ledwo oznaczony zakręt prowadzi wąską polną drogą do małego białego budynku. Z zewnątrz nie rzuca się w oczy, poza dwiema kopułami, które niczym przysadziste silosy wznoszą się prawie na wysokość otaczających je dębów. Wewnątrz każdej kopuły znajduje się teleskop. Kiedy w pogodne wieczory mechaniczne dachy Obserwatorium Astrofizycznego Wallace są otwierane, astronomowie z MIT praktykują naukę badania nocnego nieba.

W zimną, suchą noc na początku lutego dwóch takich obserwatorów liczy na szczęście. Jest już dobrze po północy i lodowate 3°C, a kierownik budowy Wallace Timothy Brothers i Stephanie Sallum '12 chcą być pierwszymi astronomami, którzy sfotografują Quaoar, tysiąckilometrowy obiekt znajdujący się miliard kilometrów za Plutonem, gdy przechodzi przed gwiazdy. Bracia i Sallum nie są pewni, czy będą w stanie dostrzec Quaoara, którego nazwa pochodzi od indiańskiego boga stworzenia. Według obliczeń naukowców z MIT, powinna ona zatkać gwiazdę o 5:03 nad Oceanem Atlantyckim. Ci dwaj obstawiają, że teleskop we wschodnim Massachusetts będzie wystarczająco blisko, by go złapać.

Obserwatorium Wallace otworzyło swoje podwoje 40 lat temu jesienią tego roku, a spojrzenie na jego historię – i poprzez dziennik pokładowy, który sięga 1971 roku – ujawnia, jak nauka obserwacji ewoluowała wraz z technologią. W 1971 roku sterowanie komputerowe Wallace'a uczyniło go najnowocześniejszym; dziś wyposażenie obserwatorium jest stosunkowo skromne w porównaniu z ogromnymi teleskopami szkolonymi na niebie w nowocześniejszych obiektach. Ale obserwatorium MIT rozrosło się z czasem, robiąc postępy w nauczaniu i badaniach. Gdy kończy 40 lat, Wallace wydaje się być gotowym na utrzymanie specjalnego miejsca w MIT o wiele dłużej, niż wyobrażali sobie jego twórcy.

Niska mgła, gęste chmury na południowym niebie. Nauczyłem się grać w pasjansa. Amanda właśnie się obudziła.

— Dziennik pokładowy Wallace'a, 16 lipca 1989, 1:00 nad ranem.

Obiekt ma wygląd idealnej kryjówki, z której można obserwować planety i gwiazdy. Kompaktowy parterowy budynek mieści pokój danych komputerowych, aneks kuchenny, opuszczoną ciemnię i warsztat do mocowania teleskopów. Tabliczka na drzwiach maleńkiego pokoju, w którym znajdują się łóżka piętrowe, głosi: PROSZĘ CISZA, ŚPI ASTRONOMER. Obiekty niebieskie nie poruszają się zgodnie z ludzkimi harmonogramami; kiedy trzeba obserwować ważne wydarzenie astronomiczne, jego czas dyktuje godziny pracy. Jeśli wydarzenie ma się odbyć o trzeciej lub piątej rano, lepiej wyjść tutaj i przespać się kilka godzin wcześniej, wyjaśniają Brothers.

O drugiej w nocy 11 lutego on i Sallum nie śpią, przygotowując się do obserwacji Quaoar. Przynoszą przekąski — chleb cynamonowy z rodzynkami i nutellę — i opuszczają dach, by przetestować kamery podłączone do ich teleskopów. Takie kamery mogą zrobić tysiące zdjęć w ciągu jednej nocy, aby śledzić, co dzieje się w kosmosie.

Brothers siedzi w kopule, w której znajduje się 16-calowy teleskop obiektu – zimny srebrny instrument, który przyćmiewa obserwatora. W górę spiralnymi schodami z głównego biura i przez zapadnię siedzi większy 24-calowy teleskop, używany głównie do zaawansowanych badań; dziś wieczorem nie działa z powodu aktualizacji systemu sterowania. Wymiary w calach odnoszą się do średnicy zwierciadła głównego każdego teleskopu. Im większe lustro, tym więcej światła może zebrać teleskop, dając wyraźniejszy obraz nieba.

