Was macht das Inouye-Sonnenteleskop, was andere Teleskope nicht tun?
Das Daniel K. Inouye Sonnenteleskop der NSF ist in mehrfacher Hinsicht bahnbrechend. Sein dreizehn Fuß großer Hauptspiegel wird mehr Sonnenlicht sammeln als jedes andere Sonnenteleskop der Welt. Dies bedeutet, dass es uns die höchste Auflösung und schärfsten Bilder der Sonne geben wird, die jemals aufgenommen wurden. Das Inouye-Sonnenteleskop verwendet eine Kombination aus einem einzigartigen „Off-Axis“ -Teleskopdesign, um Streulicht zu reduzieren, und modernsten Techniken zur Messung von Licht, das von den Magnetfeldern der Sonne gefiltert wird, um die ersten laufenden Messungen von Magnetfeldern in unserer Sonnenatmosphäre oder „Korona“ durchzuführen.
Konkret liefert das Teleskop tägliche Messungen der inneren Korona der Sonne, einer Region, die normalerweise nur während einer Sonnenfinsternis beobachtet werden kann. Die Bereitstellung dieser Art von polarisierten Daten über die Sonnenatmosphäre ermöglicht es Wissenschaftlern, ihr Magnetfeld auf der fundamentalen Skala physikalischer Prozesse zu untersuchen. Dies ist der Schlüssel, um besser zu verstehen, wie Magnetfelder erzeugt und zerstört werden. Das Verständnis dieser Prozesse ist unerlässlich, um eine Plattform für die Entwicklung neuer und verbesserter Instrumente zu bieten, während wir weiterhin mehr über unseren Stern erfahren.
Warum brauchen wir das Inouye-Sonnenteleskop?
Wir leben in der Atmosphäre eines Sterns, der Sonne. Es hat einen enormen Einfluss auf unser Leben und beeinflusst alles, von der Nahrung, die wir essen, bis hin zu der Technologie, von der wir abhängig sind. Das Inouye-Sonnenteleskop ist der Schlüssel zum Verständnis der Physik der Sonne, ihrer Antriebe und ihrer Entwicklung. Das Teleskop wird es Wissenschaftlern ermöglichen, das Magnetfeld der Sonne auf eine Weise zu untersuchen, wie es kein anderes Sonnenteleskop zuvor getan hat. Wir wissen, dass das Magnetfeld ein wesentlicher Bestandteil des dynamischen Verhaltens der Sonne ist, aber es gibt noch viel, was wir nicht darüber wissen, wie sich dieser Magnetismus ändert. Dies zu verstehen ist der Schlüssel, um Vorhersagen darüber zu treffen, wie sich die Sonne in der Vergangenheit verhalten hat, wie sie sich in Zukunft verhalten wird und welche Auswirkungen sie haben wird. Darüber hinaus wird uns das, was wir vom Inouye-Sonnenteleskop lernen, dabei helfen, zu verstehen, wie die Sonne und andere Sterne das Klima ihrer Planeten über lange Zeitskalen, Zeitskalen des Kosmos, beeinflussen.
Warum brauchen Teleskope große Spiegel? Warum ist mehr Licht besser?
Ein größerer Spiegel ist aus dem gleichen Grund besser, weil Ihre Pupillen im Dunkeln größer werden. Je größer Ihre Pupillen werden, desto mehr Licht fangen sie ein. Dies hilft Ihnen, unter Bedingungen, bei denen das Licht begrenzt ist, so gut wie möglich zu sehen. Größere Spiegel und Öffnungen in Teleskopen funktionieren auf ähnliche Weise. Sie fangen mehr Licht ein, um uns zu helfen, sehr schwache und entfernte Objekte zu sehen. Mit dem Inouye-Sonnenteleskop ist jeder Lichtstrahl wertvoll. Das Sonnenlicht wird auf mehrere Instrumente aufgeteilt, so dass wir Daten auf viele verschiedene Arten gleichzeitig sammeln können.
Warum haben wir den Spiegel nicht größer gemacht, um noch mehr zu sehen?
