Observatórium Vera C. Rubin: Najväčší digitálny fotoaparát na svete bude pre astronómiu „meničom hry“

cnn
,

Na vrchole hory v severnom Čile prebiehajú prípravy na zapnutie najväčšieho digitálneho fotoaparátu na svete.

Jeho poslanie je jednoduché, ale ambiciózne – fotografovať celú nočnú oblohu do extrémnych detailov a odhaliť niektoré z najhlbších tajomstiev vesmíru.

Inštalovaný vo vnútri observatória Vera C. Rubin – nový ďalekohľad, ktorý sa blíži k dokončeniu na Cerro Pachón, 2 682 metrov (8 800 stôp) vysokej hore asi 300 míľ (482 kilometrov) severne od čilského hlavného mesta Santiago – rozlíšenie kamery 3 200 megapixelovPočet pixelov zodpovedá približne 300 mobilným telefónom a každý obrázok pokryje oblasť oblohy veľkú ako 40 mesiacov v splne.

Každé tri noci teleskop zobrazí celú viditeľnú oblohu a vytvorí tisíce snímok, ktoré umožnia astronómom hľadať čokoľvek, čo sa hýbe alebo mení jas. Dúfame, že týmto spôsobom Vera Rubin objaví približne 17 miliárd hviezd a 20 miliárd galaxií, ktoré sme nikdy predtým nevideli – a to je len začiatok.

„Rubin urobí veľa,“ hovorí Claire Higgsová, špecialistka observatória pre dosah na astronómiu. „Skúmame oblohu spôsobom, ktorý sme nikdy predtým nerobili, čo nám dáva možnosť odpovedať na otázky, ktoré nás ani nenapadlo položiť.“

Teleskop bude skúmať nočnú oblohu presne desať rokov a každú noc urobí 1000 fotografií. „O 10 rokov budeme hovoriť o nových oblastiach vedy, nových triedach vecí, nových typoch objavov, o ktorých vám teraz ani nemôžem povedať, pretože ešte neviem, čo to je. A myslím si, že je to naozaj vzrušujúca vec,“ hovorí Higgs.

vo výstavbe od roku 2015Ďalekohľad je pomenovaný po priekopníckej americkej astronómke Vere Rubinovej, ktorá zomrela v roku 2016 a okrem iných úspechov prvýkrát potvrdila existenciu temnej hmoty – nepolapiteľnej látky, ktorá tvorí väčšinu hmoty vo vesmíre, no nikdy nebola videná.

Projekt sa začal začiatkom roku 2000 súkromnými darmi vrátane miliardárov Charlesa Simonyiho a Billa Gatesa. Neskôr ho spoločne financovali Úrad pre vedu Ministerstva energetiky a Národná vedecká nadácia USA, ktorá ho tiež prevádzkuje spolu s SLAC National Accelerator Laboratory, výskumným centrom, ktoré prevádzkuje Stanfordská univerzita v Kalifornii.

Hoci je Rubin americké národné observatórium, nachádza sa v čilských Andách, na mieste, ktoré zdieľa s niekoľkými ďalšími teleskopmi z viacerých dôvodov. „Pre optický teleskop potrebujete miesto, ktoré je vysoké, tmavé a suché,“ hovorí Higgs a poukazuje na problémy svetelného znečistenia a vlhkosti vzduchu, ktoré znižujú citlivosť prístrojov. Dodáva: „Chcete veľmi chladné a dobre pochopené prostredie a kvalita nočnej oblohy v Čile je mimoriadna, a preto je tu toľko ďalekohľadov.“ „Je to ďaleko, ale nie je to tak ďaleko, aby bolo získavanie údajov z hory problém – je tam infraštruktúra, o ktorú sa môže Rubin oprieť.“

