Oko na obloze

Čtyřicet mil severozápadně od MIT v lesích Westfordu ve státě Massachusetts vede sotva značená odbočka po úzké polní cestě k malé bílé budově. Zvenčí to není pozoruhodné, kromě dvou kopulí, které se tyčí jako podsaditá sila téměř do výšky okolních dubů. Uvnitř každé kopule je dalekohled. Když jsou mechanické střechy Wallace Astrophysical Observatory za jasných večerů odlupovány, astronomové z MIT praktikují vědu o studiu noční oblohy.

Za chladné a suché noci na začátku února doufají dva takoví pozorovatelé ve štěstí. Je hodně po půlnoci a je ledových 3 °F a vedoucí místa Wallace Timothy Brothers a Stephanie Sallum '12 chtějí být prvními astronomy, kteří vyfotografují Quaoar, tisíc kilometrů široký objekt, který se nachází miliardu kilometrů za Plutem, když prochází před Plutem. hvězdy. Bratři a Sallum si nejsou jisti, že budou schopni zahlédnout Quaoar, který je pojmenován po indiánském bohu stvoření. Podle výpočtů výzkumníků MIT by měla hvězdu uzavřít v 5:03 nad Atlantickým oceánem. Tito dva sázejí na to, že dalekohled ve východním Massachusetts bude dostatečně blízko, aby ho zachytil.

Wallaceova observatoř otevřela své brány letos na podzim před 40 lety a pohled do její historie – a prostřednictvím jejího deníku, který sahá až do roku 1971 – odhaluje, jak se věda o pozorování vyvíjela s technologií. V roce 1971 z něj udělaly ovládací prvky Wallaceova počítače nejmodernější; dnes je vybavení observatoře relativně skromné ​​ve srovnání s obrovskými dalekohledy cvičenými na obloze v modernějších zařízeních. Ale observatoř MIT rostla s dobou a dělala pokroky ve výuce a výzkumu. Když mu bude 40 let, zdá se, že Wallace je připraven udržet si zvláštní místo na MIT mnohem déle, než si jeho tvůrci představovali.

Nízký opar, husté mraky po celé jižní obloze. Naučil jsem se hrát solitaire. Amanda se právě probudila.

—Wallace deník, 16. července 1989, 1:00 ráno.

Zařízení má vzhled dokonalého úkrytu, ze kterého lze pozorovat planety a hvězdy. Kompaktní jednopodlažní budova obsahuje počítačovou datovou místnost, kuchyňský kout, opuštěnou temnou komoru a dílnu na opravy dalekohledů. Cedule na dveřích malého pokoje s palandami hlásá: TICHO PROSÍM, ASTRONOM SPÍCÍ. Nebeské objekty se nepohybují podle lidských plánů; když je třeba pozorovat důležitou astronomickou událost, její načasování určuje pracovní dobu. Pokud je událost naplánována na tři nebo pět ráno, možná bude lepší vypadnout sem a pár hodin se předem vyspat, vysvětluje Brothers.

Ve 2 hodiny ráno 11. února jsou on a Sallum vzhůru a připravují se na pozorování Quaoaru. Přinesou občerstvení – skořicový chléb s rozinkami a Nutellu – a srolují střechu, aby otestovali kamery připojené k jejich dalekohledům. Takové kamery mohou pořídit tisíce snímků během jediné noci a sledovat, co se děje ve vesmíru.

Brothers je posazený v kupoli, ve které je umístěn 16palcový dalekohled zařízení – studený stříbrný nástroj, který pozorovatele převyšuje. Po točitém schodišti z hlavní kanceláře a padacími dveřmi sedí větší 24palcový dalekohled, používaný hlavně pro pokročilý výzkum; dnes večer je mimo provoz kvůli upgradu řídicího systému. Míry v palcích se vztahují k průměru hlavního zrcadla každého dalekohledu. Čím větší je zrcadlo, tím více světla může dalekohled shromáždit, což poskytuje jasnější obraz oblohy.

