19. august 1999, Smithsonians Chandra X-ray Observatory Center i Cambridge, Massachusetts: et stort rom fullt av datamaskiner, overvåkningsutstyr og engstelige forskere. De var engstelige fordi etter syv år med hardt arbeid, etter to skrubbet utskytninger og en nesten abort, etter syv booster rakettfyringer som kjørte på det delikate maskineriet på denne måten og at deres røntgenteleskop endelig var i bane og i ferd med å åpne opp for virksomhet.
Relatert innhold
- Langsynt
"Det var en ganske scene, " husket Leon van Speybroeck, en av mennene som la den der. "Lanseringen var på romfergen i Columbia, og hadde den største nyttelasten noensinne. Nå, en måned senere, var vi klare. Så vi sendte datamaskinkommandoene og ventet. Overraskende, 80 000 mil unna, eksploderte det pyrotekniske apparatet vårt - det var som en M-80 smøremaskin. Den svingte opp 120-kilosdøren på romskipet - akkurat som planlagt. ”
Kosmiske røntgenstråler skinte på de ømfintlige speilene til det dyrebare teleskopet for første gang. Forskerne tilbake på jorden som overvåker hendelsen, dro av hodetelefonene og stormet inn i bildesalen. I 45 lange minutter ventet alle på å se om de ville få et bilde fra teleskopet, eller om hele prosjektet skulle ende med "en bøtte med knust glass", slik van Speybroeck uttrykte det.
Deretter kunngjorde en forsker i den klassiske gravmonterte romalder-monotonen: "Vi får fotoner."
Først bare en prikk på skjermen - fotoner som bitte små lysenheter - så en, og en til. Etter hvert dukket det opp et bilde av en fjern galakse.
Mer enn 23 år underveis, hovedsakelig ved Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, som er en del av Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, og som er oppkalt etter den avdøde nobelprisvinneren Subrahmanyan Chandrasekhar, Chandra-teleskopets første bilder forbløffet de sofistikerte romfarerne.
Det første offisielle Chandra-bildet viser kjølvannet av en enorm stjernexplosjon i Cassiopeia A, en supernova-rest som er 10.000 lysår unna, med så klarhet at en nøytronstjerne eller svart hull ser ut til å være synlig i sentrum.
"Vi ser kollisjonen av ruskene fra den eksploderte stjernen med saken rundt det, " sa senterdirektør Harvey Tananbaum og beskrev bildet. "Vi ser sjokkbølger susende inn i det interstellare rommet med millioner av kilometer i timen, og for første gang et lyspunkt nær sentrum av resten som muligens kan være en kollapset stjerne."
Nok et tidlig røntgenbilde som vitner om Chandras makt og potensial kom helt fra en kvasar, seks milliarder lysår unna. Døpt PKS 0637-752 av forskere, det stråler med kraften fra ti billioner soler. Som supplement til Hubble-romteleskopet, et annet stort romobservatorium som nå går i bane rundt Jorden, bør Chandra la forskere analysere noen av de store mysteriene i universet. I mer enn et år har røntgenteleskopet overført en strøm av bilder som har begeistret og utfordret det vitenskapelige samfunnet.
For eksempel ble Chandras observasjon av Skytten A *, en kilde til radiobølger i kjernen av Melkeveien som forskere antar, drevet av et svart hull som er 2, 6 millioner ganger solenes masse, og det ga en oppblussing i fjor vinter. Med den bemerkelsesverdige påvisningen av en røntgenkilde fra Sag A *, er astronomene nærmere enn noen gang å rydde opp mysteriet med det supermassive sorte hullet.
Chandras høyoppløselige bilder vil sikkert gi oss ny innsikt i sorte hull, som er romenheter som er så tette at ingenting som tetter seg kan unnslippe tyngdekraften deres, ikke engang lys. Chandras evne til å undersøke partikler fram til det siste millisekundet før de suges ut av syne, vil gjøre det mulig for astronomer å studere tyngdekraften under de mest ekstreme forhold.
Smithsonians Chandra X-ray Center driver det rombaserte observatoriet under kontrakt med NASAs Marshall Space Flight Center i Alabama. På mitt besøk i Smithsonian-senteret i Cambridge, trengte jeg mye hjelp. (Har en doktorgrad i fysikk på prep. Skole). Wallace Tucker, astrofysiker og talsperson for Chandra, var i stand til å snakke meg så mye som noen kunne.
X-stråler er i den korte enden av lysbølgespekteret. Optiske teleskoper kan håndtere stjerner som stråler titusenvis av varmegrader, men røntgenteleskoper ( Smithsonian, juli 1998) kan observere gassformige gjenstander opp til flere hundre millioner grader.
En bølge med så fantastisk høy energi er ekstremt vanskelig å fokusere eller rette. Hvis du setter et konvensjonelt teleskop foran det, blir bølgen ganske enkelt absorbert.
Men, avbrøt jeg, hva med røntgenbildene mine på sykehuset? Ah, svarte Tucker, disse bildene er bare skygger. Benene er tettere enn kjøttet, de lager en dypere skygge når røntgenstrålene passerer gjennom hele kroppen.
