적외선 천문대 성층권 관측소

Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy
적외선 천문대 성층권 관측소
SOFIA with open telescope doors.jpg
비행 중에 망원경 문이 열린 소피아.
대체 이름소피아
조직NASA / DLR / USRA / DSI
위치팜데일 공항(대부분의 연도) 크라이스트처치 국제공항(6/7월경 약 2개월)
좌표43°29′22″s 172°31′56″E / 43.48944°S 172.53222°E / -43.48944; 172.53222좌표: 43°29′22″S 172°31′56″E / 43.48944°S 172.53222°E / -43.48944; 172.53222
고도지상: 702m(2,303ft), 공중: 13.7km(45,000ft)
웹사이트소피아 과학 센터
나사 소피아
DLR 소피아
DSI
망원경
소피아2.5m(98인치) 벤트 캐세그레인(커핑 2차 미러와 평평한 폴딩 3차, 나스미스 초점)
Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy is located in Earth
Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy
적외선 천문학 성층권 관측소의 위치
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적외선 천문대 성층권 관측소(SOFIA)NASA독일항공우주센터(DLR)[1]공중 관측소를 건설하고 유지하기 위해 80/20 공동 프로젝트다. NASA는 1996년 미국 대학우주연구협회(USRA)에 항공기 개발, 전망대 운영, 미국 측 관리 계약을 체결했다. DSI(Deutsches SOPIA Institute)는 주로 과학과 망원경 관련인 독일 부분을 관리한다. 소피아의 망원경은 2010년 5월 26일 첫 을 보았다. 소피아는 카이퍼 공중전망대(Kuiper Airland Observatory)의 후계자다. 밤샘 비행 10시간 동안 천체 자기장, 항성 형성 지역, 혜성, 성운, 은하 중심을 관측한다.

시설

소피아는 보잉 747SP 광폭신체 항공기를 기반으로 하고 있는데, 비행 중 열 수 있는 대형 도어를 탑재해 2.5m(8.2ft) 직경의 반사 망원경이 하늘에 접근할 수 있도록 했다.[2] 이 망원경은 약 12킬로미터(41,000피트)의 고도에서 성층권적외선 천문 관측을 위해 설계되었다. 소피아의 비행능력은 그것이 지구 대기의 거의 모든 수증기 위로 떠오를 수 있도록 해주는데, 이것은 적외선 파장의 일부가 지상에 도달하는 것을 차단한다. 항공기의 순항 고도에서는 전체 적외선 범위의 85%를 이용할 수 있게 된다. 이 항공기는 또한 북반구와 남반구에서 관측할 수 있도록 지구 표면의 거의 모든 지점 위로 이동할 수 있다.

관측 비행은 일주일에 3, 4일 밤 비행한다. 소피아 천문대는 캘리포니아 팜데일 지역 공항에 있는 NASA 암스트롱 비행 연구 센터에, 소피아 과학 센터는 캘리포니아 마운틴 뷰에 있는 에임스 연구 센터에 근거지를 두고 있다.

망원경

NASA 로고는 소피아 2.5미터의 1차 거울에 비쳤다.

소피아는 대부분의 대형 적외선 망원경에서 흔히 볼 수 있듯이, 2.5m(8.2ft)의 반사 망원경을 사용하며, 이 망원경은 큰 크기의 2.7m(8.9ft) 직경의 1차 거울을 가지고 있다.[3] 광학 시스템은 포물선 1차 미러와 원격으로 구성 가능한 쌍곡선 2차 미러를 포함한 Cassegrain 반사기 설계를 사용한다. 망원경을 동체에 장착하기 위해 1차적인 형태는 1.3까지 낮은 f-숫자로 되어 있는 반면, 결과적인 광학적 레이아웃은 19.7의 f-숫자로 되어 있다. 평평한 3차 이분 거울은 빔의 적외선 부분을 분석할 수 있는 나스미스 초점으로 꺾기 위해 사용된다. 3차 미러 뒤에 위치한 광학 거울은 카메라 유도 시스템에 사용된다.[4]