Zákryty, ke kterým dochází, když nebeský objekt, jako je Quaoar, prochází před jasnou hvězdou, jsou častým cílem výzkumníků Wallace. (Často také hledají exoplanety nebo planety mimo naši sluneční soustavu, když procházejí hvězdami.) Tyto objekty nemůžete ze Země jasně zobrazit – jsou příliš malé a příliš daleko, říká Carlos Zuluaga, výzkumný pracovník v oddělení věd o Zemi, atmosféře a planetách (EAPS), který úzce spolupracuje s Wallace Observatory. Ale pozorováním způsobu, jakým blokují světlo hvězdy, mohou výzkumníci získat informace o objektech, z nichž mnohé jsou vzdálenými zbytky po formování sluneční soustavy. Zmapování toho, jak dlouho procházející objekt jako Quaoar vypadá, že zhasne hvězdu, může vědcům pomoci vypočítat velikost objektu.

Tato metoda pozorování je mocným nástrojem v astronomii, říká Zuluaga: Díky zákrytům známe velikost Pluta až na několik kilometrů. Je také možné dozvědět se o dalších vlastnostech planetárního objektu – například zda má atmosféru. Pokud světlo hvězdy prudce klesne, když objekt prochází před ní, astronomové předpovídají, že objekt nemá atmosféru. Ale pokud jas hvězdy slábne postupně, atmosféra by mohla světlo lámat.

Věci, které jsou tam venku, jsou docela nezměněné, zachovalé od počátku sluneční soustavy, říká Zuluaga. To znamená, že může poskytnout vodítka o původu Země.

Zuluaga ze své kanceláře v Zelené budově v kampusu používá přesnou matematiku k předpovědi, kdy dojde k zákrytům, a pečlivě ověřuje polohu hvězdy ve vztahu k oběžné dráze objektu. Pomocí softwaru napsaného astronomy z MIT vylepšuje a zpřesňuje pravděpodobnou polohu dané hvězdy, přičemž jako referenci používá souřadnice ostatních kolem ní. Používáte hvězdy, jejichž pozice jsou známější než ta, kterou sledujeme, vysvětluje.

Další částí Zuluagovy práce je vymýšlení ideálního místa, kde by astronom mohl pozorovat zákryt. Událost může být často viditelná pouze například z Nového Zélandu nebo Mexika. V těchto případech může MIT poslat malý kádr pozorovatelů, aby použili dalekohledy jiné instituce. Letos MIT poprvé vyslalo skupinu Wallaceových astronomů na Aljašku: Varuna, objekt v Kuiperově pásu zmrzlých planetárních těles na okraji Sluneční soustavy, měl podle očekávání uzavřít hvězdu. Na těchto expedicích veškerá práce na přípravu na cestu, zpřesňování předpovědí a kalibrace zařízení vrcholí v klíčovém půlhodinovém okně. Musíte počkat, až se ta noc stane, říká Brothers. Většinu času astronom tráví přípravou na zachycení jediného okamžiku.

Vedoucí místa ve Wallace Tim Brothers se chystá trénovat 16palcový dalekohled observatoře na Plutu, zatímco Sarah Leu ’14 se připravuje na pořízení snímků pomocí kamery 14palcového dalekohledu. Pracují v červeném světle, takže jejich oči se snadno přizpůsobí tmě, když jdou ven, aby sledovaly podmínky na obloze nebo se dívaly do okuláru dalekohledu.

Je třeba vyvinout cloud mover.

—23. září 1997, 2:30 ráno

Během tohoto krátkého okna je důležité, aby se nic nepokazilo. Ale často se věci dělají: výpadek proudu, technologická závada, špatné počasí. Astronomové musí být vždy připraveni na možnost, že výsledkem pozorování nebudou vůbec žádná data.

Před cestou na Aljašku strávila kandidátka EAPS PhD Amanda Zangari hodiny testováním vybavení MIT, aby se ujistila, že vydrží i v počasí, kdy dráty zamrznou a prasknou napůl. Koupila si šest kilových pár extrémně studených vojenských bot a vytvořila mapy, aby zjistila, jak bude obloha vypadat ze severu.

Po cestě zkažené zrušeným letem a odbavenou taškou s fotoaparátem, která dorazila pozdě, se pevný disk Zangariho počítače v mrazu nespustil. Přinesla to dovnitř, aby se zahřálo, spustila počítač a konečně byla připravena pozorovat. Ale těžké mraky té noci udělaly Varunu neviditelnou. Zangari a její kolegové se vrátili domů s prázdnýma rukama. Když se to stane, zachvátí ji pocit viny, říká, ale už je na to zvyklá. Jediná věc, kterou můžete udělat, je ujistit se, že je vše připraveno – že jste byli ve správné části oblohy, kdyby byly hvězdy k dispozici.

