داخل Vera C. مرصد روبين (وكاميراه العملاقة)

في العام المقبل ، من المقرر أن يزداد عالم علم الفلك مع العمليات الأولى لـ Vera C. مرصد روبين. هذا المرصد العملاق قيد الإنشاء حاليًا في قمة سيرو باشون ، وهو جبل يبلغ ارتفاعه حوالي 9000 قدم في تشيلي.

سيحتوي المرصد على تلسكوب بطول 8.4 متر يلتقط الضوء من المجرات البعيدة و قم بتوجيه هذا إلى أكبر كاميرا رقمية في العالم ، مما ينتج عنه صور عميقة بشكل لا يصدق للجميع السماء الجنوبية.

إذا كنت قد تساءلت يومًا عن كيفية ارتقاء المهندسين بتقنية الكاميرا الرقمية من شيء صغير بما يكفي لاحتوائه داخل هاتفك إلى شيء كبير بما يكفي لالتقاط صور كاملة المجرات ، تحدثنا إلى عالم مرصد روبن كيفن ريل لمعرفة المزيد عن هذه المجموعة الفريدة من نوعها وكيف يمكن أن تساعد في كشف بعض أكبر الألغاز في الفلك.

أكبر كاميرا رقمية في العالم

على المستوى الأساسي ، تعمل كاميرا Rubin بنفس الطريقة التي تعمل بها الكاميرا الرقمية التجارية مثل تلك الموجودة في هاتفك الخلوي - على الرغم من أن تقنيتها هي في الواقع أقرب إلى كاميرات الهواتف المحمولة منذ خمس سنوات ، حيث تستخدم تقنية استشعار تسمى CCD بدلاً من CMOS ، لأن بناء كاميرا المرصد بدأ منذ 10 سنوات منذ. الاختلاف الأكبر هو من حيث الحجم: قد يكون لكاميرا هاتفك دقة تبلغ

10 ميجا بكسل، لكن كاميرا Rubin بها دقة تبلغ 3200 ميجابكسل.

لإعطائك فكرة أكثر واقعية عما سيبدو عليه 3200 ميجابكسل ، سيستغرق الأمر 378 4K شاشات التلفاز لعرض صورة واحدة بالحجم الكامل ، وفق مختبر المسرع الوطني SLAC ، الذي يقوم ببناء الكاميرا. سيسمح لك هذا النوع من الدقة برؤية كرة غولف من مسافة 15 ميلاً.

لتحقيق هذا النوع من الدقة ، يجب تصميم كل عنصر من عناصر جهاز الكاميرا وتصنيعه بدقة متناهية. أحد مكونات الكاميرا التي تتطلب تصنيعًا دقيقًا بشكل خاص هو العدسات. هناك ثلاث عدسات للمساعدة في تصحيح أي انحرافات في الإشارات الواردة ، ويجب أن يكون لكل واحدة سطح خالٍ من الشوائب تمامًا.

يصعب تحقيق ذلك أكثر من الدقة المطلوبة لمرايا التلسكوب ، حيث يجب أن يكون كلا جانبي العدسة مصقولًا بشكل متساوٍ. وأوضح رييل: "التحدي الآن ، بدلاً من سطح واحد للمرآة ، لديك سطحان يجب أن يكونا مثاليين". "كل البصريات لهذا المرصد - العدسات والمرايا - هي نوع من الأشياء التي يستغرق إنشاؤها سنوات."

الحصول على العدسات المثالية ليس حتى أصعب جزء من مجموعة الأدوات اللازمة لمثل هذا التلسكوب. قال ريل: "إنها تقنية معروفة". "هذا صعب ، لكن هناك شركات تعرف كيف تصنع هذه العدسات."

حيث تندفع كاميرا Rubin إلى الأرض التي نادرًا ما يتم الدوس عليها باستخدام مستشعراتها. مع هذه الدقة العالية للغاية التي تبلغ 3200 ميجابكسل ، يجب ترتيب مستشعرات الكاميرا البالغ عددها 189 في مصفوفة وتعديلها حتى تصل إلى المواصفات المطلوبة. يحتوي كل مستشعر من هذه المستشعرات على 16 قناة ، أي ما مجموعه 3024 قناة.

