Спектроскопический исследователь Маунакеа - Maunakea Spectroscopic Explorer

Спектроскопический исследователь Маунакеа
MSE on Maunakea at sunset.png
Спектроскопический исследователь Маунакеа на закате
ЧастьОбсерватории Мауна-Кеа
Координаты19 ° 49'31.1 "N, 155 ° 28'12.0" W
Длина волны360–18000 нм
Стиль телескопаоптический телескоп  Отредактируйте это в Викиданных
Диаметр11,25 м
Место сбора78,5 квадратных метров
МонтажАльтазимут
ВложениеКалотт
Страница общин Связанные СМИ на Викискладе?
[редактировать в Викиданных ]

В Спектроскопический исследователь Маунакеа (MSE) это совместный проект нового и расширенного партнерства[1] оживить Телескоп Канада-Франция-Гавайи (CFHT) обсерватории путем замены существующего оптического телескопа 1970-х годов на современный сегментированный зеркальный телескоп и специализированное научное оборудование, при этом существенно повторно используя[2] существующее здание и сооружение саммита Маунакеа. На самом высоком уровне цели MSE заключаются в расширении научных исследований и образования для партнерских сообществ. MSE будет использовать 11,25 метра отверстие телескоп и выделенное мультиобъектное волокно приборы для спектроскопии выполнять обзор научных наблюдений, собирая одновременно спектры более 4000 астрономических целей.

Эскизное проектирование проекта выполнено в начале 2018 года.[3] График проекта предусматривает получение разрешения в 2021 году для перехода к завершающим этапам проектирования и строительства, что приведет к началу ввода в эксплуатацию научных работ в 2029 году.[нужна цитата ]

Фон

Партнерство и финансирование

Первоначально проект MSE сформировался на основе технико-экономического обоснования, проведенного Национальным исследовательским советом Канады, которое продемонстрировало убедительность научных аргументов в пользу создания специализированной многообъектной спектроскопической установки с большой апертурой, а также техническую осуществимость такой установки в качестве модернизации до CFHT. В 2014 году CFHT открыла проектный офис в г. Waimea HI, вести и развивать проект до начала строительства.[1] Участники MSE в 2018 году состоят из организаций национального или государственного уровня в Канаде, Франции, Гавайях, Австралии, Китае и Индии, а CFHT Corp. является исполнительным агентством проекта. Группы университетов в Испании также играли ключевую роль в проектировании на ранних этапах проекта. Проектом управляет группа управления, в которую входят члены от каждого из участников. Работа по проектированию проекта финансируется за счет денежных средств, которыми управляет Группа управления и выплачивает CFHT Corp, а также за счет работы натурой большинства участников.

Процесс утверждения строительства

Ведущими документами в управлении землями Маунаакеа являются Генеральный план заповедника Мауна-Кеа.[4] (Июнь 2000 г.) и Комплексный план управления Мауна-Кеа[5] (2009 и 2010). В Генеральном плане CFHT прямо признается, что CFHT будет одним из мест проведения саммита, который будет реконструирован, а Комплексный план управления предписывает процесс разработки и утверждения. Хотя запланированные изменения для MSE имеют меньшее влияние, чем те, которые классифицируются как «перепланировка» в Генеральном плане и Административных правилах штата, MSE подлежит процессам утверждения, которые определены в этих документах и ​​управляются Гавайским департаментом земельных и природных ресурсов. Ресурсы (DLNR).

CFHT занимает участок на Маунакее в субаренду генеральной аренде S-4191 между штатом Гавайи и Гавайским университетом (UH). Генеральная аренда наделяет UH правами и обязанностями работать в заповеднике Мауна-Кеа и управлять им до 31 декабря 2033 года. В настоящее время UH пытается продлить Генеральную аренду. Перед тем, как MSE войдет в фазу строительства, проект должен иметь как проект, одобренный DLNR, так и способность работать после 2033 года в рамках возобновленного генерального договора аренды для научного заповедника Maunakea.