Das Sammeln von Sonnenlicht bedeutet, viel Wärme zu sammeln! Eine der größten technologischen Herausforderungen des Inouye-Sonnenteleskops ist der Umgang mit der Hitze. Wenn Sie den Spiegel vergrößern, sammeln Sie mehr Sonnenlicht und damit noch mehr Wärme! Die Größe des Spiegels des Observatoriums – fast 14 Fuß – bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen der Steuerung der Erwärmungsherausforderungen und der Bereitstellung erstaunlicher Daten. So wie es ist, hat der Hauptspiegel das Siebenfache der Sammelfläche des nächstgrößten Sonnenteleskops!
Wie sagt uns das Studium der Sonne über die Eigenschaften anderer Sterne aus?
Die Sonne ist der einzige Stern im gesamten Universum, dessen Oberfläche wir derzeit in allen Einzelheiten sehen können. Es ist nah genug an uns hier auf der Erde, dass wir seine Sonnenflecken und Filamente, seine Fackeln und seine Eruptionen sehen können. Natürlich ist die Sonne nur einer von Milliarden Sternen, aber wenn wir von der Sonne lernen, was wir können, können wir die physikalischen Eigenschaften anderer Sterne wie Magnetismus, Atmosphäre und Sternaktivität verstehen.
Warum auf Haleakalā bauen?
Haleakalā ist ein hoch gelegener Schildvulkan, der vom Meer umgeben ist. Diese einzigartige Geographie bietet einen Standort 10.023 Fuß über den Wolken, mit einem klaren blauen Himmel und einer stabilen Atmosphäre, die relativ staubfrei ist. Haleakal ist ein besonderer Ort für die Sonnenastronomie. Diese Winde bringen kühle Luft aus Nordosten und sorgen für eine optimale Windströmung über den Berg. Die Winde sind laminar oder glatt, mit geringen Turbulenzen. Turbulenzen, die durch das sich ständig ändernde Wetter der Erde verursacht werden, verzerren die Lichtstrahlen von Moment zu Moment. Diese Verzerrung verursacht das Funkeln entfernter Sterne. Aber die Sterne „funkeln“ auf Haleakalā nicht gleich.
Wie haben sie das Teleskop in die Kuppel bekommen?
Die Telescope Mount Assembly (TMA) – das obere Ende des Inouye–Sonnenteleskops – wurde von Ingersoll Machine Tools, einem Hersteller mit Sitz in Rockford, Illinois, entworfen und gebaut. Die TMA wurde von Grund auf in der Ingersoll-Anlage gebaut. Nachdem die TMA getestet worden war und die erforderlichen Spezifikationen erfüllt hatte, wurde sie demontiert und über den Ozean nach Hawaii verschifft. Die TMA-Teile wurden mit einem hydraulischen Lift außerhalb der Anlage zur Kuppel gehoben. Wie ein Schiff in einer Flasche wurde die TMA im Inneren der Kuppel wieder zusammengebaut.
Wie beschichten sie den Spiegel so präzise?
Die wichtigsten spiegel hat eine sehr dünne (über ein tausendstel die dicke eines menschlichen haar!) aluminium beschichtung, dass bietet eine hoch reflektierende oberfläche für sammeln wertvolle licht partikel. Um eine gleichmäßige Lichtverteilung zu gewährleisten, muss der Spiegel sehr präzise beschichtet werden. Zuerst wird der Spiegel in mehreren Schritten gereinigt, einschließlich einer milden Seifenwäsche, gefolgt von einem chemischen Peeling und einer Säurespülung. Als nächstes wird das Glas nach einer gründlichen Spülung mit entionisiertem Wasser mit Reinraumwischern getrocknet und mit reinem Ethanol abschließend poliert. In der Endreinigungsphase wird eine kleine Menge Argongas in die Beschichtungskammer eingeführt, um ein Plasma zu erzeugen, das den Spiegel ionisch reinigt. Nach der Reinigung und Inspektion wird das Aluminium langsam erhitzt, bis es sich verflüssigt und dann verdampft. Der Aluminiumdampf füllt die Beschichtungskammer und beschichtet alles auf seinem Weg, einschließlich der Spiegeloberfläche und der Wände der Kammer. In nur etwa 15 Sekunden ist die erforderliche Dicke erreicht und der Primärspiegel ist aluminisiert!
Wie messen wir magnetische Feldlinien, indem wir nur Licht sammeln?