망원경은 비행기 꼬리 부근 동체의 좌현 쪽에 있는 커다란 문밖을 내다보고, 처음에는 적외선 천문학용 9기를 1~655마이크로미터(μm), 초고속 광학 천문학은 0.3~1.1μm의 파장으로 운반했다. 주요 기구는 1~5μm의 근적외선 카메라인 FLITECAM, 중간적외선 범위인 5~40μm의 FORCAST, 42~210μm의 원적외선에 이르는 HOWC 등이다. 나머지 4개 계측기에는 광학 광도계와 다양한 스펙트럼 범위를 가진 적외선 분광기가 있다.[5] 소피아의 망원경은 지금까지 항공기에 놓여진 것 중 단연코 가장 크다. 각각의 임무마다 서로 교환할 수 있는 과학 기구 1개가 망원경에 부착될 것이다. 두 그룹의 범용 기기를 사용할 수 있다. 또한, 조사자는 특수 목적 도구를 설계하고 제작할 수 있다. 2012년 4월 17일, NASA는 새로운 전환 에지 센서 전압계 검출기 어레이로 시야를 넓히고 천체 발생원의 먼지 방출 양극화 측정 기능을 추가하기 위해 HOWC에 대한 두 번의 업그레이드를 선택했다.[6]

망원경을 수용하는 개방된 충치가 고속의 난풍에 노출될 것이다. 또한, 항공기의 진동과 움직임은 관측 난관을 도입한다. 이 망원경은 벌집 모양의 형태를 거울 뒷면에 밀링 처리하고 망원경 조립에 사용되는 고분자 복합 재료로 매우 가볍도록 설계되었다. 마운트는 계측기를 진동으로부터 격리하기 위해 가압 오일의 베어링 시스템을 포함한다. 자이로스코프, 고속 카메라, 마그네틱 토크 모터의 시스템을 통해 기류 및 항공기 엔진의 진동을 포함한 움직임을 보상한다.[7] 망원경 캐빈은 열로 인한 모양 변화를 방지하기 위해 망원경이 외부 온도와 일치하도록 항공기 이륙 전에 냉각되어야 한다. 착지하기 전에 냉장 광학 장치 및 기기에 습기가 응결되지 않도록 질소 가스가 구획에 범람한다.[4]

DLR은 망원경과 함께 사용되는 9개의 과학 기구 중 2개와 함께 전체 망원경 조립과 설계를 담당한다. NASA는 항공기를 담당한다. 그 망원경의 제조는 유럽 산업에 하청되었다. 이 망원경은 독일제인데, 1차 거울은 독일 마인츠의 쇼트 AG가 경량 개선으로 주조했으며, 프랑스 회사 SAGEM-REOSC가 연마 및 연마 작업을 완료했다. 2차 실리콘 카바이드 기반 미러 메커니즘은 스위스 전자마이크로테크놀로지 센터(CSEM)에 의해 제조되었다. 루이지애나 주의 한 시설에서 반사 표면이 거울에 적용되었지만, 현재 컨소시엄은 모펫 필드의 미러 코팅 시설을 유지하여 1차 미러의 빠른 반동이 가능하도록 하고 있다.t는 1년에 1~2회 요구될 것으로 예상된다.[8]

소피아 항공기

소피아
SOFIA ED10-0182-01 full (cropped).jpg
비행 중 소피아
기타 이름 성층권 적외선 천문대, 클리퍼 린드버그
유형 보잉 747SP-21
제조사 NASA/DLR
공사번호 21441/306 [9]
등록 N747NA[10]
제1편 2007년[11] 4월 26일
소유자 및 운영자 나사
가동중 2010-현재[12]
소피아 항공기는 1998년 시험 비행 중에 찍은 것이다. 여전히 유나이티드 항공의 리베리에서는, 망원경이 하늘에 접근할 수 있도록 비행 중에 열릴 문의 위치를 나타내기 위해 뒤쪽 기체에 검은색 사각형이 그려져 있다.
소피아 천문대는 캘리포니아 상공에서 야간 체크아웃 비행을 실시한다. (HD)
1993년 유나이티드 항공과 함께 운항한 소피아 항공기