Цели проекта

Научные цели

Научные цели MSE были разработаны международной научной группой и описаны в Подробном научном кейсе MSE.[6] Подробный научный пример разрабатывает и обосновывает научное обоснование для 12 наблюдательных опросов, каждое из которых касается ключевого научного вопроса, и группирует эти 12 случаев по трем научным темам:

  1. Происхождение звезд, звездных систем и звездного населения Галактики,
  2. Связывание галактик с крупномасштабной структурой Вселенной и
  3. Освещая темную вселенную.

Набор из шести исследовательских программ, которые уникально возможны с MSE[7] [ref] используются для определения и ограничения технических характеристик обсерватории.

1. Экзопланеты и звездная астрофизика.

MSE обеспечит спектроскопические характеристики при высоком спектральном разрешении и высоком отношении сигнал / шум слабого конца (g ~ 16) ПЛАТОН целевое распределение, что позволяет проводить статистический анализ свойств звезд, на которых расположены планеты, в зависимости от звездных и химических параметров. Это позволит провести весьма полные статистические исследования преобладания звездной множественности в режиме горячих юпитеров для этой и других выборок, а также напрямую измерить доли двойных звезд вдали от Солнечное соседство.

2. Химическая маркировка во внешнем Млечном Пути

MSE сосредоточится на изучении внешних компонентов Галактики: ореола, толстого диска и внешнего диска, которые недоступны для телескопов 4-метрового класса, в основном благодаря использованию его уникальных возможностей для экспериментов по химической маркировке. Химия может быть использована в дополнение к фазовому пространству или вместо него для выявления звездных ассоциаций, которые представляют собой остатки строительных блоков Галактики. MSE будет продвигать эти методы, чтобы помочь реализовать «Новую Галактику» Фримена и Бланд-Хоторна.[8]

3. Исследование динамики темной материи.

MSE исследует динамику темная материя во всех астрономических пространственных масштабах. Для Млечного Пути карликовые галактики, MSE получит полные выборки десятков тысяч звезд-членов очень большого радиуса и с несколькими эпохами для идентификации и удаления двойных звезд. Такой анализ позволит получить профиль внутренней темной материи с высокой точностью и исследовать окраины ореолы темной материи которые объясняют внешние приливные возмущения, когда карлики вращаются вокруг Галактики. В галактическом гало высокоточное картирование лучевых скоростей каждого известного звездного потока покажет степень нагрева за счет взаимодействия с темными субгало и наложит строгие ограничения на функцию масс темных субгало вокруг L * галактика. В масштабах скоплений MSE будет использовать галактики, планетарные туманности и шаровые скопления в качестве динамических индикаторов, чтобы обеспечить полностью согласованный портрет ореолов темной материи на функция массы.

4. Изучение связи между галактиками и крупномасштабной структурой Вселенной.

MSE будет измерять, как галактики эволюционируют и растут относительно структуры темной материи, в которую они встроены. Это делается путем сопоставления распределения звездных популяций и сверхмассивных черных дыр с ореолами темной материи и нитевидными структурами, которые доминируют над массовой плотностью Вселенной, и делает это во всех массовых и пространственных масштабах. MSE обеспечит прорыв во внегалактической астрономии, связав образование и эволюцию галактик с окружающей средой. крупномасштабная структура, во всем диапазоне соответствующих пространственных масштабов (от килопарсек к мегапарсек ).

5. После событий, зависящих от времени

MSE будет выполнять спектроскопическое наблюдение за переменными во времени событиями, обнаруженными LSST, СКА и другие обзоры переходных процессов всего неба. Благодаря большому преимуществу мультиплексирования и хорошему перекрытию неба с другими съемками, MSE может обеспечивать с большой апертурой отслеживание слабых переходных процессов с использованием нескольких волокон, одновременно продолжая непрерывное наблюдение основных программ съемки с оставшейся частью установленного набора волокон.

6. Рост сверхмассивных черных дыр.

