Osservatorio Stratosferico per l'Astronomia Infrarossa - Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy
 SOFIA con la porta del telescopio aperta in volo.
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| Nomi alternativi | SOFIA 
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| Organizzazione | NASA / DLR / USRA / DSI | ||
| Posizione | Aeroporto di Palmdale (la maggior parte dell'anno); Christchurch International Airport (per circa 2 mesi intorno a giugno/luglio) | ||
| Coordinate | 43°29′22″S 172°31′56″E / 43,48944°S 172,53222°E Coordinate: 43°29′22″S 172°31′56″E / 43,48944°S 172,53222°E | ||
| Altitudine | terreno: 702 m (2.303 piedi); in volo: 13,7 km (45.000 piedi) | ||
| Sito web |
SOFIA Science Center NASA SOFIA DLR SOFIA DSI |
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| Telescopi | |||
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.svg)  Posizione dell'Osservatorio stratosferico per l'astronomia all'infrarosso | |||
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L' Osservatorio stratosferico per l'astronomia a infrarossi ( SOFIA ) è un progetto congiunto 80/20 della NASA e del Centro aerospaziale tedesco (DLR) per costruire e mantenere un osservatorio aereo . La NASA ha assegnato il contratto per lo sviluppo del velivolo, il funzionamento dell'osservatorio e la gestione della parte americana del progetto alla Universities Space Research Association (USRA) nel 1996. Il DSI (Deutsches SOFIA Institut) gestisce le parti tedesche del progetto che sono principalmente legati alla scienza e al telescopio. Il telescopio SOFIA ha visto la prima luce il 26 maggio 2010. SOFIA è il successore del Kuiper Airborne Observatory . Durante i voli notturni di 10 ore, osserva i campi magnetici celesti, le regioni di formazione stellare, le comete, le nebulose e il centro galattico .
Servizio, struttura
SOFIA si basa su un aereo a fusoliera larga Boeing 747SP che è stato modificato per includere una grande porta nella fusoliera di poppa che può essere aperta in volo per consentire l' accesso al cielo di un telescopio riflettore di 2,5 m (8,2 piedi) di diametro . Questo telescopio è progettato per osservazioni di astronomia a infrarossi nella stratosfera ad altitudini di circa 12 chilometri (41.000 piedi). La capacità di volo di SOFIA gli consente di superare quasi tutto il vapore acqueo nell'atmosfera terrestre, impedendo ad alcune lunghezze d'onda infrarosse di raggiungere il suolo. All'altitudine di crociera del velivolo, sarà disponibile l'85% dell'intera portata dell'infrarosso. L'aereo può anche viaggiare sopra quasi ogni punto della superficie terrestre, consentendo l'osservazione dagli emisferi nord e sud.
I voli di osservazione vengono effettuati tre o quattro notti a settimana. L'Osservatorio SOFIA ha sede presso l' Armstrong Flight Research Center della NASA presso l'aeroporto regionale di Palmdale , in California, mentre il SOFIA Science Center ha sede presso l' Ames Research Center , a Mountain View, in California.
Il telescopio
SOFIA utilizza un telescopio riflettore di 2,5 m (8,2 piedi) , che ha uno specchio primario sovradimensionato di 2,7 m (8,9 piedi) di diametro, come è comune con la maggior parte dei grandi telescopi a infrarossi. Il sistema ottico utilizza un riflettore Cassegrain con uno specchio primario parabolico e un secondario iperbolico configurabile a distanza . Per inserire il telescopio nella fusoliera, il primario è sagomato con un numero f di 1,3, mentre il layout ottico risultante ha un numero f di 19,7. Uno specchio piatto, terziario, dicroico viene utilizzato per deviare la parte infrarossa del raggio verso il fuoco di Nasmyth dove può essere analizzata. Uno specchio ottico situato dietro lo specchio terziario viene utilizzato per un sistema di guida della telecamera.