Zpátky ve Wallace, v hodinách, které vedly k Quaoarově zákrytu, si Brothers a Sallum všimli problému s 16palcovým dalekohledem: je tak chladno, že závěrka ve fotoaparátu zamrzla. Otírají kondenzaci a zapojují vyhřívané pásky na suchý zip, známé jako ohřívače rosy, aby se fotoaparát zahřál. Nic nefunguje.

Sallum, major EAPS, ještě nikdy neviděl zákryt. Odjela z kampusu se dvěma přáteli (strojní hlavní, kteří od té doby usnuli na palandě) a drží palce, ať uvidí výsledky.

Ale vybavení je nedostatek. Je to stejný týden jako cesta na Aljašku a Brothers poslali pokročilejší kamery observatoře s týmem na sever. Závěrky všech zbývajících vysokorychlostních kamer jsou zamrzlé. Do okultace zbývá hodina a musí najít jinou možnost – rychle.

Jediné další dostupné kamery jsou modely nižší kvality, které se obvykle používají pro úvodní hodiny astronomie. Protože nemají čas přenést jeden z nich do většího dalekohledu, budou muset zaznamenat zákryt z jednoho z malých 14palcových dalekohledů v učebně observatoře. Bylo to těsné, říká Brothers. Prostě jsme to riskli.

Velmi tenký opar zřejmý z rozmazaných snímků hvězd… Pokud metoda funguje tak, jak si myslím, že by měla, pak bude provedeno hledání … proměnných amplitudy mezi BO [modrými] supergianty v kupě.

— 1. září 1971, 2:00 ráno

Od svého otevření v roce 1971 se Wallaceova observatoř soustředila jak na výzkum, tak na výuku. Při získávání výsledků hodně závisíme na práci studentů a jejich čase a zároveň je učíme, jak provádět výzkum, vysvětluje Michael Person ‘94, SM ‘01, PhD ‘06, zástupce ředitele observatoře. Jim Elliot byl dlouho příznivcem studentů zapojených do výzkumu, říká Person o ctěném řediteli observatoře Jamesi Elliotovi '65, SM '65, který vedl Wallaceovu observatoř více než 30 let, než v březnu zemřel. První věc, kterou chtěl, abych po dokončení své doktorandské práce udělal, bylo připravit velký letní program a každou jasnou noc mít na Wallace půl tuctu studentů.

Jedním z Elliotových hlavních příspěvků bylo vytvoření dvou pozorovacích tříd na MIT. Jedna třída se zaměřuje na intenzivní výzkum, zatímco druhá vyučuje základy nastavování dalekohledů. Studenti začnou zarovnáním svého dalekohledu s Polárkou a poté jej nastaví tak, aby se pohyboval v souladu s rotací Země. Používají kameru připojenou ke každému dalekohledu k expozici hvězdokup, které vidí.

Obrazovka počítače umožňuje pozorovatelům ovládat a sledovat polohu Wallaceova 16palcového dalekohledu a prohlížet snímky nebeských objektů, jak jsou zachyceny kamerou dalekohledu. V levém horním rohu se objeví mapa noční oblohy; kliknutím na hvězdu nastavíte robotický dalekohled tak, aby mířil tímto směrem. Ovládací program pro kameru a spektrograf je vpravo nahoře. Spodní část obrazovky ukazuje snímek pořízený u Wallace z M27, známé také jako mlhovina Činka (vlevo), a spektrální čáry Prstencové mlhoviny (vpravo), které pomáhají výzkumníkům určit její chemické složení. To je zajímavé pro astronomy, protože naše Slunce se nakonec vyvine v podobný objekt, říká Brothers.

Myšlenka vyškolit další generaci astronomů vedla k původnímu návrhu na observatoř MIT. Studenti se začali intenzivněji zajímat o astronomii v 60. letech, kdy se rozběhl program Apollo. Poté, co se Neil Armstrong a Buzz Aldrin, ScD ‘63, v létě 1969 procházeli po Měsíci, počet zapsaných do astronomických kurzů na MIT vzrostl ve školním roce 1969-70 na 425, z pouhých 22 o dva roky dříve. Studenti si museli půjčovat čas na dalekohledech jiných institucí, což vedlo k dlouhým čekacím seznamům. MIT potřebovalo vlastní zařízení.

V té době už byli astronomové z MIT známí svým výzkumem v radioastronomii. Několik členů fakulty učinilo klíčové objevy studiem neviditelného záření. V roce 1955 byl profesor fyziky Bernard Burke ‘50, PhD ‘53 součástí týmu, který našel rádiové emise z Jupiteru; v roce 1962 jeho kolega Bruno Rossi spoluobjevil první zdroj nebeského rentgenového záření. Prezident MIT Howard W. Johnson viděl ve škole vynikající potenciál k podobným pokrokům v optické astronomii.

Jakmile myšlenka astrofyzikální observatoře získala podporu, samotná observatoř potřebovala místo. Nicméně, ne jen tak ledajaká země. Muselo to být blízko hlavní dálnice, aby byl snadný přístup, dostatečně daleko od městských světel, aby bylo možné pozorovat temnou noční oblohu, a pokud možno dostatečně daleko ve vnitrozemí, aby se zabránilo typické bostonské mlze. Po odmítnutí potenciálních lokalit v Boston Harbor, New Hampshire a Connecticutu si plánovací komise vybrala Westford poblíž rádiové observatoře MIT na Haystack Mountain.

George Rodney Wallace Jr. ‘13, obyvatel sousedního Fitchburgu, nabídl, že uhradí většinu z téměř 400 000 dolarů stavebních nákladů. Wallace, prezident papírenské společnosti, který vystudoval chemické inženýrství, sbíral starožitná auta – a náhodou miloval astronomii. Bylo mu 82 let, když byla na podzim roku 1971 zasvěcena astrofyzikální observatoř George R. Wallace Jr.

Od té doby, co sem někdo psal naposledy, byla atmosféra Pluta objevena… Jimem Elliotem '65 a Sox vyfoukli další světovou sérii (to byla '86).

—15. července 1989 (po tříleté přestávce v přihláškách)

Za čtyři desetiletí fungování Wallace dosáhli tamní vědci několika prvenství, včetně prvního přesně předpovězeného a pozorovaného zákrytu objektu Kuiperova pásu (jiného než Pluto).

Bratři a Sallum usilují o další prvenství s pozorováním Quaoar. Půl hodiny před zákrytem vyhodnotí úhel svého dalekohledu a snaží se porovnat úsek oblohy, který zachytí, se souřadnicemi, které Quaoar překročí. Je to, jak to Sallum nazývá, zážitek zrychlující puls. Mají problém identifikovat pole; Sallum stále hledá vzory, které rozpozná ve 4:45. Když hodiny ukazují 4:50 – 13 minut do konce – udělají skok víry. Uvědomují si, že prostě budou muset začít.

Jakmile pozorovatelé ve Wallace umístí dalekohled a naprogramují kameru, mohou vidět proud živých obrazů z počítače uvnitř. Bratři a Sallum s mrazivými prsty umístí teleskop a připojí ho ke kameře, kterou již naprogramovali tak, aby každých 10 sekund exponovala. Pak se spěchají dívat.

Uvnitř je podle Salluma dost napjatá atmosféra. V 5:02 začnou pozorně sledovat. Předpokládá se, že k zákrytu dojde v 5:03, ale uplyne 60 sekund bez jakékoli aktivity na obrazovce. Možná, že dalekohled nakonec není správně seřízen. Bratři a Sallum nespouštějí oči z hvězdy, popíjejí horké nápoje a sledují jakékoli známky toho, že slábne.

V 5:04 hvězda zmizí. O deset sekund později je zpět, šero a stín. Sallum zadrží dech. Deset sekund poté je hvězda opět jasná.

Ale Brothers a Sallum ještě nejsou připraveni vyhlásit vítězství. Oba jsme byli docela nadšení, ale po tak hrozné noci s vybavením jsme nechtěli skočit s pistolí a myslet si, že jsme ji skutečně viděli, než jsme to věděli, bude Sallum později vyprávět.

