מצפה הכוכבים ורה רובין

מצפה הכוכבים ורה סי. רובין (באנגלית: Vera C. Rubin Observatory) שנקרא בעבר טלסקופ המיפוי הסינופטי הגדול (Large Synoptic Survey Telescope - LSST), הוא מצפה כוכבים אסטרונומי הנמצא בבנייה בצ'ילה. משימתו העיקרית תהיה ביצוע מיפוי אסטרונומי סינופטי (Legacy Survey of Space and Time). המצפה ממוקם בגובה 2682 מטרים על פסגת אל פניון של ההר סרו פאצ'ון באזור קוקימבו, בצפון צ'ילה, לצד טלסקופי המחקר האסטרופיזי הקיימים ג'מיני דרום וטלסקופ המחקר הדרומי. המצפה נקרא על שם ורה רובין, אסטרונומית יהודיה-אמריקאית שהייתה חלוצה בגילויים על קצב הסיבוב הגלקטי והשערת קיום החומר האפל.

מצפה הכוכבים ורה סי. רובין הוא יוזמה משותפת של הקרן הלאומית למדע של ארצות הברית (NSF) ומשרד המדע של משרד האנרגיה של ארצות הברית.

מצפה הכוכבים רובין יאכלס את טלסקופ המיפוי סימוניי, טלסקופ מחזיר אור רחב שדה עם מראה ראשית בקוטר 8.4 מטרים אשר יצלם את כל השמיים הזמינים כל כמה לילות. הטלסקופ משתמש בעיצוב חדשני של שלוש מראות, גרסה של אנסטיגמט של שלוש מראות, המאפשר לטלסקופ לספק תמונות חדות על פני שדה ראייה רחב מאוד בקוטר 3.5 מעלות. התמונות יתועדו על ידי מצלמת CCD ברזולוציה של 3.2 ג'יגה-פיקסל, המצלמה הדיגיטלית הגדולה ביותר שנבנתה אי פעם.

תוכנית ה-LSST הוצעה בשנת 2001, ובניית המראה החלה (במימון פרטי) בשנת 2007. לאחר מכן הפך LSST לפרויקט הקרקעי הגדול המדורג בראש הרשימה במיפוי העשורי של האסטרופיזיקה לשנת 2010, והפרויקט החל רשמית ב-1 באוגוסט 2014.

בניית האתר החלה ב-14 באפריל 2015. התצפיות הראשונות בשמיים באמצעות מצלמת ההנדסה התרחשו ב-24 באוקטובר 2024, בעוד שאור ראשון של המערכת המלאה צפוי עד 23 ביוני 2025, ופעולות המיפוי המלאות מתוכננות להתחיל בהמשך 2025. נתוני LSST מתוכננים להפוך לציבוריים לחלוטין לאחר שנתיים.

שם
ממוזער| מצפה הכוכבים ורה סי. רובין ושביל החלב
ביוני 2019, שונה שם המצפה מטלסקופ המיפוי הסינופטי הגדול (LSST) למצפה ורה סי. רובין ביוזמת על ידי חבר הקונגרס של ארצות הברית אדי ברניס ג'ונסון וג'ניפר גונזלס-קולון. השם מכבד את מורשתם של רובין ועמיתיה לחקור את טבעו של החומר האפל על ידי מיפוי וקטלוג של מיליארדי גלקסיות במרחב ובזמן.

רקע
ממוזער| עדשת L1 עבור LSST
ה-LSST הוא המשך של מסורת של מיפויי שמיים. אלה החלו כקטלוגים חזותיים במאה ה-18, כמו קטלוג מסייה. זה הוחלף במיפויים מצולמים, החל מאוסף הלוחות של הרווארד משנת 1885, מיפוי השמיים של האגודה הלאומית לגאוגרפיה - מצפה הכוכבים פאלומר ואחרים. בסביבות שנת 2000, המיפויים הדיגיטליים הראשונים, כמו מיפוי השמיים הדיגיטלי של סלואן (SDSS), החלו להחליף את לוחות הצילום של המיפויים הקודמים.

סקירה כללית
עיצוב טלסקופ המיפוי סימוני ייחודי בקרב טלסקופים גדולים (מראות ראשיות בגודל 8 מטר ומעלה) בכך שיש לו שדה ראייה רחב מאוד: 3.5 מעלות בקוטר, או 9.6 מעלות ריבועיות. זהו יותר מפי שלושה משדה הראיה של הטלסקופים הקיימים בעלי מראות גדולות ביותר, טלסקופ סובארו וטלסקופ Pan-STARRS, ויותר מסדר גודל טוב יותר מרוב הטלסקופים הגדולים. לשם השוואה, גם השמש וגם הירח, כפי שנראה מכדור הארץ, הם 0.5 מעלות לרוחב, או 0.2 מעלות ריבועיות.
ממוזער| דגם בגודל טבעי של מערך חיישני ה־CCD של המצלמה הראשית במוקד של LSST. קוטר המערך הוא 64 ס"מ, והוא יספק 3.2 ג'יגה-פיקסלים לכל תמונה. תמונת הירח (30 דקות קשת) מוצגת כדי להראות את קנה המידה של שדה הראייה.