Il telescopio guarda fuori da una grande porta sul lato sinistro della fusoliera vicino alla coda dell'aereo e inizialmente trasportava nove strumenti per l'astronomia a infrarossi a lunghezze d'onda da 1 a 655 micrometri (μm) e per l' astronomia ottica ad alta velocità a lunghezze d'onda da 0,3 a 1,1 micron. Gli strumenti principali sono la FLITECAM, una telecamera nel vicino infrarosso che copre 1–5 μm; FORCAST, che copre la gamma del medio infrarosso di 5-40 μm; e HAWC, che abbraccia il lontano infrarosso nell'intervallo 42-210 μm. Gli altri quattro strumenti includono un fotometro ottico e spettrometri a infrarossi con varie gamme spettrali. Il telescopio di SOFIA è di gran lunga il più grande mai posizionato su un aereo. Per ogni missione sarà collegato al telescopio uno strumento scientifico intercambiabile. Sono disponibili due gruppi di strumenti generici. Inoltre, un investigatore può anche progettare e costruire uno strumento per scopi speciali. Il 17 aprile 2012, due aggiornamenti di HAWC sono stati selezionati dalla NASA per aumentare il campo visivo con nuovi array di rilevatori di bolometro con sensore del bordo di transizione e per aggiungere la capacità di misurare la polarizzazione dell'emissione di polvere da fonti celesti.
La cavità aperta che ospita il telescopio sarà esposta a venti turbolenti ad alta velocità. Inoltre, le vibrazioni ei movimenti del velivolo introducono difficoltà di osservazione. Il telescopio è stato progettato per essere molto leggero, con una forma a nido d'ape fresata nella parte posteriore dello specchio e materiale composito polimerico utilizzato per l'assemblaggio del telescopio. Il supporto include un sistema di cuscinetti in olio pressurizzato per isolare lo strumento dalle vibrazioni. Il tracciamento è ottenuto attraverso un sistema di giroscopi, telecamere ad alta velocità e motori a coppia magnetica per compensare il movimento, comprese le vibrazioni del flusso d'aria e dei motori degli aerei. La cabina del telescopio deve essere raffreddata prima del decollo dell'aeromobile per garantire che il telescopio corrisponda alla temperatura esterna per evitare cambiamenti di forma indotti termicamente. Prima dell'atterraggio, il compartimento viene inondato di gas azoto per prevenire la condensazione dell'umidità sull'ottica e sugli strumenti raffreddati.
DLR è responsabile dell'intero assemblaggio e progettazione del telescopio, insieme a due dei nove strumenti scientifici utilizzati con il telescopio; La NASA è responsabile dell'aereo. La produzione del telescopio è stata subappaltata all'industria europea. Il telescopio è di fabbricazione tedesca; lo specchio primario è stato fuso da Schott AG a Mainz, in Germania, con miglioramenti leggeri, con levigatura e lucidatura completate dalla società francese SAGEM-REOSC . Il meccanismo dello specchio secondario a base di carburo di silicio è stato prodotto dal Centro svizzero per l'elettronica e la microtecnologia (CSEM). Una superficie riflettente è stata applicata allo specchio in una struttura in Louisiana, ma il consorzio ora mantiene un impianto di rivestimento dello specchio a Moffett Field , consentendo una rapida ricopertura dello specchio primario, un processo che dovrebbe essere richiesto 1-2 volte all'anno.
L'aereo SOFIA
| SOFIA | |
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| SOFIA durante il volo | |
| Altri nomi) | Osservatorio stratosferico per l'astronomia all'infrarosso, Clipper Lindbergh |
| Tipo | Boeing 747SP-21 |
| Produttore | NASA/DLR |
| Numero di costruzione | 21441/306 |
| Registrazione | N747NA |
| Primo volo | 26 aprile 2007 |
| Proprietari e operatori | NASA |
| In servizio | 2010-oggi |
L'aereo SOFIA è un Boeing 747SP widebody modificato (numero di serie 21441, numero di linea 306; registrazione N747NA; nominativo NASA747). Boeing ha sviluppato la versione SP o "Special Performance" del 747 per voli a lungo raggio, modificando il design del 747-100 rimuovendo sezioni della fusoliera e modificandone pesantemente altre per ridurre il peso, consentendo così al 747SP di volare più in alto, più velocemente e più lontano senza sosta rispetto a qualsiasi altro modello 747 dell'epoca.