Badacze Wallace często skupiają się na zakryciu, które pojawiają się, gdy obiekt niebieski, taki jak Quaoar, przechodzi przed jasną gwiazdą. (Często szukają też egzoplanet lub planet poza naszym Układem Słonecznym, gdy przechodzą przez gwiazdy). Nie można wyraźnie zobrazować tych obiektów z Ziemi — są za małe i za daleko, mówi Carlos Zuluaga, pracownik naukowy z Wydział Nauk o Ziemi, Atmosfery i Planetarnych (EAPS), który ściśle współpracuje z Obserwatorium Wallace'a. Jednak obserwując sposób, w jaki blokują światło gwiazdy, naukowcy mogą zebrać informacje o obiektach, z których wiele to odległe pozostałości po formacji Układu Słonecznego. Obliczenie, jak długo przechodzący obiekt, taki jak Quaoar, wydaje się zgasić gwiazdę, może pomóc naukowcom obliczyć rozmiar obiektu.

Ta metoda obserwacji jest potężnym narzędziem w astronomii, mówi Zuluaga: Znamy wielkość Plutona z dokładnością do kilku kilometrów dzięki okultacjom. Możliwe jest również poznanie innych właściwości obiektu planetarnego — na przykład, czy ma on atmosferę. Jeśli światło gwiazdy gwałtownie spada, gdy obiekt przechodzi przed nią, astronomowie przewidują, że obiekt nie ma atmosfery. Ale jeśli jasność gwiazdy słabnie stopniowo, atmosfera może załamywać światło.

Rzeczy, które tam są, są prawie niezmienione, zachowane od początku Układu Słonecznego, mówi Zuluaga. Oznacza to, że może dostarczyć wskazówek dotyczących pochodzenia Ziemi.

Ze swojego biura w Green Building na terenie kampusu Zuluaga używa precyzyjnej matematyki, aby przewidzieć, kiedy nastąpią zakrycia, dokładnie weryfikując położenie gwiazdy w stosunku do orbity obiektu. Za pomocą oprogramowania napisanego przez astronomów z MIT modyfikuje i udoskonala prawdopodobną pozycję danej gwiazdy, wykorzystując jako odniesienie współrzędne innych wokół niej. Używasz gwiazd, których pozycje są lepiej znane niż ta, którą śledzimy, wyjaśnia.

Inną częścią pracy Zuluagi jest znalezienie idealnej lokalizacji dla astronoma do obserwacji zakrycia. Często wydarzenie może być widoczne tylko z, powiedzmy, Nowej Zelandii lub Meksyku. W takich przypadkach MIT może wysłać niewielką kadrę obserwatorów do korzystania z teleskopów innej instytucji. W tym roku MIT po raz pierwszy wysłał grupę astronomów Wallace na Alaskę: oczekiwano, że Varuna, obiekt w Pasie Kuipera z zamarzniętych ciał planetarnych na skraju Układu Słonecznego, zasłania gwiazdę. Podczas tych ekspedycji cała praca wykonana w celu przygotowania się do podróży, udoskonalenia prognoz i kalibracji sprzętu kończy się w decydującym półgodzinnym oknie. Trzeba poczekać na tę noc, mówi Brothers. Większość czasu astronom spędza na przygotowaniu się do uchwycenia jednej chwili.

Kierownik budowy Wallace, Tim Brothers, przygotowuje 16-calowy teleskop obserwatorium na Plutonie, gdy Sarah Leu ’14 przygotowuje się do robienia zdjęć za pomocą 14-calowego aparatu teleskopowego. Pracują w czerwonym świetle, więc ich oczy łatwo przystosowują się do ciemności, gdy wyjdą na zewnątrz, aby monitorować warunki na niebie lub patrzeć przez okular teleskopu.