V súčasnosti je ďalekohľad v záverečnej fáze výstavby a očakáva sa, že bude uvedený do prevádzky v roku 2025. „Momentálne pracujeme na zhromaždení všetkých kusov, ale všetky sú na vrchole hory – je to veľký míľnik, ktorý sme dosiahli počas leta,“ hovorí Higgs. „Očakávame, že sa veci stanú na jar budúceho roka – dať všetko dohromady, všetko zosúladiť, zabezpečiť, aby boli všetky systémy viditeľné, od summitu až po naše kanály a dáta „Mali by byť a sú optimalizované čo najlepšie Je tu skutočná prípravná práca, ktorá prebieha už desaťročia, ale nevieš, kým všetko nezačneš.“

Po niekoľkých mesiacoch testovania uskutoční observatórium prvé pozorovania koncom roka 2025, hoci Higgs varoval, že program je „plynulý“.

Rubinova hlavná misia sa nazýva LSST – pre Legacy Survey of Space and Time. „Toto je 10-ročný prieskum, v ktorom sa každú noc pozeráme na južnú oblohu a opakujeme ho každé tri noci. Takže sme v podstate natočili film o južnej oblohe celé desaťročie,“ hovorí Higgs.

Kamera dokáže odfotiť každých 30 sekúnd, čo vygeneruje každých 24 hodín 20 terabajtov dát, teda toľko, koľko priemerný človek sleduje tri roky Netflix alebo 50 rokov počúva Spotify. Po dokončení prieskum vygeneruje viac ako 60 miliónov gigabajtov nespracovaných údajov.

Prenos každého obrázka z Čile do Kalifornie však bude trvať iba 60 sekúnd, kde ho AI a algoritmy najskôr analyzujú, vyhľadajú akékoľvek zmeny alebo pohybujúce sa objekty a vygenerujú upozornenia, ak sa niečo nájde.

„Očakávame asi 10 miliónov upozornení za noc z ďalekohľadu,“ hovorí Higgs. „Výstrahy sú čokoľvek, čo sa mení na oblohe, a pokrývajú celý rad vedeckých záležitostí, ako sú objekty slnečnej sústavy, asteroidy a supernovy. Tešíme sa na milióny slnečných sústav hviezd a miliardy galaxií, a preto je strojové učenie skutočne nevyhnutné.

Higgs hovorí, že údaje budú každý rok zverejnené vybranej skupine astronómov a potom po ďalších dvoch rokoch bude každý súbor údajov verejne dostupný pre globálnu vedeckú komunitu, s ktorou bude môcť pracovať.

Existujú štyri hlavné oblasti Výskum Dúfame, že údaje budú zahŕňať: vytvorenie inventára slnečnej sústavy – vrátane objavu niekoľkých nových nebeských telies a možno aj skrytej planéty známej ako planéta deväť; Mapovanie celej našej galaxie; Objavenie špeciálnej triedy objektov nazývaných „prechodné javy“, ktoré v priebehu času menia polohu alebo jas; a pochopenie podstaty temnej hmoty.

„Pravdepodobne existuje 10 rôznych oblastí vedy, v ktorých vám môžem povedať, že Rubinovi sa bude dariť skvele,“ hovorí Higgs. „Napríklad si myslím, že o niekoľko mesiacov budeme mať viac supernov typu I ako kedykoľvek predtým. Medzihviezdne objekty, teraz máme dvoch kandidátov, ale Rubin dúfa, že sa to podarí z dvoch na viac ako niekoľko.

„Existuje veľa oblastí, v ktorých prechádzame od niekoľkých vecí k štatisticky veľkým vzorkám niečoho a vedecký vplyv toho, čo to dokáže, je obrovský.“

Astronomická komunita je veľmi nadšená z observatória Vera Rubin, hovorí David Kaiser, profesor fyziky na Massachusetts Institute of Technology a profesor histórie vedy v Germshausene. Podľa Kaisera by mal teleskop pomôcť objasniť dlhotrvajúce otázky o temnej hmote a temnej energii – dvoch najtvrdohlavejších a najzáhadnejších črtách nášho vesmíru.