Boeing ha assegnato il numero di serie 21441 (numero di riga 306) alla cellula che sarebbe poi diventata SOFIA. Il primo volo di questo aereo è stato il 25 aprile 1977 e Boeing ha consegnato l'aereo alla Pan American World Airways il 6 maggio 1977. L'aereo ha ricevuto la sua prima registrazione aeronautica , N536PA e Pan American hanno messo l'aereo in servizio passeggeri commerciale. Poco dopo, la Pan Am chiamò questo aereo in onore dell'aviatore Charles Lindbergh . Su invito della Pan Am, la vedova di Lindbergh, Anne , battezzò l'aereo Clipper Lindbergh il 20 maggio 1977, cinquantesimo anniversario dell'inizio dello storico volo del marito da New York a Parigi nel 1927.
United Airlines ha acquistato l'aereo il 13 febbraio 1986 e l'aereo ha ricevuto una nuova registrazione aeronautica, N145UA. L'aereo rimase in servizio fino al dicembre 1995, quando la United Airlines lo mise in deposito vicino a Las Vegas.
Il 30 aprile 1997, l' Universities Space Research Association (USRA) acquistò il velivolo per utilizzarlo come osservatorio aereo. Il 27 ottobre 1997 la NASA acquistò l'aereo dall'USRA. La NASA condusse una serie di test di volo "di base" quell'anno, prima di qualsiasi pesante modifica del velivolo da parte di E-Systems (in seguito Raytheon Intelligence and Information Systems e poi L-3 Communications Integrated Systems di Waco, Texas ). Per garantire la corretta modifica, Raytheon ha acquistato una sezione da un altro 747SP, numero di registrazione N141UA, da utilizzare come mock-up a grandezza naturale .
Iniziando i lavori nel 1998, Raytheon progettò e installò una porta di 5,5 m (18 piedi) di altezza (lunghezza dell'arco) per 4,1 m (13,5 piedi) di larghezza nella parte posteriore sinistra della fusoliera dell'aereo che può essere aperta in volo per dare al telescopio accesso al cielo. Il telescopio è montato nella parte posteriore della fusoliera dietro una paratia pressurizzata. Il punto focale del telescopio si trova in una suite di strumenti scientifici nella sezione centrale pressurizzata della fusoliera, che richiede che una parte del telescopio passi attraverso la paratia di pressione. Al centro del velivolo si trova la sezione per il controllo della missione e le operazioni scientifiche, mentre la sezione anteriore ospita l'area educativa e di sensibilizzazione del pubblico. La fusoliera aperta non ha alcuna influenza significativa sull'aerodinamica e sulle qualità di volo dell'aereo.
Su invito della NASA, il nipote di Lindbergh, Erik Lindbergh, ha ribattezzato l'aereo come Clipper Lindbergh , il 21 maggio 2007, l'80° anniversario del completamento del volo transatlantico di Charles Lindbergh.
Nel mese di dicembre 2012 l'aereo ha ricevuto un aggiornamento del ponte di volo della cabina di pilotaggio di vetro insieme a nuovi sistemi avionici e aggiornamenti software.
Sviluppo del progetto
Il primo utilizzo di un aereo per l'esecuzione di osservazioni a infrarossi è stato nel 1965, quando Gerard P. Kuiper ha utilizzato un Convair 990 della NASA per studiare Venere. Tre anni dopo, Frank Low utilizzò l'Ames Learjet per le osservazioni di Giove e delle nebulose. Nel 1969 iniziò la pianificazione per il montaggio di un telescopio da 910 mm (36 pollici) su una piattaforma aerea. L'obiettivo era quello di eseguire l'astronomia dalla stratosfera , dove c'era una profondità ottica molto più bassa dalla radiazione infrarossa assorbita dal vapore acqueo . Questo progetto, chiamato Kuiper Airborne Observatory , è stato dedicato il 21 maggio 1975. Il telescopio è stato determinante in numerosi studi scientifici, inclusa la scoperta del sistema di anelli attorno al pianeta Urano.
La proposta per un telescopio montato su un aereo più grande è stata presentata ufficialmente nel 1984 e prevedeva un Boeing 747 per trasportare un telescopio di tre metri. Il concetto di sistema preliminare è stato pubblicato nel 1987 in un Libro rosso . Fu concordato che la Germania avrebbe contribuito al 20% del costo totale e avrebbe fornito il telescopio. Tuttavia, la riunificazione della Germania e i tagli al budget della NASA hanno portato a uno slittamento di cinque anni nel progetto. La NASA ha quindi appaltato il lavoro all'Associazione per la ricerca spaziale delle università (USRA) e nel 1996, la NASA e il Centro aerospaziale tedesco (DLR) hanno firmato un memorandum d'intesa per costruire e gestire SOFIA.