Musisz opracować narzędzie do przenoszenia chmury.

— 23 września 1997, godzina 2:30 nad ranem

Podczas tego krótkiego okna ważne jest, aby nic nie poszło nie tak. Ale często coś się dzieje: awaria zasilania, usterka technologiczna, zła pogoda. Astronomowie zawsze muszą być przygotowani na możliwość, że obserwacja nie da żadnych danych.

Przed wyjazdem na Alaskę doktorantka EAPS Amanda Zangari spędziła wiele godzin na testowaniu sprzętu MIT, aby upewnić się, że wytrzyma on w warunkach pogodowych, w których przewody zamarzają i pękają na pół. Kupiła dwukilogramową parę ekstremalnie zimnych butów wojskowych i zrobiła mapy, aby sprawdzić, jak wyglądałoby niebo z północy.

Po podróży zakłóconej odwołanym lotem i sprawdzoną torbą sprzętu fotograficznego, który przybył późno, dysk twardy komputera Zangari nie uruchamiał się na mrozie. Wniosła go do środka, żeby się rozgrzać, uruchomiła komputer i wreszcie była gotowa do obserwacji. Ale tej nocy ciężkie chmury sprawiły, że Varuna była niewidzialna. Zangari i jej koledzy wrócili do domu z pustymi rękami. Kiedy to się dzieje, pojawia się ukłucie poczucia winy, mówi, ale już się do tego przyzwyczaiła. Jedyne, co możesz zrobić, mówi, to upewnić się, że wszystko było gotowe — że byłeś we właściwej części nieba, gdyby gwiazdy były dostępne.

Wracając do Wallace, w godzinach poprzedzających zakrycie Quaoara, bracia i Sallum zauważają problem z 16-calowym teleskopem: jest tak zimno, że migawka w aparacie zamarzła. Wycierają kondensację i podłączają podgrzewane paski na rzepy, znane jako podgrzewacze rosy, aby ogrzać aparat. Nic nie działa.

Sallum, specjalistka EAPS, nigdy wcześniej nie widziała okultacji. Wyjechała z kampusu z dwójką przyjaciół (studiów inżynieryjnych, którzy od tamtej pory zasnęli w pokoju z pryczą) i trzyma kciuki, żeby zobaczyć wyniki.

Ale brakuje sprzętu. To ten sam tydzień, co wycieczka na Alaskę, a Brothers wysłali bardziej zaawansowane kamery obserwatorium z zespołem na północ. Migawki wszystkich pozostałych szybkich kamer są zamrożone. Mając godzinę przed zakryciem, muszą znaleźć inną opcję – szybko.

Jedynymi dostępnymi kamerami są modele o niższej jakości, zwykle używane na wstępnych zajęciach astronomicznych. Nie mając czasu na przeniesienie jednego z nich do większego teleskopu, będą musieli zarejestrować zasłonięcie z jednego z małych 14-calowych teleskopów w budce dydaktycznej obserwatorium. Bracia mówią, że było blisko. Po prostu zaryzykowaliśmy.

Bardzo cienka mgiełka widoczna na niewyraźnych zdjęciach gwiazd… Jeśli metoda działa tak, jak uważam, że powinna, to zostanie przeprowadzone poszukiwanie… zmiennych amplitudy wśród nadolbrzymów BO [niebieskich] w gromadzie.

— 1 września 1971, godzina 2:00 nad ranem

Od momentu otwarcia w 1971 r. Obserwatorium Wallace koncentruje się zarówno na badaniach, jak i nauczaniu. Bardzo zależy nam na pracy uczniów i czasie, aby uzyskać nasze wyniki, a jednocześnie uczymy ich prowadzenia badań – wyjaśnia Michael Person ‘94, SM ‘01, PhD ‘06, zastępca dyrektora obserwatorium. Jim Elliot przez długi czas był zwolennikiem studentów zaangażowanych w badania, mówi Person o szanowanym dyrektorze obserwatorium Jamesie Elliocie ‘65, SM ‘65, który kierował Obserwatorium Wallace’a przez ponad 30 lat, zanim zmarł w marcu. Pierwszą rzeczą, jaką chciał, żebym zrobił po skończeniu pracy doktorskiej, było zorganizowanie dużego letniego programu i przyjęcie pół tuzina studentów do Wallace każdej pogodnej nocy.

Jednym z głównych wkładów Elliota było stworzenie dwóch klas obserwacyjnych na MIT. Jedna klasa skupia się na intensywnych badaniach, podczas gdy druga uczy podstaw ustawiania teleskopów. Uczniowie zaczynają od ustawienia swojego teleskopu na Gwiazdę Polarną, a następnie ustawiają go tak, aby poruszał się zgodnie z obrotem Ziemi. Używają kamery dołączonej do każdego teleskopu do robienia zdjęć gromadom gwiazd, które widzą.

Ekran komputera umożliwia obserwatorom kontrolowanie i śledzenie pozycji 16-calowego teleskopu Wallace'a oraz oglądanie obrazów obiektów niebieskich rejestrowanych przez kamerę teleskopu. W lewym górnym rogu pojawi się mapa nocnego nieba; kliknięcie na gwiazdę powoduje ustawienie teleskopu robota w tym kierunku. Program sterujący kamerą i spektrografem znajduje się w prawym górnym rogu. Dolna część ekranu pokazuje zdjęcie wykonane w Wallace M27, znanej również jako Mgławica Hantle (po lewej) oraz linie widmowe Mgławicy Pierścień (po prawej), które pomagają naukowcom określić jej skład chemiczny. Jest to interesujące dla astronomów, ponieważ nasze Słońce ostatecznie przekształci się w podobny obiekt, mówią Brothers.

Pomysł wyszkolenia kolejnego pokolenia astronomów zaowocował wstępną propozycją obserwatorium MIT. Studenci zaczęli bardziej interesować się astronomią w latach 60. XX wieku, gdy wystartował program Apollo. Po tym, jak Neil Armstrong i Buzz Aldrin, ScD’63, spacerowali po Księżycu latem 1969 roku, liczba zapisów na kursy astronomii na MIT wzrosła do 425 w roku szkolnym 1969-70, w porównaniu z 22 zaledwie dwa lata wcześniej. Studenci musieli pożyczać czas na teleskopach innych instytucji, co skutkowało długimi listami oczekujących. MIT potrzebował własnego obiektu.

W tym czasie astronomowie z MIT byli już znani ze swoich badań w radioastronomii. Kilku członków wydziału dokonało kluczowych odkryć, badając niewidzialne promieniowanie. W 1955 profesor fizyki Bernard Burke ‘50, PhD ‘53 był częścią zespołu, który odkrył emisje radiowe z Jowisza; w 1962 roku jego kolega Bruno Rossi odkrył pierwsze źródło niebieskiego promieniowania rentgenowskiego. Prezes MIT, Howard W. Johnson, dostrzegł w szkole ogromny potencjał, by poczynić podobne postępy w astronomii optycznej.

Kiedy idea obserwatorium astrofizycznego zyskała poparcie, samo obserwatorium potrzebowało miejsca. Jednak nie każda ziemia by się nadawała. Musiał znajdować się w pobliżu głównej autostrady, aby zapewnić łatwy dojazd, wystarczająco daleko od świateł miasta, aby zapewnić ciemne nocne niebo do obserwacji, a najlepiej na tyle daleko w głąb lądu, aby uniknąć charakterystycznej bostońskiej mgły. Po odrzuceniu potencjalnych lokalizacji w Boston Harbor, New Hampshire i Connecticut komisja planistyczna wybrała Westford, w pobliżu obserwatorium radiowego MIT na Haystack Mountain.

George Rodney Wallace Jr. ‘13, mieszkaniec sąsiedniego Fitchburga, zaoferował poniesienie większości z prawie 400 000 dolarów kosztów budowy. Wallace, prezes firmy papierniczej, wykształcony w inżynierii chemicznej, kolekcjonował zabytkowe samochody — i przypadkiem pokochał astronomię. Miał 82 lata, gdy jesienią 1971 roku poświęcono Obserwatorium Astrofizyczne George'a R. Wallace'a Jr.

Od ostatniego razu, kiedy ktoś tu pisał, atmosferę Plutona odkrył… Jim Elliot ‘65, a Soxowie wysadzili kolejną światową serię (był to ‘86).

—15 lipca 1989 (po trzyletniej przerwie w zgłoszeniach)

W ciągu czterech dekad działalności Wallace'a przeszkoleni tam naukowcy osiągnęli kilka pierwszych osiągnięć, w tym pierwszą dokładnie przewidzianą i zaobserwowaną okultację obiektu Pasa Kuipera (innego niż Pluton).

Brothers i Sallum dążą do kolejnego pierwszego z obserwacji Quaoar. Pół godziny przed zakryciem oceniają kąt swojego teleskopu, próbując dopasować uchwycony fragment nieba do współrzędnych, które przekroczy Quaoar. Jest to, jak nazywa to Sallum, doświadczenie przyspieszające puls. Mają problem z identyfikacją pola; Sallum wciąż szuka wzorów, które rozpoznaje o 4:45. Kiedy zegar wskazuje 4:50 — 13 minut przed końcem — wykonują skok wiary. Zdają sobie sprawę, że po prostu muszą zacząć.

Gdy obserwatorzy w Wallace ustawią teleskop i zaprogramują kamerę, mogą zobaczyć strumień obrazów na żywo z komputera znajdującego się w pomieszczeniu. Z marznącymi palcami Brothers i Sallum ustawiają teleskop i podłączają go do aparatu, który już zaprogramowali do wykonywania ekspozycji co 10 sekund. Potem spieszą się oglądać.

Według Salluma w środku atmosfera jest dość napięta. O 5:02 zaczynają uważnie obserwować. Przewiduje się, że zakrycie nastąpi o 5:03, ale mija 60 sekund bez żadnej aktywności na ekranie. Może jednak teleskop nie jest właściwie ustawiony. Bracia i Sallum wpatrują się w gwiazdę, sączą gorące napoje i wypatrują oznak, że blednie.

O 5:04 gwiazda znika. Dziesięć sekund później wraca, mroczna i mroczna. Sallum wstrzymuje oddech. Dziesięć sekund później gwiazda znów jest jasna.

Ale Brothers i Sallum nie są jeszcze gotowi do ogłoszenia zwycięstwa. Oboje byliśmy bardzo podekscytowani, ale po tak strasznej nocy ze sprzętem nie chcieliśmy skakać i myśleć, że widzieliśmy to, zanim się o tym dowiedzieliśmy, Sallum opowie później.

Gdy o wschodzie słońca wracają do Bostonu, Sallum ma nadzieję. Przeanalizowanie krzywych jasności gwiazdy i ustalenie, czy ona i Bracia naprawdę widzieli zakrycie, zajmie kilka dni. Jak się okazuje, ich instynkty miały rację: Quaoar zakrył gwiazdę, a Brothers i Sallum uchwycili ją przed kamerą.

jeden st Okultacja Quaoar kiedykolwiek!

—11 lutego 2011 r.

Naukowcy z Wallace są szczególnie dumni, że dokonali tak ważnego odkrycia w stosunkowo niewielkiej placówce dydaktycznej. W końcu inne obserwatoria mogą pochwalić się znacznie bardziej imponującymi instrumentami: lustra Bardzo Dużego Teleskopu Europejskiego Obserwatorium Południowego (VLT) w Chile są około 13 razy większe od zwierciadeł największego teleskopu Wallace'a.

Person mówi, że otrzymaliśmy pierwsze dane dotyczące okultacji tego obiektu na domowej murawie, dodając, że naukowcy zaprezentowali swoje odkrycia na tegorocznym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego. Jednym z hołdów dla Wallace'a jest to, że możemy robić poważną naukę przy skromnych środkach i mniejszym sprzęcie.

Sprzęt w Wallace może być skromny według dzisiejszych standardów, ale jest to niezwykła poprawa w stosunku do tego, od czego obiekt zaczął. W 1971 roku skomputeryzowane kontrole uznano za rewolucyjne. Rzeczywiście, komputer sterujący 24-calowym teleskopem Wallace'a sprawił, że był on 10 razy skuteczniejszy w precyzyjnym śledzeniu niż teleskopy sterowane ręcznie. Komitet planistyczny napisał, że dzięki tej technologii obserwatorium należałoby do najnowocześniejszych obiektów tego typu na świecie.

Od tego czasu sprzęt komputerowy stał się znacznie mniejszy i bardziej niezawodny. Zeszłej zimy naukowcy z Wallace opracowali nowe roboty sterujące dla dużego teleskopu. Nowy system pozwoli teleskopowi na samoczynną korektę i śledzenie ruchu obiektu planetarnego praktycznie niezależnie. To naprawdę wprowadzi nas w obecne stulecie, mówi Brothers. System pozwala również na dłuższe naświetlanie, wpuszczając więcej światła i zapewniając bardziej przejrzyste dane.

Widziałem UFO

— 2 grudnia 1997, godz. 20.45

Ładny T ry

— 2 grudnia 1997, 23:30

Niektóre rzeczy się nie zmieniły — na przykład humor i koleżeństwo związane z pracą w środku nocy. A praktyka astronomii nadal podlega przypadkowemu szczęściu. W maju badacze, którzy próbowali dostrzec zakrycie Plutona z Wallace'a, zostali udaremnieni przez chmury burzowe. Ale grupy w czystym Vermont i Maryland dobrze się przyjrzały.

Wydarzenie się wydarzyło, w zasadzie tam, gdzie przewidzieliśmy, mówi Brothers. To triumf sam w sobie, wyjaśnia: Bardzo ważne jest, abyśmy wiedzieli, że nasze przewidywania są trafne.

Jest to szczególnie ważne, ponieważ Brothers, Person i inni astronomowie z MIT podróżują aż do Tajlandii i Australii na podstawie swoich prognoz – a dostęp do większych teleskopów do ważnych wydarzeń zależy również od ich dokładności. Kilka grup zwykle rywalizuje o te same teleskopy na tych samych obszarach w te same noce; ważne jest, aby składać dokładne propozycje, aby mieć szansę. Staramy się być na bieżąco z wydarzeniami. To bardzo okrutny biznes, mówi Zuluaga, na wpół żartując. Spogląda z rocznym wyprzedzeniem, aby określić, które zakrycia będą warte poszukiwań. Mówi, że jest prawie trochę powszechnej dumy z posiadania dobrego teleskopu na ważne wydarzenie. Posiadanie własnego obserwatorium w Westford jest wielką zaletą dla wydarzeń obserwowanych z Nowej Anglii.

Obserwatorium Wallace'a miało pierwotnie funkcjonować 50 lat, ale gdy kończy 40 lat, nic nie wskazuje na to, że jego czas dobiega końca. Mamy nowy sprzęt, więcej systemów sterowania i zaczynamy jeszcze bardziej interesować się zajęciami – mówi Brothers. Plan, mówi Person, polega na ciągłym rozwijaniu się i rozwijaniu poza pierwotnie wyobrażoną długość życia. Nie zaczynamy żadnego 10-letniego odliczania do końca, mówi. Ponieważ teleskopy są odnawiane, kamery są ulepszane, a ważne odkrycia wciąż nadchodzą, Wallace pozostaje liderem w studenckich badaniach astronomicznych. Jak to ujął Brothers, myślę, że mamy tutaj ukryty klejnot.

ukryć