소피아 항공기는 개조된 보잉 747SP 와이드바디(시리얼 번호 21441, 라인 번호 306; 등록 N747)이다.NA; NASA747에 연락).[9] 보잉은 초장거리 비행을 위한 SP 또는 "특수 성능" 버전을 개발하여 동체의 구간을 제거하고 무게를 줄이기 위해 다른 구간을 심하게 개조하여 747-100의 디자인을 수정하여 747SP가 당시의 어떤 다른 747 모델보다 더 높고, 빠르고, 더 먼 거리를 비행할 수 있도록 했다.[13]

보잉은 결국 소피아가 될 기체에 일련번호 21441(라인번호 306)을 할당했다. 이 항공기의 첫 비행은 1977년 4월 25일이었고 보잉은 1977년 5월 6일 이 항공기를 팬아메리칸 월드 항공에 인도했다. 이 항공기는 첫 항공기 등록을 받았고, N536PA와 팬아메리칸은 이 항공기를 상업적 여객 서비스에 투입했다.[11] 그 직후 판암은 비행사 찰스 린드버그를 기리기 위해 이 항공기를 명명했다. 린드버그의 미망인 은 팬암의 초청으로 1977년 5월 20일, 뉴욕에서 파리까지 남편의 역사적인 비행이 시작된 지 50주년이 되는 날, 항공기를 클리퍼 린드버그라고 명명했다.[11]

유나이티드 항공은 1986년 2월 13일에 이 비행기를 구입했고 이 항공기는 새로운 항공기 등록 N145UA를 받았다. 이 항공기는 1995년 12월 유나이티드 항공이 이 항공기를 라스베이거스 인근 창고에 보관할 때까지 계속 운항했다.[14]

1997년 4월 30일, 대학 우주 연구 협회(USRA)는 항공 관측소로 사용하기 위해 이 항공기를 구입했다. 1997년 10월 27일 NASA는 USRA로부터 이 항공기를 구입했다.[14] NASA는 그 해 E-시스템s(Later Raytheon Intelligence and Information Systems, L-3 Communications Integrated Systems of Texas, Waco)에 의해 항공기를 대폭 개조하기 전에 일련의 "기준" 비행 시험을 실시했다. 성공적인 수정을 위해 레이시온은 다른 747SP, 등록 번호 N141UA에서 한 구역을 구입하여 실물 크기의 실물 크기 모형 제작으로 사용하였다.

1998년 작업을 시작한 레이시온은 망원경을 하늘로 띄우기 위해 비행 중 열 수 있는 항공기 기체 왼쪽 뒷면에 가로 세로 5.5m(18ft) 세로 4.1m(13.5ft)의 도어를 설계해 설치했다. 망원경은 기체의 뒤쪽 끝에 가압된 벌크헤드 뒤에 장착되어 있다. 망원경의 초점은 기체의 가압된 중앙 부분에 있는 과학 기기실에 위치하며, 망원경의 일부가 압력 벌크헤드를 통과해야 한다. 항공기의 중심에는 임무 통제와 과학 운영 섹션이 있고, 전방 섹션은 교육과 공공 홍보 영역을 주관한다. 열린 기체는 비행기의 공기역학 및 비행 품질에 큰 영향을 미치지 않는다.[15]

NASA의 초청으로 린드버그의 손자 에릭 린드버그는 찰스 린드버그의 대서양 횡단 비행이 완료된 지 80주년이 되는 2007년 5월 21일 이 항공기를 클리퍼 린드버그로 다시 세례했다.[16]

2012년 12월 동안 항공기는 새로운 항전 시스템 및 소프트웨어 업데이트와 함께 유리 조종석 비행 데크 업그레이드를 받았다.[17]

프로젝트 개발

적외선 관측을 위해 항공기를 처음 사용한 것은 1965년 제라드 P. 카이퍼는 금성을 연구하기 위해 NASA Convair 990을 사용했다. 3년 후, 프랭크 로우는 목성과 성운 관측을 위해 아메스 리어젯을 사용했다.[18] 1969년, 공중 플랫폼에 910mm(36인치) 망원경을 장착하기 위한 계획이 시작되었다. 목표는 수증기 흡수 적외선 방사로부터 광학 깊이가 훨씬 낮은 성층권으로부터 천문학을 수행하는 것이었다. 카이퍼 공중전망대라고 명명된 이 프로젝트는 1975년 5월 21일에 헌정되었다. 이 망원경은 천왕성 행성 주변에서 고리 시스템이 발견되는 등 수많은 과학 연구에 중요한 역할을 했다.[19]