Lo specchio primario del telescopio SOFIA ha un diametro di 2,5 metri ed è stato realizzato in Zerodur , un composito di vetroceramica prodotto da Schott AG che ha un'espansione termica quasi nulla . REOSC, il reparto ottico del Gruppo SAGEM in Francia, ha ridotto il peso fresando tasche a nido d'ape sul retro. Hanno finito di lucidare lo specchio il 14 dicembre 1999, raggiungendo una precisione di 8,5 nanometri (nm) sulla superficie ottica. Lo specchio secondario a forma di iperbole è stato realizzato in carburo di silicio , con lucidatura completata entro maggio 2000. Nel corso del 2002, i componenti principali del telescopio sono stati assemblati ad Augsburg , in Germania. Questi consistevano nel gruppo dello specchio primario, nel supporto ottico principale e nel gruppo di sospensione. Dopo aver eseguito con successo i test di integrazione per verificare il sistema, i componenti sono stati spediti a Waco, in Texas, a bordo di un aeromobile Airbus Beluga . Sono arrivati il 4 settembre 2002. SOFIA ha completato il suo primo test "on-sky" a terra il 18-19 agosto 2004 scattando un'immagine della stella Polare .
Il progetto è stato ulteriormente ritardato nel 2001, quando tre subappaltatori incaricati dello sviluppo della porta del telescopio hanno cessato l'attività in successione. Anche United Airlines è entrata nella protezione fallimentare e si è ritirata dal progetto come operatore dell'aeromobile. Il telescopio è stato trasportato dalla Germania agli Stati Uniti dove è stato installato nella cellula nel 2004 e le prime osservazioni sono state fatte da terra.
Nel febbraio 2006, dopo l'aumento dei costi da $ 185 milioni a $ 330 milioni, la NASA ha posto il progetto "in fase di revisione" e ha sospeso i finanziamenti rimuovendo il progetto dal suo budget. Il 15 giugno 2006, SOFIA ha superato la revisione quando la NASA ha concluso che non vi erano sfide tecniche o programmatiche insormontabili per il continuo sviluppo di SOFIA.
Il volo inaugurale di SOFIA ha avuto luogo il 26 aprile 2007 presso la struttura di Waco, Texas, dell'L-3 Integrated Systems (L-3 IS). Dopo un breve programma di test a Waco per espandere parzialmente l'inviluppo di volo ed eseguire controlli post-manutenzione, il velivolo è stato trasferito il 31 maggio 2007 all'Armstrong Flight Research Center della NASA presso la base aeronautica di Edwards . La prima fase di carichi e prove in volo è stata utilizzata per verificare le caratteristiche del velivolo con la porta della cavità esterna del telescopio chiusa. Questa fase è stata completata con successo entro gennaio 2008 presso la NASA- Armstrong Flight Research Center.
Il 18 dicembre 2009, l'aereo SOFIA ha effettuato il primo volo di prova in cui la porta del telescopio è stata completamente aperta. Questa fase è durata due minuti del volo di 79 minuti. Il telescopio di SOFIA ha visto la prima luce il 26 maggio 2010, restituendo immagini che mostrano il nucleo di M82 e il calore della formazione di Giove che fugge attraverso la sua copertura nuvolosa. I primi voli di osservazione scientifica "di routine" sono iniziati nel dicembre 2010 e l'osservatorio dovrebbe raggiungere la piena capacità entro il 2014 con circa 100 voli all'anno.
Dal 2011, le missioni SOFIA sono scelte tra diverse proposte. Le missioni di successo sono programmate secondo cicli annuali, con il primo ciclo corrispondente al 2013. Durante ogni ciclo, l'aeromobile e gli strumenti sono condivisi tra alcune missioni diverse.
Illustrazione della livrea SOFIA con porta in posizione aperta e chiusa.
Un aereo di supporto alla missione F/A-18 oscura SOFIA durante un volo di controllo funzionale.
SOFIA durante i test di caratterizzazione del telescopio.
SOFIA sedeva sull'asfalto durante le operazioni notturne del telescopio.