قال رييل: "بالنسبة لي شخصيًا ، كان التحدي الأكبر هو أجهزة الاستشعار". "أن يكون لديك 16 قناة قراءة و 189 مستشعرًا ، وقراءتها جميعًا في نفس الوقت. لذا فإن الحصول على البيانات ، وجعل المستشعرات تلبي المتطلبات حقًا ".

هذه المتطلبات لأجهزة الاستشعار مخصصة لأشياء مثل مستوى منخفض جدًا من ضوضاء القراءة - وهذا هو النسيج الحبيبي الذي ستراه عند التقاط صورة في الظلام باستخدام هاتفك الخلوي. لتقليل هذه الضوضاء ، والتي من شأنها أن تعطل الملاحظات الفلكية ، يتم تبريد المستشعرات إلى 150 درجة فهرنهايت تحت الصفر. ولكن حتى هذا لا يمكن إلا أن يساعد كثيرًا ، لذلك يجب تصنيع المستشعرات بعناية فائقة لتقليل ضوضاء القراءة - وهو أمر لا تستطيع فعله سوى عدد قليل من الشركات في العالم.

هناك مشكلة أخرى تتعلق بالمستوى البؤري للكاميرا ، والتي لها علاقة بكيفية تركيز الكاميرا. للحفاظ على هذه الطائرة مسطحة تمامًا ، في غضون بضعة ميكرونات ، يجب تثبيت المستشعرات على طوف مصنوع من كربيد السيليكون ، ثم تثبيتها في الكاميرا.

الطريقة الرئيسية التي تختلف بها الكاميرا الموجودة على التلسكوب عن الكاميرا الرقمية النموذجية هي استخدام المرشحات. بدلاً من التقاط الصور الملونة ، تلتقط كاميرات التلسكوب في الواقع صورًا بالأبيض والأسود بأطوال موجية مختلفة. يمكن بعد ذلك دمج هذه الصور بطرق مختلفة لاختيار ميزات فلكية مختلفة.

للقيام بذلك ، تم تجهيز كاميرا Rubin بستة مرشحات ، كل منها يعزل أطوال موجية مختلفة الطيف الكهرومغناطيسي - من الأشعة فوق البنفسجية ، من خلال طيف الضوء المرئي ، وإلى الأشعة تحت الحمراء. هذه المرشحات قطع زجاجية كبيرة مستديرة التي تحتاج إلى تحريكها ماديًا أمام الكاميرا ، لذلك يتم إرفاق آلية بالكاميرا لتبديلها وإخراجها حسب الحاجة. تدور عجلة حول جسم الكاميرا ، فتجلب الفلتر المطلوب إلى الأعلى ، ثم يأخذ الذراع الفلتر ويضعه في مكانه بين العدسات.

أخيرًا ، هناك الغالق. يتكون هذا من نظام ثنائي الشفرات ينزلق عبر وجه العدسات ثم يعود لالتقاط صورة. قال ريل: "هذا دقيق للغاية". "المسافة بين تلك الشفرات المتحركة والعدسة رقم ثلاثة قريبة جدًا جدًا." يتطلب ذلك هندسة دقيقة للتأكد من صحة التباعد تمامًا.

رؤية الصورة الأوسع

كل هذه الهندسة الدقيقة ستمكن روبين من أن يكون أداة فلكية قوية للغاية. لكنها ليست قوية مثل أدوات مثل تلسكوب هابل الفضائي أو تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، المصممتان للنظر إلى الأشياء البعيدة جدًا. بدلاً من ذلك ، سينظر روبن إلى أجزاء ضخمة كاملة من السماء ، ويمسح السماء بأكملها بسرعة كبيرة.

ستقوم بمسح السماء الجنوبية بأكملها مرة واحدة في الأسبوع ، وتكرر هذه المهمة مرارًا وتكرارًا وتجمع حوالي 14 تيرابايت من البيانات كل ليلة. من خلال الحصول على مثل هذه الصور المحدثة بانتظام ، يمكن لعلماء الفلك مقارنة ما حدث في بقعة معينة من السماء الأسبوع الماضي بـ ما هناك هذا الأسبوع - وهذا يتيح لهم التقاط الأحداث سريعة التطور مثل المستعرات الأعظمية ، لمعرفة كيفية تغيرها وقت.