עיבוד נתוני תמונה
בהתחשב בתחזוקה, מזג אוויר גרוע ואירועים אחרים, המצלמה צפויה לצלם מעל 200,000 תמונות (1.28 פטה-בייט לא דחוס) בשנה, הרבה יותר ממה שניתן לבדוק על ידי בני אדם. ניהול וניתוח יעיל של התפוקה העצומה של הטלסקופ צפוי להיות החלק הקשה ביותר מבחינה טכנית בפרויקט. בשנת 2010, דרישות המחשב הראשוניות הוערכו ב-100 טרה-פלופס של כוח מחשוב ו-15 פטה-בייט של אחסון, דרישות שיעלו ככל שהפרויקט יאסוף נתונים. עד שנת 2018, ההערכות עלו ל-250 טרה-פלופס ו-100 פטה-בייט של אחסון.

לאחר צילום התמונות, הן עוברות עיבוד לפי שלושה לוחות זמנים שונים: מהיר (בתוך 60 שניות), יומי ושנתי.

התוצרים המיידיים הם התראות, המופקות תוך 60 שניות מהתצפית, על עצמים ששינו את בהירותם או מיקומם ביחס לתמונות מאוחסנות של מיקום זה בשמיים. העברה, עיבוד וניתוח של תמונות גדולות כאלה תוך 60 שניות (שיטות קודמות לקחו שעות, על תמונות קטנות יותר) הן בעיה משמעותית בהנדסת תוכנה בפני עצמה. שלב זה של העיבוד יבוצע במתקן ממשלתי מסווג כך שניתן יהיה להסיר אירועים שיחשפו נכסים סודיים של ממשלת ארצות הברית.

כ-10 מיליון התראות ייווצרו בכל לילה. כל התראה תכלול את הפרטים הבאים: 
 אפיון פוטומטרי, אסטרומטרי וצורה של המקור שזוהה
 גזרות של 30×30 פיקסלים (בממוצע) של התבנית ותמונות שונות
 סדרת הזמן (עד שנה) של כל הגילויים הקודמים של מקור זה
 סטטיסטיקות סיכום שונות ("מאפיינים") מחושבות של סדרות הזמן

ההתראות זמינות לקהילה המדעית באופן מיידי, שכן המטרה היא להעביר במהירות כמעט כל מה ש-LSST יודע על כל אירוע נתון, מה שמאפשר סיווג וקבלת החלטות במורד הזרם. טלסקופ LSST ייצר קצב התראות חסר תקדים, מאות בשנייה כאשר הטלסקופ פועל. רוב הצופים יתעניינו רק בחלק זעיר מהאירועים הללו, כך שההתראות יועברו ל"מתווכי אירועים" אשר יעבירו תת-קבוצות לצדדים המעוניינים.

מוצרים יומיים, המתפרסמים תוך 24 שעות מהתצפית, כוללים את כל התמונות מאותו לילה, ואת קטלוגי המקור הנגזרים מתמונות שונות. זה כולל פרמטרים מסלוליים מחושבים עבור עצמים במערכת השמש.

מוצרי נתוני שחרור שנתיים יהיו זמינים פעם בשנה, על ידי עיבוד מחדש של כל מערך הנתונים המדעיים עד כה. אלה כוללים:
 תמונות מכוילות
 מדידות של מיקומים, שטפים וצורות
 תיאור קומפקטי של עקומות אור
 קטלוג של כ-6 מיליון עצמים במערכת השמש, כולל מסלוליהם
 קטלוג של כ-37 מיליארד עצמים בשמיים (20 מיליארד גלקסיות ו-17 מיליארד כוכבים), שלכל אחד מהם יותר מ-200 תכונות.

מטרות מדעיות
ממוזער| השוואה בין מראות ראשיות של מספר טלסקופים אופטיים - ה-LSST, עם החור המרכזי הגדול מאוד שלו, נמצא קרוב למרכז התרשים.
LSST יכסה כ-18,000 מעלות מרובעות של השמיים הדרומיים עם שישה מסננים במיפוי העיקרי, עם כ-825 ביקורים בכל נקודה. מגבלות העוצמה של 5σ ( יחס אות לרעש גדול מ-5) צפויות להיות עצמים ברמת בהירות של עד 24.5 בתמונות בודדות, ועד 27.8 באמצעות שימוש בסכימה של תמונות מרובות.