Když se za soumraku vracejí do Bostonu, Sallum je plný naděje. Analýza světelných křivek hvězdy a určení, zda ona a Brothers skutečně viděli zákryt, bude trvat několik dní. Jak se ukázalo, jejich instinkty byly správné: Quaoar zakryl hvězdu a Brothers a Sallum to zachytili na kameru.

jeden Svatý Quaoar occultation ever!

—11. února 2011

Vědci z Wallace jsou obzvláště hrdí na to, že učinili tak důležitý objev z relativně malého výukového zařízení. Koneckonců, jiné observatoře se mohou pochlubit mnohem působivějšími přístroji: zrcadla velmi velkého dalekohledu (VLT) Evropské jižní observatoře v Chile jsou asi 13krát větší než zrcadla největšího Wallaceova dalekohledu.

Získali jsme první údaje o zákrytu tohoto objektu na domácím trávníku, říká Person a dodává, že výzkumníci svá zjištění prezentovali na letošním setkání American Astronomical Society. Jedna z poct Wallaceovi je, že můžeme dělat seriózní vědu se skromnými prostředky a menším vybavením.

Vybavení ve Wallace může být na dnešní poměry skromné, ale je to pozoruhodné zlepšení oproti tomu, s čím zařízení začalo. V roce 1971 bylo počítačové ovládání považováno za revoluční. Díky počítači ovládajícímu Wallaceův 24palcový dalekohled byl skutečně 10krát efektivnější při přesném sledování než ručně naváděné dalekohledy. Plánovací komise napsala, že díky této technologii by se observatoř zařadila mezi nejmodernější zařízení svého typu kdekoli na světě.

Od té doby se počítačové vybavení výrazně zmenšilo a bylo spolehlivější. Loni v zimě vědci z Wallace zkonstruovali nové robotické ovládací prvky pro velký dalekohled. Nový systém umožní teleskopu samočinně korigovat a sledovat pohyb planetárního objektu prakticky nezávisle. To nás skutečně přivede do současného století, říká Brothers. Systém také umožňuje delší expozice, proniká více světla a poskytuje jasnější data.

Viděl UFO

—2. prosince 1997, 20:45

Pěkný t ry

— 2. prosince 1997, 23:30

Některé věci se nezměnily – jako humor a kamarádství, které s sebou nese práce uprostřed noci. A astronomická praxe nadále podléhá náhodě. V květnu byli výzkumníci, kteří se pokusili zahlédnout zákryt Pluta z Wallace, zmařeni bouřkovými mraky. Ale skupinky ve Vermontu a Marylandu s jasnou oblohou se dobře podívaly.

K události skutečně došlo, v podstatě tam, kde jsme předpovídali, říká Brothers. To je samo o sobě triumf, vysvětluje: Je velmi důležité, abychom věděli, že naše předpovědi jsou přesné.

Je to obzvláště důležité, protože Brothers, Person a další astronomové z MIT cestují až do Thajska a Austrálie na základě svých předpovědí – a přístup k větším dalekohledům pro důležité události také závisí na jejich přesnosti. Několik skupin obvykle soutěží o stejné dalekohledy ve stejných oblastech ve stejné noci; je důležité předkládat přesné návrhy, abyste měli šanci. Snažíme se mít přehled o událostech. Je to velmi bezohledný obchod, říká Zuluaga napůl žertem. Hledá rok dopředu, aby určil, které zákryty stojí za to sledovat. V zajištění dobrého dalekohledu pro významnou událost je téměř trochu společná hrdost, říká. Mít vlastní observatoř ve Westfordu se ukazuje jako velká výhoda pro události pozorovatelné z Nové Anglie.

Wallaceova observatoř měla původně trvat 50 let, ale po 40. roce nevykazuje žádné známky toho, že by její čas téměř vypršel. Máme nové vybavení, více řídicích systémů a začínáme mít o hodiny ještě větší zájem, říká Brothers. Plán, říká Person, je neustále se rozšiřovat a růst přes délku života, kterou si původně představovali. Nezačínáme žádné 10leté odpočítávání do konce, říká. Jak se renovují dalekohledy, zdokonalují se kamery a stále přicházejí důležitá zjištění, zůstává Wallace lídrem ve studentském astronomickém výzkumu. Jak to říká Brothers, myslím, že tady máme skrytý klenot.

skrýt