Wetenschap
Sterrenkijken op klaarlichte dag:hoe een telescoop met meerdere lenzen de astronomie verandert
Astronomen van Macquarie University hebben een nieuwe techniek ontwikkeld voor het overdag observeren van hemellichamen, waardoor mogelijk 24 uur per dag visuele monitoring van satellieten mogelijk is en de veiligheid op aarde en in de ruimte aanzienlijk wordt verbeterd.
Hun techniek maakt gebruik van de Huntsman Telescope van de universiteit, een unieke reeks van tien parallel werkende cameralenzen, oorspronkelijk ontworpen voor ultragevoelige nachtelijke hemelobservaties.
In een artikel gepubliceerd in Publicaties van de Astronomical Society of Australia op 20 mei demonstreren de onderzoekers het vermogen van de Huntsman om sterren, satellieten en andere doelen nauwkeurig te meten wanneer de zon hoog boven hun hoofd staat, ondanks dat astronomen traditioneel alleen 's nachts waarnemen.
‘Mensen proberen al eeuwenlang sterren en satellieten overdag te observeren op optische golflengten, maar dat is heel moeilijk gebleken. Uit onze tests blijkt dat de Huntsman opmerkelijke resultaten kan behalen bij daglicht’, zegt hoofdauteur en Ph.D. astrofysica. kandidaat Sarah Caddy, die hielp bij het ontwerpen en bouwen van de Huntsman Telescope.
Caddy werkte samen met een team van Ph.D. studenten en personeel van Macquarie om de Huntsman in te zetten, die vorig jaar zijn officiële opening vierde bij het Siding Springs Observatorium in Coonabarabran.
De telescoop combineert een astronomiecamera en astromechanische focusapparatuur met een reeks van 10 zeer gevoelige 400 mm Canon-lenzen, gericht om hetzelfde stukje hemel te bestrijken.
Omdat de zon het meeste licht van andere hemellichamen wegblaast, observeren astronomen zelden overdag, maar Caddy en haar collega's hebben speciale 'breedband'-filters uitgeprobeerd op een testversie van de Huntsman-telescoop om het meeste daglicht te blokkeren en toch specifieke golflengten van hemellichamen door te laten. passeren.
Deze testversie, een mini-Huntsman pathfinder-telescoop met één lens, geïnstalleerd in het observatorium van de universiteit, stelde het onderzoeksteam in staat verschillende instellingen in een gecontroleerde omgeving te beoordelen zonder de Huntsman-telescoop te beïnvloeden.
Supernova nadert
De functionaliteit van de Huntsman overdag maakt continue monitoring van bepaalde heldere sterren mogelijk die 's nachts maandenlang niet waarneembaar kunnen zijn omdat ze te dicht bij de zon staan.
Een voorbeeld is de rode superreus Betelgeuze, een nabijgelegen ster op ongeveer 650 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Orion in ons Melkwegstelsel.
Betelgeuze is van groot belang voor astronomen, aangezien de ster tussen eind 2019 en 2020 aanzienlijk zwakker werd, waarschijnlijk als gevolg van een grote uitstoot van gas en stof.
‘Zonder deze dagmodus zouden we er pas een paar maanden nadat het explosieve licht de aarde bereikte, een idee van hebben of een van de helderste sterren aan de hemel een supernova is geworden’, zegt co-auteur universitair hoofddocent Lee Spitler, hoofd van Space Projects bij Macquarie's Australische astronomische optica (AAO).
"We weten dat Betelgeuze 'binnenkort' zal ontploffen [in astronomische termen betekent dit ergens tussen nu en miljoenen jaren in de toekomst], maar niet precies wanneer dat zal gebeuren.
"Gedurende ongeveer vier maanden van het jaar is het alleen overdag waarneembaar, omdat de zon op dat moment tussen Betelgeuze en de aarde staat."
Kalibratie met Betelgeuze
Het onderzoek bevestigde dat de fotometriegegevens van de Jager overdag voor Betelgeuze overeenkomen met waarnemingen van observatoria over de hele wereld, en zelfs met ruimtetelescopen.