Wie auf der Erde sind Magnetfeldlinien auf der Sonne unsichtbar und können daher nicht direkt beobachtet werden. Die Sonnenatmosphäre besteht jedoch aus ionisierten oder geladenen Gasen, die Plasma genannt werden und mit den solaren Magnetfeldern in der gesamten Sonnenatmosphäre verflochten sind. Das Plasma emittiert Licht, das von den Magnetfeldern gefiltert wird. Die Instrumente des Inouye-Sonnenteleskops beobachten dieses emittierte Licht und messen, wie stark das Licht polarisiert ist. Mit Hilfe von Physik und Mathematik können Wissenschaftler dann die Stärke und Richtung des Magnetfelds in der Nähe des emittierten Lichts berechnen.
Wie geben uns Bilder der Sonne Daten über ihre Eigenschaften?
Bilder von der Sonne werden mit speziellen Kameras aufgenommen, die nur bestimmte Wellenlängen oder Lichtfarben in die Kameras lassen. Wir wissen, dass bestimmte Wellenlängen durch Plasma bestimmter Temperaturen und Höhen in der Sonnenatmosphäre erzeugt werden. Daher können die Merkmale, die wir in diesen Wellenlängen beobachten, als diese Temperaturen und Höhen angenommen werden. Zum Beispiel wissen wir, dass ein dunkler Fleck in einem H-Alpha-Bild bedeutet, dass sich dort wahrscheinlich kühles Gas befindet, das das Licht absorbiert, das wir einfangen wollen, und diesen Fleck dunkel macht. Indem wir den Helligkeitsunterschied über das Bild untersuchen und wie sich das Bild mit der Zeit ändert (z. B. eine Videosequenz), können wir ein detailliertes Verständnis der Dynamik auf der Sonne erhalten.
Wer darf das Inouye-Sonnenteleskop benutzen?
Wissenschaftler aus aller Welt können sich für Beobachtungen mit dem Inouye-Sonnenteleskop bewerben. Das Teleskop wird jedoch nur von einem Team erfahrener „Teleskopbetreiber“ und Wissenschaftler betrieben. Die Betreiber erhalten vom „Time Allocation Committee“ (TAC) – einer Gruppe von Solarwissenschaftsexperten sowohl von NSO als auch von der breiteren solarwissenschaftlichen Gemeinschaft – Anleitungen, was wann und wie zu tun ist. Die TAC überprüfen die Anwendungen von Solarwissenschaftlern und priorisieren sie anhand einer Vielzahl von Faktoren.
Wie gelangt Licht durch das Teleskop?
Das erste, was ankommendes Licht sieht, ist der Haupt- oder „Primärspiegel“. Dies ist der große 4-Meter-Spiegel, für den der Inouye berühmt ist. Als nächstes wird das Licht auf einen sehr heißen Punkt fokussiert, wo der „Heat Stop“ platziert wird. Dies ist ein wichtiges Element des Systems, das den größten Teil der Wärme zurückweist, wodurch es sicher ist, den Rest des Lichts in das System zu leiten, ohne die empfindliche Optik zu beschädigen. Das Licht wird durch das Teleskop geleitet, wobei eine Reihe von wesentlichen Spiegeln verwendet wird, die das Licht für die Kameras des Inouye vorbereiten. Das Licht wird nach unten in das Instrument oder „Coudé“ gerichtet, wo es sorgfältig mit der Facility Instrument Distribution Optics oder FIDO aufgeteilt wird. FIDO besteht aus einer Reihe spezialisierter Optiken wie Strahlteiler, Fenster und Spiegel. Durch die Anordnung dieser optischen Werkzeuge auf unterschiedliche Weise werden verschiedene Teile des einfallenden Sonnenlichts in verschiedene wissenschaftliche Kameras eingespeist.
Wie verhindern sie, dass die Spiegel schmelzen oder sich verformen?
Einen 13 Fuß (4 Meter) großen Spiegel direkt auf die Sonne zu richten, stellt viele Herausforderungen dar, nicht zuletzt die Kontrolle der Hitze. Dies erfordert innovative Kühlstrategien, um empfindliche Teleskopausrüstung und Spiegel nicht zu beschädigen. Mehr als sieben Meilen Rohrleitungen verteilen Kühlmittel im gesamten Observatorium. Das Kühlmittel – Dynalen – wird teilweise durch Eis gekühlt, das in der Nacht am Observatorium entsteht. Das Kühlmittel wird im gesamten Observatorium verteilt und über die Rückseite der ersten beiden Spiegel geleitet – die am anfälligsten für hohe Temperaturen sind.