Kaiser vysvetľuje: „Observatórium Vera Rubin umožní astronómom zmapovať distribúciu temnej hmoty ako nikdy predtým na základe toho, ako temná hmota ohýba dráhu normálneho hviezdneho svetla – proces známy ako „známy ako „gravitačné šošovky“.“ „Zdá sa, že temná hmota je všadeprítomná v celom vesmíre, ale ako presne sa hromadí alebo pribúda v priebehu času, je ťažké kvantifikovať pre veľké časti nočnej oblohy,“ hovorí a dodáva, že je ťažké kvantifikovať tmavú hmotu zhromaždením väčšieho množstva údaje o rozložení hmoty, môže observatórium Vera Rubin pomôcť astrofyzikom pochopiť jej vlastnosti.

Ďalšou dlhotrvajúcou vesmírnou hádankou, ktorú môže Rubin vyriešiť, je hľadanie planéty Nine. Konstantin Batygin, profesor planetárnej vedy na Kalifornskom technologickom inštitúte, ktorý na túto tému napísal niekoľko akademických prác, hovorí, že teleskop nielenže ponúka „skutočnú šancu priamo odhaliť planétu Deväť, ale aj keď planéta nie je viditeľná z priameho pozorovania, podrobné mapovanie dynamickej architektúry vonkajšej slnečnej sústavy – najmä orbitálnej distribúcie malých telies – poskytne dôležité testy hypotézy planéty Deväť. Stručne povedané, observatórium Vera Rubin zmení naše chápanie vonkajšieho prostredia Slnečná sústava Pripravená a pripravená na zmenu hry.

Sú niektorí astronómovia, ktorí nie sú nadšení Rubinom, hovorí Kate Pattleová, lektorka v Katedra fyziky a astronómie na University College London, pretože bude mapovať priestor na najväčších, veľkostných mierkach, od sledovania blízkozemských asteroidov – po najmiestnejšie v našej vlastnej slnečnej sústave – až po distribúciu temnej hmoty vo vesmíre.

„Rubin sa bude znova a znova vracať na tú istú časť oblohy, čo znamená, že prelomí nové možnosti v štúdiu astronomických prechodných javov – bude identifikovať premenné hviezdy, sledovať zvyšky supernov pri ich rozpade a sledovať veľmi vysokoenergetické. záblesky gama žiarenia a variabilita kvazarov, čo sú veľmi vzdialené, veľmi aktívne galaxie, poskytne bezprecedentný pohľad na to, ako sa vyvíja náš vesmír a hviezdy a galaxie v ňom.

Podľa Priyamvada Natarajana, profesora astronómie a fyziky na univerzite v Yale, má observatórium Rubin prekonať rekordy na mnohých frontoch a celá astronomická komunita sa teší na prvý let. Prieskum poskytne údaje pre nespočetné vedecké projekty, ktoré budú riešiť niekoľko základných otvorených otázok naraz – od blízkeho až po vzdialený vesmír, vrátane nielen množstva galaxií, zhlukov, kvazarov, supernov, gama zábleskov atď. A ďalšie prechodné javy – „Zostrí to aj náš pohľad na Slnečnú sústavu vďaka zatiaľ neporovnateľnému katalógu blízkozemských asteroidov, objektov Kuiperovho pásu (oblasť ľadových objektov za obežnou dráhou Neptúna) – skrátka niečo pre každého,“ hovorí ona.

Dodáva, že najvzrušujúcejším objavom bude, ak teleskop odhalí skutočnú povahu temnej hmoty. – objav, ktorý by Veru Rubinovú určite potešil.

„Napokon, bola to jeho kľúčová práca o detekcii temnej hmoty v špirálových galaxiách v 70. rokoch, ktorá viedla k tomuto objavu,“ hovorí Natarajan. „Možnosti sú úchvatné – a revolúcie určite prebiehajú.“