19. august 1999, Smithsonians Chandra X-ray Observatory Center i Cambridge, Massachusetts: et stort rum fuld af computere, overvågningsudstyr og ængstelige forskere. De var ængstelige, fordi efter mange års hårdt arbejde, efter to skrubber-lanceringer og en næsten abort, efter syv booster-raketfyringer, der beskyttede det sarte maskiner på denne måde, og at deres røntgen-teleskop endelig var i bane og ved at åbne op for forretning.
Relateret indhold
- Langt synet
”Det var en ganske scene, ” huskede Leon van Speybroeck, en af mændene, der satte det der. ”Lanceringen foregik på rumfærgen i Columbia, der bærer sin største nyttelast nogensinde. Nu, en måned senere, var vi klar. Så vi sendte computerkommandoer og ventede. Overraskende, 80.000 miles væk, eksploderede vores pyrotekniske enhed - det var som en M-80 fyrværker. Det svingte op på 120 pund-døren på rumfartøjet - lige som planlagt. ”
Kosmiske x-stråler lyste for første gang på de følsomme spejle i det dyrebare teleskop. Forskerne tilbage på Jorden, der overvågede begivenheden, trak deres hovedtelefoner af og skyndte sig ind i billedkammeret. I 45 lange minutter ventede alle med at se, om de ville få et billede fra teleskopet, eller om hele projektet ville ende med ”en spand med brudt glas”, som van Speybroeck udtrykte det.
Derefter annoncerede en videnskabsmand i den klassiske gravmonterede rumalderen: ”Vi får fotoner.”
Først bare en prik på skærmen - fotoner er små lysenheder - derefter en anden og en anden. Efterhånden fremkom et billede af en fjern galakse.
Mere end 23 år i skabelsen, hovedsageligt ved Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, som er en del af Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, og opkaldt efter den afdøde nobelprisvinder Subrahmanyan Chandrasekhar, Chandra-teleskopets første billeder forbløffede de sofistikerede rumvagtere.
Det første officielle Chandra-billede viser kølvandet på en enorm stjernesexplosion i Cassiopeia A, en supernova-rest, der er 10.000 lysår væk, med en sådan klarhed, at en neutronstjerne eller sort hul ser ud til at være synlig i midten.
”Vi ser kollisionen af affaldet fra den eksploderede stjerne med sagen omkring det, ” sagde centerdirektør Harvey Tananbaum og beskrev billedet. ”Vi ser chokbølger storme ud i det interstellare rum med millioner af kilometer i timen, og for første gang et lyst punkt nær midten af resten, der muligvis kan være en sammenbrudt stjerne.”
Et andet tidligt røntgenbillede, der vidner om Chandras styrke og potentiale, kom hele vejen fra en kvasar på seks milliarder lysår væk. Døbt PKS 0637-752 af forskere, det stråler med kraften fra ti billioner soler. Som supplement til Hubble-rumteleskopet, et andet stort rumobservatorium, der nu kredser om Jorden, bør Chandra give forskere mulighed for at analysere nogle af universets store mysterier. I mere end et år har røntgenteleskopet sendt en strøm af billeder, der har begejstret og udfordret det videnskabelige samfund.
For eksempel skabte Chandras observation af Skytten A *, en kilde til radiobølger i kernen af Mælkevejen, som forskere antager, drives af et sort hul 2, 6 millioner gange massen af vores sol, skabte en opstemning sidste vinter. Med den bemærkelsesværdige detektion af en røntgenkilde fra Sag A * er astronomer tættere end nogensinde på at rydde op i mysteriet med det supermassive sorte hul.
Chandras billeder i høj opløsning vil helt sikkert give os ny indsigt i sorte huller, som er rumenheder, der er så tæt, at intet, som ventures lukker, kan undslippe deres tyngdekraft, ikke engang lys. Chandras evne til at undersøge partikler op til det sidste millisekund, før de suges ud af syne, giver astronomer mulighed for at studere tyngdekraften under de mest ekstreme forhold.
Smithsonians Chandra røntgencenter driver det rumbaserede observatorium under kontrakt med NASAs Marshall Space Flight Center i Alabama. Under mit besøg i Smithsonian-centret i Cambridge havde jeg brug for en masse hjælp. (Har en doktorgrad i fysik i forberedende skole.) Wallace Tucker, astrofysiker og talsmand for Chandra, var i stand til at tale mig så meget som nogen kunne.
X-stråler er i den korte ende af lysbølgespektret. Optiske teleskoper kan håndtere stjerner, der udstråler titusinder af varmegrader, men røntgenteleskoper ( Smithsonian, juli 1998) kan observere gasformige genstande op til flere hundrede millioner grader.
En bølge med så fantastisk høj energi er ekstremt svært at fokusere eller rette. Hvis du sætter et konventionelt teleskop foran det, absorberes bølgen simpelthen.
Men jeg afbrød, hvad med mine røntgenbilleder på hospitalet? Ah, svarede Tucker, disse billeder er bare skygger. Knoglerne er tættere end kødet, de skaber en dybere skygge, når x-strålene passerer gennem hele din krop.