MSE проведет внегалактическую программу во временной области, чтобы напрямую измерить темпы аккреции и массу большой выборки сверхмассивных черные дыры через отображение реверберации. Эта информация важна для понимания физики аккреции и отслеживания роста черной дыры в космическом времени. Картирование реверберации - единственный независимый от расстояния метод измерения масс черной дыры, применимый на космологических расстояниях. MSE значительно расширит несколько десятков секунд относительно низкой светимости. AGN которые в настоящее время проводят измерения масс своих черных дыр на основе этой техники.

Образование и социальная ответственность

Дополняя свои научные цели, MSE улучшит образование, в частности, STEM [наука, технология, инженерия и математика] в партнерских сообществах. В то время как детали того, как MSE будет использоваться для поддержки образования, разрабатываются в этих сообществах, CFHT имеет проверенный послужной список с рядом инновационных образовательных и общественных программ, таких как стипендиаты Maunakea[9] программа, которая вовлекает гавайское сообщество. Концепции, проверенные в рамках существующих проектов CFHT, имеют более широкое применение во всем международном партнерстве. Такие программы обеспечат основу для распространения проектов развития на другие области STEM.

Обсерватория

Телескоп и корпус

Вид в разрезе планируемого саммита MSE, показывающий телескоп в новом корпусе телескопа.

Телескоп MSE будет использовать высотно-азимутальная монтировка телескопа поддерживает сегментированное главное зеркало с эффективным диаметром апертуры 10 метров. Концепция крепления выполнена в виде хомута и телескопической трубы с открытой пространственной рамой, обеспечивающей очень хорошие механические характеристики.[10] Телескоп оптически сконструирован как телескоп с основным фокусом, использующий сегментированное главное зеркало из 60 сегментов по 1,44 м, обеспечивающее описанную апертуру 11,25 м, и пятиэлементный широкопольный корректор, обеспечивающий 1,5 квадратных градуса скорректированного поля зрения в оптическом диапазоне основного фокуса. фокальная поверхность телескопа. Компенсация атмосферной дисперсии является неотъемлемой функцией оптики широкопольного корректора. Диаметр апертуры MSE 11,25 метра требует замены корпуса канадско-французско-гавайского телескопа, предназначенного для телескопа с апертурой 3,6 метра, на корпус, обеспечивающий подходящую апертуру корпуса, при этом сохраняя массу, которую может выдержать нынешнее здание. Корпус в стиле калотт[11] был выбран как тот, который отвечает требованиям к производительности, включая хороший контроль вентиляции, при этом остается в пределах допустимого массового и финансового бюджета.

Пакет приборов[12] В круговом оптическом поле зрения преобладает гексагональный массив из более чем 4300 роботизированных оптоволоконных позиционеров, каждый из которых измеряет свет на фокальной поверхности кончиком оптического волокна. На внешних поясах между гексагональной решеткой оптоволоконных позиционеров и круговым полем обзора расположены три камеры формирования изображений, используемые для сбора данных наведения телескопа, наведения и измерения фокуса. Ступень механического де-ротатора поддерживает стабильность комплекта приборов в системе координат неба, поскольку параллактический угол изменения во время наблюдений.

Научное оборудование

Научные данные можно получить двумя способами. спектральное разрешение режимы: высокое разрешение около R = 20 000 | 40,000 и режим низкого / среднего разрешения от R = 2,000 до R = 6,000. MSE предназначен для одновременного получения спектров в обоих режимах во время любого наблюдения. Волоконно-оптическая система передачи передает свет, собранный на концах волокна в оптической фокальной плоскости телескопа, на два блока спектрометров, которые будут измерять спектр света, собираемого каждым волокном. Концы волокна располагаются точно в астрономически интересном положении в фокальной плоскости с помощью набора дистанционно управляемых позиционеров наклонных стержневых волокон.[13] каждое из них отвечает за одно волокно, доставляющее свет в один из двух блоков спектрометров. Система передачи волокна[14] использует волокна с высокой числовой апертурой для оптического прямого согласования фокусного отношения телескопа и обеспечения хорошей механической стабильности и оптической пропускной способности при минимальном ухудшении фокусного отношения. Диаметр сердцевины волокна, который устанавливает размер неба, отбираемого каждым концом волокна, отличается в тех волокнах, которые используются в режиме высокого разрешения, от тех, которые используются в режиме низкого / среднего разрешения, из-за разницы в угловых размерах астрономических целей. ожидается в каждом режиме.