"Dessuten, " la han til, "vi snakker om mye lengre avstander og finere bilder. Som å se på en krone fra fire mil unna. ”
Løsningen for å rette bølgene var å designe et speil som skulle reflektere strålene i en ekstremt grunt vinkel slik at de spretter av, som å hoppe over steiner på vann, i stedet for å bli absorbert. Deretter kunne de bli ført på en elektronisk detektor, lagret og senere overført til Chandra-senteret.
Mens optiske teleskopspeil er retter som fokuserer de svake bjelkene fra verdensrommet, er Chandras speil tønneformet. Fire par av dem er nestet som russiske dukker for å gi et større område for røntgenstrålene å treffe.
Det var ingen ny idé. Hans Wolter utførte det grunnleggende designarbeidet, en geometrisk oppfinnelse på papir, i Tyskland i 1952. På 1970-tallet tilpasset Riccardo Giacconi prinsippet vellykket til røntgenastronomi. Giacconi gikk videre til andre erobringer på 1980-tallet, særlig for å dirigere arbeidet med Hubble-romteleskopet, men teamet hans fortsatte her. Selvfølgelig skapte et stort antall strålende mennesker Chandra, men jeg tror ikke det er for mye å si at personen som er ansvarlig for de unike speilene, verdens store ekspert på design, er Leon van Speybroeck, offisielt Chandra Telescope Scientist, en MIT-utdannet fra Wichita, Kansas, som har vært hos Smithsonian siden begynnelsen av 1970-tallet.
"Giacconi hadde ideen på 1960-tallet, " bemerket Tucker, "men NASA var skeptisk. Chandra-speilene er et høydepunkt i Leons karriere. ”Vi snakker om et speil som er så glatt at hvis det var staten Colorado, ville Pikes Peak være mindre enn en tomme høy. Vi snakker om glatthet til i løpet av noen få atomer, glatthet som er tilnærmet matematisk i sin perfeksjon. Speilene er to til fire fot i diameter, nesten tre meter lange og veier mer enn et tonn.
"De måtte lage spesielle strukturer bare for å bygge disse speilene, " fortalte Tucker. “De søkte i verden etter sliping av pulver. Endelig utviklet en fyr i Tennessee en ceriumoksidforbindelse som ble blandet med et tre-saftekstrakt fra Sveits. ”
Og delikat: berør overflaten og fettet fra fingertuppene kan ødelegge det. Se for deg å ikke bare bygge disse speilene, men å fikse dem nøyaktig i kø, og så fast at sjokket av å bli kastet ut i verdensrommet ikke ville slå dem et hår av kilter.
Jeg studerte et fargefotografi av Cassiopeia A, og det var vanskelig å relatere bildet til de første prikkene som dukket opp på tallerkenen. Å bygge portrettet er en arbeidskrevende prosess, den ultimate pointillistkunsten.
"Vi oppdager fotonene om gangen og følger med på når de ble funnet, hvor og hvor mye energi som var i dem, " fortalte Tucker.
Og hva med kameraet som registrerer disse fantastiske severdighetene? Det er to av dem, en høyoppløselig en, designet av Smithsonian forskere, med 69 millioner glassrør i et rutenett for å bestemme den nøyaktige plasseringen og ankomsttiden for hver røntgenstråle, og et bildespektrometer, et spesielt digitalt lignende kamera hvis ti røntgenfølsomme brikker inneholder en million piksler hver for å registrere posisjonen og energien til strålene. To spesielle sileapparater sprer strålene i en høyenergi-regnbue, som et spektroskop med tusenvis av forskjellige farger, for å tillate studier av kjemien til deres himmelsk kilde.
"NASAs Deep Space Network-stasjoner i Australia, Spania og California sender oss dataene, " fortsatte Tucker. “Og vi sender tilbake informasjon som sier hvor vi vil at Chandra skal se neste gang, hver 72. time. Målene velges av en fagfellevurderingsprosess. ”
Det flyvende observatoriet reiser nesten en tredel av veien til månen i en elliptisk bane som strekker seg fra 6000 til 86 400 mil oppover når den går i bane rundt jorden hver 64. time. I snitt er bane 200 ganger høyere enn Hubble-teleskopets.
Det har vært andre røntgen-teleskoper, men Chandra kan se objekter som er 20 ganger svakere enn noe de kunne oppdage.
Chandras løpende kraft er 0, 5 bue sekunder, noe som betyr at den kan lese bokstavene til et stoppskilt fra 12 miles away. Eller en avisoverskrift en centimeter høy i en avstand på en halv kilometer. På den annen side kan den observere røntgenstråler i gasskyer så brede at det tar lette fem millioner år å krysse dem. Og den kan studere kvasarer hvis lys har tatt ti milliarder år å komme til oss, slik at vi ser så mange år inn i fortiden. Jeg elsker statistikk.
Som Edward Weiler, en topp NASA-administrator, sa det: “Historien lærer oss at når du utvikler et teleskop ti ganger bedre enn det som kom før, vil du revolusjonere astronomien. Chandra er klar til å gjøre nettopp det. ”