”Desuden, ” tilføjede han, ”vi taler om meget længere afstande og finere billeder. Som at se på en krone fra fire miles væk. ”
Løsningen på at rette bølgerne var at designe et spejl, der skulle reflektere strålene i en ekstremt lav vinkel, så de sprang ud, som at springe sten på vand, i stedet for at blive optaget. Derefter kunne de ledes på en elektronisk detektor, lagres og senere overføres til Chandra-centret.
Mens optiske teleskopspejle er skåle, der fokuserer de svage bjælker fra rummet, er Chandras spejle tøndeformet. Fire par af dem er indlejret som russiske dukker for at give et større område, hvor x-strålene kan ramme.
Det var ikke en ny idé. Hans Wolter udførte det grundlæggende designarbejde, en geometrisk opfindelse på papir, i Tyskland i 1952. I 1970'erne tilpassede Riccardo Giacconi med succes dette princip til røntgenstråling. Giacconi gik videre til andre erobringer i 1980'erne, især for at dirigere arbejde på Hubble-rumteleskopet, men hans team fortsatte her. Selvfølgelig skabte et stort antal strålende mennesker Chandra, men jeg synes ikke, det er for meget at sige, at den person, der er ansvarlig for de unikke spejle, verdens store ekspert på deres design, er Leon van Speybroeck, officielt Chandra Telescope Scientist, en MIT-kandidat fra Wichita, Kansas, der har været hos Smithsonian siden de tidlige 1970'ere.
"Giacconi havde ideen i 1960'erne, " bemærkede Tucker, "men NASA var skeptisk. Chandra-spejle er et højdepunkt i Leons karriere. ”Vi taler om et spejl, der er så glat, at hvis det var staten Colorado, ville Pikes Peak være mindre end en tomme høj. Vi taler om glathed inden for et par atomer, glathed, der er praktisk talt matematisk i sin perfektion. Spejle er to til fire fod i diameter, næsten tre fod lange og vejer mere end et ton.
”De var nødt til at lave specielle strukturer bare for at bygge disse spejle, ” fortalte Tucker mig. ”De søgte verden efter slibning af pulvere. Endelig udviklede en fyr i Tennessee en ceriumoxidforbindelse, der blev blandet med en træsaftekstrakt fra Schweiz. ”
Og delikat: rør ved overfladen og fedt fra fingerspidserne kan ødelægge det. Forestil dig ikke kun at bygge disse spejle, men at fikse dem nøjagtigt i kø og så fast, at chokeret ved at blive kastet ud i rummet ikke ville slå dem et hår af kilter.
Jeg studerede et farvefotografi af Cassiopeia A, og det var svært at relatere billedet til de første prikker, der optrådte på pladen. Bygning af portræt er en mødelig proces, den ultimative pointillistkunst.
”Vi registrerer fotonerne ad gangen og holder styr på, hvornår de blev fundet, hvor og hvor meget energi der var i dem, ” fortalte Tucker mig.
Og hvad med kameraet, der registrerer disse fantastiske seværdigheder? Der er to af dem, en høj opløsning, designet af Smithsonian-forskere, med 69 millioner glasrør i et gitter til bestemmelse af den nøjagtige placering og ankomsttidspunkt for hver røntgenstråle, og et billeddannelsespektrometer, et specielt digitalt lignende kamera, hvis ti røntgenfølsomme chips indeholder hver en million pixels til at registrere strålernes position og energi. To specielle screeningsanordninger spreder strålerne i en højenergi-regnbue, ligesom et spektroskop med tusinder af forskellige farver, for at muliggøre undersøgelse af deres kystkemi.
”NASA's Deep Space Network-stationer i Australien, Spanien og Californien sender os dataene, ” fortsatte Tucker. ”Og vi sender tilbage oplysninger, der siger, hvor vi ønsker, at Chandra skal se næste hver 72. time eller deromkring. Målene vælges ved en peer review-proces. ”
Det flyvende observatorium rejser næsten en tredjedel af vejen til månen i en elliptisk bane, der spænder fra 6.000 til 86.400 miles op, når den kredser om Jorden hver 64 timer. I gennemsnit er dens bane 200 gange højere end Hubble-teleskopets.
Der har været andre røntgen-teleskoper, men Chandra kan se objekter, der er 20 gange svagere end noget, de kunne registrere.
Chandras opløsningsstyrke er 0, 5 bue sekunder, hvilket betyder, at den kunne læse bogstaverne i et stopskilt fra 12 miles væk. Eller en avisoverskrift en centimeter høj i en afstand af en halv mil. På den anden side kan den observere røntgenstråler i gasskyer så brede, at det tager lys i fem millioner år at krydse dem. Og det kan studere kvasarer, hvis lys har taget ti milliarder år at komme til os, så vi ser så mange år ind i fortiden. Jeg elsker statistik.
Som Edward Weiler, en top NASA-administrator, udtrykte det: “Historien lærer os, at når du udvikler et teleskop ti gange bedre end det, der kom før, vil du revolutionere astronomien. Chandra er klar til at gøre netop det. ”