KAO e SOFIA, Centro Ricerche Ames 2008.
Modello di SOFIA al NASA Ames Exploration Center .
Lo strumento HAWC+ montato sul telescopio SOFIA.
Ricerca scientifica e osservazioni
Gli obiettivi scientifici primari di SOFIA sono studiare la composizione delle atmosfere e delle superfici planetarie ; studiare la struttura, l'evoluzione e la composizione delle comete ; determinare la fisica e la chimica del mezzo interstellare ; e per esplorare la formazione di stelle e altri oggetti stellari. Mentre le operazioni degli aerei SOFIA sono gestite dalla NASA Dryden, l' Ames Research Center della NASA a Mountain View, in California, ospita il SOFIA Science Center che gestirà la pianificazione delle missioni per il programma. Il 29 giugno 2015, il pianeta nano Plutone è passato tra una stella lontana e la Terra producendo un'ombra sulla Terra vicino alla Nuova Zelanda che ha permesso a SOFIA di studiare l' atmosfera di Plutone .
Nei primi mesi del 2016, SOFIA rilevato ossigeno atomico in atmosfera di Marte per la prima volta in 40 anni. All'inizio del 2017, le sue osservazioni di 1 Cerere nel medio infrarosso hanno aiutato a determinare che il grande asteroide/pianeta nano era ricoperto da uno strato di polvere di asteroidi proveniente da altri corpi. Nel luglio 2017, SOFIA ha osservato un'occultazione stellare del lontano oggetto della fascia di Kuiper 486958 Arrokoth mentre gli osservatori terrestri hanno fallito questa osservazione, preparando la sonda New Horizons a visitare questo asteroide.
Sofia è stata utilizzata anche per missioni di Astrobiologia, concentrandosi tra gli altri obiettivi sull'osservazione di nuovi sistemi planetari e sulla rilevazione di molecole complesse.
Nell'ottobre 2020, gli astronomi hanno riferito di aver rilevato l'acqua molecolare sulla superficie illuminata dal sole della luna da diversi veicoli spaziali indipendenti, tra cui l'Osservatorio stratosferico per l'astronomia a infrarossi (SOFIA).
Programma Ambasciatori di Astronomia Aerea (AAA)
SOFIA è stato progettato fin dall'inizio per supportare una robusta istruzione pubblica e di sensibilizzazione sforzo che può, per tutta la durata della missione prevista di 20 anni, coinvolgono direttamente più di mille gli educatori di tutti i tipi - K-12 insegnanti, museo della scienza e gli educatori planetario, e specialisti di sensibilizzazione pubblica - come partner dello scienziato e raggiungere centinaia di migliaia di persone in tutta la nazione attraverso questi educatori.
I "SOFIA Six" sono il primo gruppo di educatori selezionati negli Stati Uniti per partecipare al programma AAA "Pilot" di SOFIA e hanno volato durante l'estate del 2011. La Germania ha un processo di candidatura separato, ma ha anche volato con due insegnanti quell'estate. I team di educatori e i supplenti sono stati selezionati in un processo di candidatura altamente competitivo. La NASA e la DLR (Agenzia spaziale tedesca) hanno selezionato educatori che provenivano da una varietà di ambienti e le loro istituzioni includevano una scuola per non udenti, un sito di istruzione alternativa (con problemi di sviluppo), popolazioni studentesche altamente svantaggiate, scuole rurali e una scuola di nativi americani . Dal ciclo "Pilota", il programma AAA ha fatto volare oltre 20 squadre ed è ora nella sua fase del ciclo 5.
L' attrice di Star Trek Nichelle Nichols è volata a bordo del SOFIA il 17 settembre 2015.
Guarda anche
Riferimenti
link esterno
- SOFIA Science Center , USRA e DSI
- Missione SOFIA , NASA
- Profilo della missione SOFIA di Solar System Exploration alla NASA
- Sito web SOFIA di DLR
- Immagine astronomica del giorno della NASA: il posto vicino al finestrino di SOFIA (25 febbraio 2006)
- Osservatorio stratosferico per l'astronomia all'infrarosso (SOFIA) , Dipartimento di Astronomia e Astrofisica dell'Università di Chicago
- SOFIA: Osservatorio stratosferico per l'astronomia a infrarossi , Moonfest 2009 della NASA