‘Deze doorbraak maakt de weg vrij voor ononderbroken langetermijnstudies van sterren als Betelgeuze, terwijl ze krachtige uitbarstingen ondergaan tegen het einde van hun leven, waarbij enorme hoeveelheden stellair materiaal worden uitgestoten in de laatste fase van de kosmische cyclus van wedergeboorte’, zegt Spitler. /P>
"Astronomen houden ervan als sterren in de Melkweg een supernova worden, omdat dit ons zoveel kan vertellen over hoe elementen in het universum ontstaan."
Helaas, zo voegt hij eraan toe, zijn supernova's in de Melkweg relatief zeldzaam:de laatste keer dat dit gebeurde was in 1604.
"Maar toen in 1987 een supernova afging in een ministelsel naast ons Melkwegstelsel, was dit zo nuttig voor astronomen dat ze de uitdijende supernova-explosie bijna veertig jaar later nog steeds waarnemen."
Botsingen voorkomen
Het beheersen van observatie overdag levert ook een groot voordeel op op het snel groeiende gebied van situationeel bewustzijn in de ruimte (SSA), dat bestaat uit het nauwkeurig monitoren van een steeds groeiende populatie satellieten, ruimteschroot en andere kunstmatige objecten die in een baan om de aarde draaien.
Er zullen de komende tien jaar meer satellieten worden gelanceerd dan in de hele geschiedenis van de menselijke ruimteverkenning.
“Nu er al ongeveer 10.000 actieve satellieten rond de planeet circuleren en er plannen zijn om in de komende tien jaar nog eens 50.000 satellieten in een lage baan om de aarde te lanceren, is er een duidelijke behoefte aan speciale dag- en nachttelescoopnetwerken om voortdurend satellieten te detecteren en te volgen”, zegt Caddy. P>
Potentiële satellietbotsingen hebben ernstige gevolgen voor communicatie, GPS, weermonitoring en andere kritieke infrastructuur.
Satellietfotometrie, een astronomische techniek waarbij gebruik wordt gemaakt van optische telescopen om veranderingen in de helderheid van hemellichamen te bestuderen, kan waardevolle informatie onthullen, waaronder de samenstelling, leeftijd en toestand van objecten in een baan.
"Door ons open te stellen voor observatie van satellieten overdag kunnen we niet alleen monitoren waar ze zich bevinden, maar ook hun oriëntatie. Dit draagt bij aan de informatie die we krijgen van radar en andere monitoringmethoden, waardoor we worden beschermd tegen mogelijke botsingen", zegt Caddy.
Astro-traktaties
Caddy's team demonstreerde het potentieel van de Huntsman voor andere astronomische waarnemingen waarvoor dag- en nachtdekking nodig is, inclusief monitoringsatellieten.
Het team gebruikte de mini-Huntsman om de technieken gedurende vele maanden te verfijnen, waarbij systematisch factoren als optimale belichtingstijden, observatietiming en nauwkeurige tracking van doelen werden onderzocht, zelfs door atmosferische turbulentie.
"Astronomie overdag is een opwindend vakgebied, en met de vooruitgang op het gebied van camerasensoren, filters en andere technologieën hebben we dramatische verbeteringen gezien in de gevoeligheid en precisie die haalbaar zijn onder omstandigheden bij heldere hemel", zegt Caddy.
Spitler voegt hieraan toe:"We hebben een methodologie voor observatie overdag verfijnd en gedemonstreerd dat dit kan worden gedaan op betaalbare, hoogwaardige apparatuur zoals de Canon-lenzen."
De Huntsman is zo geconstrueerd dat de tien lenzen parallel werken en tien ultrasnelle CMOS-camerasensoren voeden die samen duizenden korte-belichtingsbeelden per seconde kunnen maken.
De aangesloten camera kan beelden verwerken en zeer grote gegevensstromen in een oogwenk beheren, waarbij gebruik wordt gemaakt van robotbesturing om snel bewegende objecten te volgen en vast te leggen, en continue 24-uurs monitoring van objecten mogelijk te maken.
‘Het feit dat we 24 uur per dag nauwkeurige waarnemingen kunnen doen, vernietigt al lang bestaande beperkingen op de vraag wanneer astronomen de hemel kunnen scannen’, zegt Spitler.
"Astronomie overdag zal steeds belangrijker worden naarmate we het volgende ruimtetijdperk binnengaan."