Спектрометры высокого разрешения MSE расположены в бетонной опоре под телескопом. Этот набор спектрометров измеряет спектры света, излучаемого 1000 или более волокнами, каждое из которых рассеяно в трех спектральных окнах, распределенных в диапазоне видимого света прибора (от 360 до 900 нм).[15] Спектрометры низкого / среднего разрешения расположены на телескопе, на опорных платформах на азимутальной конструкции. Этот набор спектрометров измеряет спектры света, излучаемого 3200 или более волокнами, каждое из которых рассеивается в четырех спектральных окнах. Окна обеспечивают непрерывный охват длины волны в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах от 360 нм до примерно 1,8 мкм при работе с самым низким разрешением (разрешение около 3000) или примерно половину покрытия длины волны при работе с умеренным разрешением ( разрешение около 6000).[16]

Научные экспозиции калибруются с использованием ламп как на телескопе, так и вне телескопа, а также с использованием сумеречного неба.[17] В течение ночи наблюдения лампы на телескопе освещают входы оптоволокна лампами, которые дают широкий спектр энергии во всем диапазоне длин волн («квартиры»), и лампами, которые имеют ряд узкополосных линий излучения («дуг»), таких как лампы с полым катодом. Измерения плоской лампы и калибровки дуги выполняются в ночное время с использованием системы калибровки на телескопе до и после каждого научного наблюдения, при этом крепление телескопа и оптоволоконный позиционер находятся в той же конфигурации, что и при научных наблюдениях. Измерения плоской лампы и калибровки дуги также выполняются в дневное время с использованием системы калибровки вне телескопа, которая может обеспечить измерение с более высоким отношением сигнал / шум. Плоскости лампы также используются в базовой конфигурации телескопа и позиционера для измерения относительной энергии сумеречных плоскостей и плоскостей лампы. Измерения плоской калибровки в сумерках используются для более точного представления распределения энергии, которое видит телескоп во время наблюдения, чем это возможно с помощью только калибровочных измерений лампы.

Данные

Оптимальное планирование MSE - сложная многогранная проблема.[18] Каждая «матрица наблюдений» (одно наблюдение, сделанное при наведении одного телескопа и набор связанных положений волокон) нацелена на спектры от более чем 4300 волокон, указывающих на объекты, выбранные из нескольких одновременных съемок, а также на калибровочные цели и возможные цели, а также со спектрографами. и действительно, ветви спектрографов конфигурируются по-разному в каждой матрице наблюдения. Объекты выбираются для включения в любую матрицу наблюдений на основе научного приоритета, критичности по времени, условий наблюдения, яркости источника, яркости неба, потребностей в калибровке и выхода волокна (доля кончиков волокон, которые могут быть размещены на полезных научных объектах) . Определены программные инструменты для автоматизации шагов в последовательности операций, начиная от определения опроса и заканчивая доставкой научных данных. Конечный продукт данных, который предоставит MSE, - это двухмерные изображения спектров и одномерные спектры, скорректированные с учетом сигнатуры обсерватории, спектрально откалиброванные и совместно добавленные, когда были выполнены несколько измерений одного и того же объекта с одинаковым разрешением. Политика предоставления данных будет завершена по мере приближения проекта к началу строительства и, как ожидается, будет включать немедленную публикацию данных для ученых и исследовательских групп партнерских организаций, а также более позднюю публикацию для общественности.