لذلك ، لا يمثل جمع كل تلك البيانات فقط باستخدام أجهزة الكاميرا تحديًا ، ولكن الحصول عليها أيضًا تتم معالجتها بسرعة كبيرة بحيث يمكن إتاحتها لعلماء الفلك في الوقت المناسب حتى يتمكنوا من رؤية الأحداث الجديدة كما هي يحدث.

وستكون البيانات متاحة للجمهور أيضًا. ستكون قادرًا على اختيار أي كائن في السماء الجنوبية وسحب صور لهذا الكائن ، أو مجرد تصفح بيانات المسح التي تظهر السماء بتفاصيل مذهلة.

مسح عميق كبير للسماء

بالإضافة إلى كونه مصدرًا لعلماء الفلك الذين يبحثون في كيفية تغير جسم معين بمرور الوقت ، سيكون مرصد روبن مهمًا أيضًا لتحديد الأجسام القريبة من الأرض. هذه هي الكويكبات أو المذنبات التي تقترب من الأرض ويمكن أن تهدد كوكبنا ، ولكن قد يكون من الصعب اكتشافها لأنها تتحرك عبر السماء بسرعة كبيرة.

بفضل مرآته الكبيرة ومجال رؤيته ، سيكون مرصد روبن قادرًا على تحديد الأشياء التي تقترب بشكل خاص من الأرض وتسمى الأجسام الخطرة المحتملة. ولأن هذه البيانات يتم تحديثها بشكل متكرر ، يجب أن تكون قادرة على تحديد الأشياء التي تحتاج إلى مزيد من الدراسة حتى تتمكن التلسكوبات الأخرى من مراقبتها.

لكن أكبر مساهمة للمرصد قد تكون في دراسة المادة المظلمة والطاقة المظلمة. في الواقع ، تم تسمية المرصد على اسم عالمة الفلك الأمريكية فيرا سي. روبن ، التي اكتشفت أول دليل على المادة المظلمة من خلال ملاحظاتها للمجرات في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي.

سيكون مرصد روبن قادرًا على استكشاف المادة الغامضة للمادة المظلمة من خلال النظر إلى الكون على نطاق واسع جدًا.

وأوضح رييل: "لرؤية المادة المظلمة حقًا - حسنًا ، لا يمكنك ذلك". "ولكن لكي تدرس المادة المظلمة حقًا ، عليك أن تنظر إلى مقياس المجرات."

بالنظر إلى سرعة دوران النجوم حول حافة المجرة ، يمكنك معرفة مقدار الكتلة التي يجب أن تكون بين تلك النجوم ومركز المجرة. عندما نفعل هذا ، فإن الكتلة التي يمكننا رؤيتها لا تكفي لشرح تلك التدويرات - "حتى أنها ليست قريبة من الكفاية" ، قال رييل. لذلك هناك مقدار مفقود من الكتلة نحتاج إلى شرحه. ويضيف: "هذه هي المادة المظلمة".

ينطبق مبدأ مشابه على مجموعات كاملة من المجرات. من خلال مراقبة مدارات المجرات داخل تلك المجموعات ، والتي سيكون روبن قادرًا على مراقبتها من خلال مجال رؤيتها الواسع ، ستكتسب الملاحظات مستوى جديدًا من القوة الإحصائية. ودراسة ظاهرة الطاقة المظلمة ذات الصلة ، وهي نوع افتراضي من الطاقة يفسر معدل توسع الكون ، يمكن لعلماء الفلك مقارنة الكتلة المحسوبة للأجسام الكبيرة بملاحظتهم كتلة.

قال رييل: "يمكنك رؤية كل مجموعة مجرية موجودة ، ولا يمكنك الحصول على إحصاءات أكثر مما تحصل عليه من السماء بأكملها". "هناك مزايا حقيقية لوجود جميع البيانات المتاحة حول الموضوع مقابل امتلاك مجال رؤية صغير."

توصيات المحررين

• داخل الخطة المجنونة لاستخراج القليل من جو كوكب الزهرة وإعادته إلى المنزل
• جيمس ويب ومرصد كيك يرون السحب على قمر زحل تيتان
• إليكم ما سيضعه تلسكوب جيمس ويب الفضائي نصب عينيه بعد ذلك
• أكبر مذنب على الإطلاق قادم إلينا ، لكن لا تقلق
• أحد أهداف جيمس ويب الأولى هو كوكب المشتري. إليكم السبب