더 큰 항공기 탑재 망원경에 대한 제안은 1984년에 공식적으로 제시되었고 3미터 망원경을 탑재할 보잉 747기를 요구했다. 예비 시스템 개념은 1987년에 레드 북에 출판되었다. 독일은 총 비용의 20%를 분담하고 망원경을 제공하기로 합의했다. 그러나 독일 통일과 NASA의 예산 삭감으로 인해 이 프로젝트는 5년 동안 침체되었다. 그 후 NASA는 대학우주연구협회(USRA)에 이 연구를 위탁했고, 1996년 NASA와 독일항공우주센터(DLR)가 소피아 건설과 운영을 위한 양해각서를 체결했다.[20]

소피아 망원경의 1차 거울은 지름이 2.5m로, 열팽창력이 거의 제로인 쇼트 AG가 생산하는 유리세라믹 복합체 제로두르로 제작됐다. 프랑스 세이지엠 그룹의 광학부 리오스크는 벌집 모양의 주머니를 뒤쪽에서 밀링해 무게를 줄였다. 1999년 12월 14일 거울 광을 완성하여 광학 표면에서 8.5나노미터(nm)의 정확도를 달성하였다.[21] 하이퍼볼라 모양의 2차 거울은 실리콘 카바이드로 만들어졌으며, 2000년 5월까지 광택이 완료되었다.[4] 2002년 동안, 이 망원경의 주요 부품들은 독일 아우크스부르크에서 조립되었다. 이것들은 일차 미러 어셈블리, 주 광학 지지대 및 서스펜션 어셈블리로 구성되었다. 시스템을 점검하기 위한 성공적인 통합 테스트가 이루어진 후, 부품들은 에어버스 벨루가 항공기에 탑승하여 텍사스 와코로 운송되었다. 그들은 2002년 9월 4일에 도착했다.[22] 소피아는 2004년 8월 18~19일 폴라리스라는 별의 이미지를 찍음으로써 최초의 지상 기반 '온스카이(on-sky)' 테스트를 마쳤다.[23]

2001년 망원경 문 개발을 맡은 하청업체 3곳이 잇따라 폐업하면서 사업은 더욱 지연됐다. 유나이티드 항공도 파산 보호에 들어갔고 항공기 운영자로서 사업에서 손을 뗐다. 이 망원경은 2004년 독일에서 미국으로 운반되어 기체에 설치되었으며, 지상에서 초기 관측을 하였다.[7]

2006년 2월, 비용이 1억 8500만 달러에서 3억 3천만 달러로 증가하자,[24] NASA는 이 프로젝트를 "검토 중"으로 정하고, 이 프로젝트를 예산에서 삭제함으로써 자금 지원을 중단했다. 2006년 6월 15일, 소피아는 NASA가 소피아의 지속적인 발전에 극복할 수 있는 기술적 또는 프로그램적 난제가 없다고 결론내렸을 때 검토를 통과했다.[25][26]

소피아의 처녀 비행은 2007년 4월 26일 텍사스주 L-3 통합 시스템즈(L-3 IS) 와코 시설에서 이루어졌다.[27] 비행봉투를 부분적으로 확대하고 정비 후 점검을 실시하기 위해 와코에서 간단한 시험 프로그램을 실시한 후, 2007년 5월 31일 에드워즈 공군기지에 있는 NASA 암스트롱 비행 연구 센터로 항공기를 옮겼다. 1단계 하중 및 비행시험은 외부 망원경 캐비티 도어를 닫은 상태에서 항공기 특성을 확인하는 데 사용되었다. 이 단계는 2008년 1월 NASA-암스트롱 비행 연구 센터에서 성공적으로 완료되었다.[28]