Саммит Маунакеа

MSE разработан для достижения своих научных целей с наименьшим возможным воздействием на саммит Маунакеа как во время строительства, так и при эксплуатации образовавшейся обсерватории.[2] Проект представляет собой модернизацию существующего объекта CFHT, и в основном это замена телескопа, купола и приборов в текущем здании и повторное использование существующих фундаментов без изменений. Некоторая перестановка оборудования и пространства в текущем здании необходима для удовлетворения потребностей MSE, а также изменений нормативных требований к зданию с момента первоначального строительства, но цель проекта - это здание, которое выглядит практически идентично нынешнему зданию саммита CFHT. . Внутренняя структура здания будет улучшена, чтобы обеспечить лучшую производительность во время сейсмических событий, а также для размещения нового корпуса и большего телескопа. Другие изменения включают перемещение оборудования и лабораторий, чтобы лучше отводить тепло от места наблюдения, а также предоставление места для рутинных операций очистки и нанесения покрытия на сегментированные зеркала.

В то время как MSE будет управляться удаленно из здания штаб-квартиры Waimea для всех ночных операций, в здании саммита по-прежнему будут предоставляться средства для управления телескопами и ограждением во время дневных инженерных и ремонтных работ, а также для обеспечения комфорта на рабочем месте и потребностей аварийного персонала в убежище.

Рекомендации

  1. ^ а б Муровинский, Рик; Саймонс, Дуглас А .; McConnachie, Alan W .; Сзето, Кей (27.07.2016). Холл, Хелен Дж; Гилмоцци, Роберто; Маршалл, Хизер К. (ред.). "Maunakea Spectroscopic Explorer: состояние и прогресс крупного проекта реконструкции сайта". Наземные и бортовые телескопы VI. 9906: 99061I. Bibcode:2016SPIE.9906E..1IM. Дои:10.1117/12.2234471. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  2. ^ а б Бауман, Стивен Э .; Баррик, Грег; Бенедикт, Том; Бильбао, Армандо; Хилл, Алексис; Flagey, Николас; Элизарес, Кейси; Гедиг, Майк; Грин, Грег (2018-07-10). Операции обсерватории: стратегии, процессы и системы VII. 10704. п. 66. arXiv:1807.08044. Дои:10.1117/12.2311350. ISBN  9781510619616.
  3. ^ Сзето, Кей; Саймонс, Дуг; Бауман, Стивен; Хилл, Алексис; Флажи, Николас; МакКонначи, Алан; Миньот, Шан; Муровински, Ричард (2018-07-06). Спектроскопический исследователь Маунакеа, продвигающийся от концептуального дизайна. 10700. п. 54. arXiv:1807.08014. Дои:10.1117/12.2314067. ISBN  9781510619531.
  4. ^ «Генеральный план научного заповедника Мауна-Кеа». Офис Maunakea Management. Получено 2018-07-13.
  5. ^ «Комплексный план управления». Офис Maunakea Management. Получено 2018-07-13.
  6. ^ МакКонначи, Алан; Бабузио, Карин; Балог, Майкл; Водитель, Саймон; Коте, Пат; Куртуа, Элен; Дэвис, Люк; Феррарезе, Лаура; Галлахер, Сара; Ибата, Родриго; Мартин, Николас; Роботэм, Аарон; Венн, Ким; Вильявер, Ева; Бови, Джо; Боселли, Алессандро; Коллесс, Мэтью; Comparat, Johan; Денни, Келли; Дюк, Пьер-Ален; Эллисон, Сара; Ричард де Грийс; Фернандес-Лоренцо, Мириан; Фриман, Кен; Гухатхакурта, Раджа; Холл, Патрик; Хопкинс, Эндрю; Хадсон, Майк; Джонсон, Эндрю; и другие. (2016). «Подробное научное обоснование для спектроскопического исследователя Маунакеа: состав и динамика слабой Вселенной». arXiv:1606.00043 [Astro-ph.IM ].
  7. ^ МакКонначи, Алан; Бабузио, Карин; Балог, Майкл; Водитель, Саймон; Коте, Пат; Куртуа, Элен; Дэвис, Люк; Феррарезе, Лаура; Галлахер, Сара; Ибата, Родриго; Мартин, Николас; Роботэм, Аарон; Венн, Ким; Вильявер, Ева; Бови, Джо; Боселли, Алессандро; Коллесс, Мэтью; Comparat, Johan; Денни, