19. elokuuta 1999, Smithsonianin Chandra-röntgenkeskus, Cambridgessa, Massachusettsissa: suuri huone, joka on täynnä tietokoneita, valvontalaitteita ja ahdistuneita tutkijoita. He olivat ahdistuneita, koska monien vuosien kovan työn jälkeen, kahden raaputetun laukauksen ja melkein keskeytyksen jälkeen, seitsemän tehostetun raketin ampumisen jälkeen, joka lenkki herkät koneet tällä tavalla, ja että heidän röntgen kaukoputkensa oli lopulta kiertoradalla ja avautumassa liiketoimintaa.
Asiaan liittyvä sisältö
- Kaukonäköinen
"Se oli melkoinen kohtaus", muistutti Leon van Speybroeck, yksi miehistä, jotka asettivat sen sinne. ”Lataus tehtiin Columbian avaruussukkulalle, joka kantoi kaikkien aikojen suurimman hyötykuormansa. Nyt, kuukautta myöhemmin, olimme valmiita. Joten lähetimme tietokonekomennot ja odotimme. Yllättäen 80 000 mailin päässä pyrotekninen laite räjähti - se oli kuin M-80 sähinkäinen. Se avasi avaruusaluksen 120 punnan oven - aivan kuten suunniteltiin. ”
Kosmisen röntgenvalot loistivat arvokkaan kaukoputken herkissä peileissä ensimmäistä kertaa. Tapahtumaa seuranneet tutkijat vetosivat pois kuulokkeistaan ja ryntäsivät kuvaushuoneeseen. Jokaisen 45 minuutin ajan kaikki odottivat saavansa kuvan teleskoopista vai päätyisikö koko projektiin "rikkilasin ämpäri", kuten van Speybroeck sanoi.
Sitten, klassisessa haudassa avaruusajan monotonissa, tutkija ilmoitti: "Saamme fotoneja."
Ensin vain piste ruudulla - fotonit ovat pieniä valoyksiköitä - sitten toinen ja toinen. Vähitellen kuva kaukaisesta galaksista syntyi.
Yli 23 vuotta valmistusvaiheessa, pääasiassa Smithsonian astrofysiikan observatoriossa Cambridgessa, joka on osa Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskusta, ja joka on nimetty Nobel-palkinnon saajalle Subrahmanyan Chandrasekharille, Chandran kaukoputken ensimmäiset kuvat hämmästyttivät kehittyneitä avaruushavaitsijoita.
Ensimmäisessä virallisessa Chandra-kuvassa näkyy laajan tähtien räjähdyksen seuraukset Cassiopeia A: ssa, supernoova-jäännöksessä 10 000 valovuoden päässä, selkeästi, että neutronitähti tai musta reikä näyttää olevan näkyvissä sen keskellä.
"Näemme räjähtäneen tähden törmäyksen asiaan sen ympärillä", sanoi keskuksen johtaja Harvey Tananbaum kuvaavan kuvaa. "Näemme iskuaallot rynnämässä tähtiä väliseen avaruuteen miljoonien mailien tunnissa tunnissa ja ensimmäistä kertaa kirkkaan pisteen lähellä jäännöksen keskustaa, joka voi olla romahtunut tähti."
Toinen varhainen röntgenkuva, joka osoitti Chandran voiman ja potentiaalin, tuli aina kvasaarista, joka on kuusi miljardia valovuotta. Tutkijoiden puhkaisema PKS 0637-752, se säteilee kymmenen biljoonan auringon voimalla. Chandran pitäisi täydentää Hubble-avaruuskauko-teleskooppia, joka on toinen suuri maapallon kiertävä avaruus observatorio, Chandran pitäisi antaa tutkijoille mahdollisuus analysoida joitain maailmankaikkeuden suurista mysteereistä. Röntgen-kaukoputki on jo yli vuoden ajan lähettänyt kuvanvirtaa, joka on innoittanut ja haastanut tiedeyhteisöä.
Esimerkiksi Chandran havainto Jousimiehestä A *, Linnunradan ytimessä olevasta radioaaltojen lähteestä, jonka tiedemiehet arvaavat mustan aukon, joka on 2, 6 miljoonaa kertaa aurinkojemme massa, aiheutti hämmennystä viime talvena. Sag A *: n röntgenlähteen huomattavan havaitsemisen ansiosta tähtitieteilijät ovat lähempänä kuin koskaan selvittääkseen supermassiivisen mustan aukon mysteerin.
Chandran korkearesoluutioiset kuvat varmasti antavat meille uusia näkemyksiä mustista reikistä, jotka ovat niin tiiviitä avaruuskokonaisuuksia, että mikään, joka ventures sulkeutuu, ei edes valoa. Chandran kyky tutkia hiukkasia viimeisen millisekunnin ajan ennen kuin ne imetään näkymättömältä, antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden tutkia painovoiman teoriaa äärimmäisissä olosuhteissa.
Smithsonianin Chandra-röntgenkeskus toimii avaruuspohjaisessa observatoriossa NASA: n Marshallin avaruuslentokeskuksen kanssa Alabamassa. Vieraillessani Smithsonian-keskuksessa Cambridgessä tarvitsin paljon apua. (Sain fysiikan tutkinnon esiopetuksessa.) Astrofysiikko ja Chandran edustaja Wallace Tucker pystyi puhumaan minulle niin paljon kuin kukaan pystyi.
Röntgensäteet ovat valoaaltospektrin lyhyessä päässä. Optiset kaukoputket pystyvät käsittelemään tähtiä, jotka säteilevät kymmeniä tuhansia lämpöasteita, mutta röntgen-kaukoputket ( Smithsonian, heinäkuu 1998) voivat havaita kaasumaisia esineitä useiden satojen miljoonien asteiden lämpötilaan saakka.
Aalto, jolla on niin fantastisen suurta energiaa, on erittäin vaikea tarkentaa tai ohjata. Jos laitat tavanomaisen kaukoputken sen eteen, aalto imeytyy yksinkertaisesti.
Mutta keskeytin, entä röntgenikuvani sairaalassa? Ah, vastasi Tucker, nuo kuvat ovat vain varjoja. Luut ovat tiheämpiä kuin liha, ne tekevät syvemmästä varjosta, kun röntgensäteet kulkevat koko vartalon läpi.
"Lisäksi", hän lisäsi, "puhumme paljon pidemmistä etäisyyksistä ja hienommista kuvista. Kuten katsoin yhden sentin etäisyydeltä neljä mailia.
Ratkaisu aaltojen ohjaamiseen oli suunnitella peili, joka heijastaa säteet erittäin matalassa kulmassa niin, että ne pomppivat pois, kuten hyppivät kiviä vedellä, sen sijaan, että ne imeisivät. Sitten ne voidaan ohjata elektroniseen ilmaisimeen, varastoida ja myöhemmin lähettää Chandran keskustaan.
Kun optiset kaukoputkipeilit ovat astioita, jotka keskittyvät heikot säteet avaruudesta, Chandran peilit ovat tynnyrinmuotoisia. Neljä paria niistä on sisäkkäin kuin venäläiset nuket, jotta saadaan suurempi alue röntgensäteille.
Se ei ollut uusi idea. Hans Wolter teki perussuunnittelutyön, paperille tarkoitetun geometrisen keksinnön, Saksassa vuonna 1952. 1970-luvulla Riccardo Giacconi mukautti periaatteen röntgentähdistöön. Giacconi siirtyi muihin valloituksiin 1980-luvulla, etenkin ohjaamaan Hubble-avaruus teleskoopin työtä, mutta hänen ryhmänsä jatkoi täällä. Tietenkin suuri joukko loistavia ihmisiä loi Chandran, mutta mielestäni ei ole liikaa sanoa, että ainutlaatuisista peileistä vastaava henkilö, maailman suuri asiantuntija niiden suunnittelussa, on Leon van Speybroeck, virallisesti Chandran teleskoopin tutkija, MIT: n tutkinnon suorittanut Wichita, Kansas, joka on ollut Smithsonianin kanssa 1970-luvun alusta.
"Giacconilla oli idea 1960-luvulla", totesi Tucker, "mutta NASA oli skeptinen. Chandra-peilit ovat korkein kohta Leon-uralla. ”Puhumme peilistä, joka on niin sileä, että jos se olisi Coloradon osavaltio, Pikes Peak olisi alle tuuman korkea. Puhumme sileydestä muutaman atomin sisällä, sileydestä, joka on käytännöllisesti katsoen matemaattinen sen täydellisyydessä. Peilien halkaisija on kaksi tai neljä jalkaa, lähes kolme jalkaa pitkät ja painavat yli tonnin.
"Heidän oli tehtävä erityisiä rakenteita vain näiden peilien rakentamiseksi", Tucker kertoi minulle. ”He etsivät maailmasta jauhatusjauheita. Lopulta Tennesseyn kaveri kehitti ceriumoksidiyhdisteen, joka sekoitettiin Sveitsin puunmehun uutteeseen. ”
Ja herkkä: kosketa pintaa ja rasva sormenpäästäsi voi pilata sen. Kuvittele, etteivät vain rakenna näitä peilejä, vaan kiinnitä ne tarkalleen linjaan, ja niin tiukasti, että avaruuteen heitetyt iskut eivät lyö heitä hiuksilta.
Tutkin värivalokuvata Cassiopeia A: sta, ja kuvan oli vaikea suhteuttaa ensimmäisiin levyyn ilmestyneisiin pisteisiin. Muoton rakentaminen on työläs prosessi, perimmäinen pointillistitaide.
"Tunnistamme fotonit yksi kerrallaan ja seuraamme, milloin ne löydettiin, missä ja kuinka paljon energiaa niissä oli", Tucker kertoi minulle.
Entä kamera, joka tallentaa nämä uskomattomat nähtävyydet? Niitä on kaksi, korkearesoluutioinen, Smithsonian-tutkijoiden suunnittelema, 69 miljoonalla lasiputkella ruudukossa kunkin röntgenkuvan tarkan sijainnin ja saapumisajan määrittämiseksi, sekä kuvantamisspektrometrin, erityisen digitaalisen kaltaisen kameran, jonka kymmenen röntgenherkät sirut sisältävät miljoonan pikselin kukin säteiden sijainnin ja energian tallentamiseksi. Kaksi erityistä seulontalaitetta hajottaa säteet korkean energian sateenkaareksi, kuten spektroskooppi, jossa on tuhansia erillisiä värejä, jotta heidän taivaallisen lähteen kemia voidaan tutkia.
"NASA: n Deep Space Network -asemat Australiassa, Espanjassa ja Kaliforniassa lähettävät meille tietoja", Tucker jatkoi. ”Ja lähetämme takaisin tietoja sanomalla missä haluamme Chandran olevan seuraavana, noin joka 72. tunti. Kohteet valitaan vertaisarviointiprosessin avulla. ”
Lentävä observatorio kulkee melkein kolmanneksen matkalta kuuhun elliptisessä kiertoradalla, joka on välillä 6000–80000 mailia ylöspäin kiertäessään maata 64 tunnin välein. Sen kiertorata on keskimäärin 200 kertaa korkeampi kuin Hubble-teleskoopin.
On ollut muitakin röntgen-kaukoputket, mutta Chandra voi nähdä esineitä, jotka ovat 20 kertaa vaaleampia kuin mikään muu, mitä he pystyisivät havaitsemaan.
Chandran erotuskyky on 0, 5 kaarisekuntia, mikä tarkoittaa, että se pystyy lukemaan pysäytysmerkin kirjaimet 12 mailin päässä. Tai sanomalehden otsikko yhden senttimetrin korkeudella puolen mailin etäisyydellä. Toisaalta se voi tarkkailla röntgensäteitä kaasupilvissä niin leveällä, että niiden ylittämiseen kuluu viisi miljoonaa vuotta. Ja se voi tutkia kvasareja, joiden valo on kulunut kymmenen miljardia vuotta päästäkseen meille, niin että näemme niin monta vuotta menneisyyteen. Rakastan tilastoja.
Kuten NASA: n ylin ylläpitäjä Edward Weiler totesi: ”Historia opettaa meille, että aina kun kehität kaukoputkea kymmenen kertaa paremmin kuin mitä aikaisemmin tuli, mullistat tähtitieteen. Chandra on valmis tekemään juuri sen. ”