2009년 12월 18일, 소피아 항공기는 망원경 문이 완전히 열리는 첫 번째 시험 비행을 실시했다. 이 단계는 79분 비행 중 2분간 지속되었다. 소피아의 망원경은 2010년 5월 26일 첫을 보았고, M82의 중심과 목성의 형성에서 나온 열이 구름 덮개를 통해 빠져나가는 모습을 보여준다.[29] 초기의 "경로" 과학 관측 비행은 2010년[12] 12월에 시작되었고, 이 전망대는 2014년까지 연간 약 100편의 비행으로 완전한 능력을 갖추게 될 예정이다.[7][28]

2011년 이후, 소피아 임무는 여러 제안 중에서 선택된다. 성공적인 미션은 연간 주기에 따라 일정이 잡히고, 첫 번째 사이클은 2013년에 해당한다. 각 사이클 동안 항공기와 계측기는 몇 가지 다른 임무 사이에 공유된다.[30]

과학적 연구와 관찰

소피아의 주요 과학 목표는 행성 대기 및 표면의 구성, 혜성의 구조, 진화 및 구성, 성간 매체물리학화학 결정, 과 다른 별의 물체의 형성을 연구하는 것이다. 소피아 항공기 운용이 NASA 드라이든에 의해 관리되는 반면, 캘리포니아 마운틴 뷰에 있는 NASA의 에임스 연구 센터에는 이 프로그램의 임무 계획을 관리할 소피아 과학 센터가 있다.[7] 2015년 6월 29일, 왜소행성 명왕성은 멀리 떨어진 별과 뉴질랜드 근처의 지구에 그림자를 생성하여 소피아가 명왕성의 대기를 연구할 수 있도록 하였다.[31]

소피아 과학 — 행성 형성 물질을 생성하는 초신성 잔해 이젝타.

2016년 초 소피아는 40년 만에 처음으로 화성의 대기에서 원자산소를 검출했다.[32] 2017년 초, 그것의 중적외선 관측은 이 거대한 소행성/왜성이 다른 물체로부터 온 소행성 먼지 층으로 코팅되었다는 것을 알아내는 데 도움을 주었다.[33] 2017년 7월, 소피아는 멀리 떨어진 카이퍼 벨트 물체 486958 아로코트항성이 출몰하는 것을 관찰했고, 지상에 기반을 둔 관측소들은 이 소행성을 방문하는 탐사선 뉴호라이즌스를 준비했다.

소피아는 또한 새로운 행성계의 관찰과 복잡한 분자의 탐지에 관한 다른 목표들 가운데에 초점을 맞춘 우주 생물학의 임무에도 이용되어 왔다.[34]

2020년 10월, 천문학자들은 적외선 천문대(SOFIA)를 포함한 몇몇 독립 우주선에 의해 달 표면에서 분자수를 검출했다고 보고했다.[35][36][37][38]

항공 천문학 대사 프로그램(AAA)

소피아는 애초부터 계획한 20년간의 임무 수행 기간 동안 K-12 교사, 과학관 및 천문관 교육자, 공공 홍보 전문가 등 모든 유형의 1,000명 이상의 교육자를 과학자와 파트너로 직접 참여시켜 다양한 공공 교육 및 홍보 활동을 지원하기 위해 설계되었다.[39]교육자들을 통해 전국에 있는 수천 명의 사람들

'소피아 식스'는 소피아의 AAA '시범' 프로그램에 참가하기 위해 미국에서 선발된 최초의 교육자 세트로 2011년 여름 동안 비행했다. 독일은 별도의 지원 절차가 있지만 그해 여름 교사 2명을 파견하기도 했다.[40] 교육자 팀과 교대팀이 경쟁률이 높은 지원 과정에서 선발되었다. NASA와 DLR(독일 우주국)은 다양한 배경에서 온 교육자들을 선발했고, 이들의 기관에는 청각장애인을 위한 학교, 대안교육 현장(개발적 장애자), 매우 부족한 학생, 시골 학교, 그리고 아메리카 원주민 학교 등이 포함됐다. "시범" 주기 이후 AAA 프로그램은 20개 이상의 팀을 비행했고 현재 사이클 5 단계에 있다.[39][41]

스타트랙의 여배우 니켈 니콜스는 2015년 9월 17일 소피아에 탑승했다.[42]

참고 항목

참조

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