המיפוי העיקרי ייקח כ-90% מזמן התצפית. 10% הנותרים ישמשו להשגת כיסוי משופר עבור מטרות ואזורים ספציפיים. זה כולל תצפיות עמוקות מאוד (עד רמת בהירות נמוכה של r ~ 26), זמני חזרה קצרים מאוד (בערך דקה אחת), תצפיות על אזורים "מיוחדים" כגון המילקה, מישור הגלקסיה, ענני מגלן, ואזורים המכוסים בפירוט על ידי מיפויים אחרים שהם מרובי אורכי גל.

מטרות מדעיות ספציפיות של LSST כוללות:
 חקר אנרגיה אפלה וחומר אפל על ידי מדידת עדשות כבידה חלשות, ופוטומטריה של סופרנובות מסוג Ia.
 מיפוי עצמים קטנים במערכת השמש, במיוחד אסטרואידים קרובים לכדור הארץ ועצמים בחגורת קויפר . LSST צפוי להגדיל את מספר האובייקטים המקוטלגים פי 10-100. זה גם יעזור בחיפוש אחר כוכב הלכת התשיעי המשוער.
 גילוי אירועים אסטרונומיים חולפים, כולל נובות, סופרנובות, התפרצויות קרני גמא, השתנות קוואזרים ועדשות כבידה, ומתן הודעות מהירות על אירועים אלו כדי לאפשר מעקב מעמיק יותר על ידי טלסקופים אחרים.
 מיפוי שביל החלב .

בשל שדה הראייה הרחב והרגישות שלו, LSST צפוי להוביל בגילוי מקבילות אופטיות לאירועי גלי כבידה שיזוהו על ידי LIGO ומצפי גלי כבידה אחרים בעתיד.

כמו כן, סביר שכמות הנתונים העצומה שתיווצר תוביל לתגליות מקריות נוספות.

נאס"א קיבלה משימה מהקונגרס האמריקאי לאתר ולקטלג 90% מאוכלוסיית האסטרואידים הנמצאת במסלול קרוב לכדור הארץ בגודל של 140 מטרים ומעלה. ההערכה היא ש-LSST, כשלעצמו, מסוגל לזהות 62% מעצמים כאלה, ולדברי האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית, הארכת המיפוי מעשר שנים לשנים עשר תהיה הדרך היעילה ביותר מבחינת עלות להשלמת המשימה.
ממוזער| המכלול עליון מורד על ידי עגורן של 500 טון (מרץ 2021)

השפעה אפשרית של מערכי לוויינים
בזמן צילום חשיפה ארוכה של השמיים, לוויין יכול לחצות את שדה הראייה ולהשאיר פס על התמונה. בעוד שניתן יהיה לדמות ולהסיר פס לוויין, רעש הפואסון השיורי הופך את יחס אות לרעש של הפיקסלים המתוקנים לנמוך מדי מכדי שיהיה בעל ערך מדעי.

סטארלינק שיגרה 7,000 לוויינים למסלול נמוך סביב כדור הארץ (LEO), עם תוכניות להרחיב את מספרם ל-12,000 עם אפשרות להרחבה ל-34,400. גם אם סטארלינק לא יגיע לגודלו המתוכנן, הזרם המתמיד של מערכי לוויינים מתוכננים אחרים הוביל לדאגה לגבי האופן שבו לוויינים עלולים להשפיע על תצפיות אסטרונומיות בכלל ועל LSST בפרט.

מצפה הכוכבים רובין ביצע סימולציה של שינוי אסטרטגיית התצפית שלהם כדי להימנע מרצפי לוויינים. הם גילו כי יהיה עליהם לוותר על כ-10% מזמן התצפית הכולל הזמין, כדי להפחית את מספר פסי הלוויין פי שניים. מחקרי מעקב הראו שאפילו במקרה שיהיו במסלול לוויני נמוך 30,000 לוויינים, רק 8% מכלל תמונות המדע יכילו פס לוויינים, מה שיוביל לאובדן של כ-0.04% מכלל הפיקסלים בעלי ערך מדעי. אפשרויות נוספות למניעת פסים של לוויינים כוללות סגירת תריס המצלמה כאשר צפוי שלוויין לעבור דרכו, אך האובדן ביעילות המערכת הכוללת יהיה גדול בהרבה מאשר פשוט מיסוך פיקסלים המושפעים מהלוויין.

מכיוון שקבוצת הלוויינים סטארלינק נמצאת במסלול לוויני נמוך, לוויינים החולפים בתחום התצפית של הטלסקופ באמצע הלילה עוברים בצל כדור הארץ, מה שהופך אותם לחשוכים ובלתי נראים אפילו על ידי טלסקופים גדולים. לכן, רק תמונות המצולמות במהלך או זמן קצר לאחר רדת החשיכה ולפני הזריחה צפויות להיות מושפעות מפסי לוויין.

גלריה

קישורים חיצוניים





הערות שוליים

קטגוריה:צ'ילה: מצפי כוכבים
קטגוריה:טלסקופים אופטיים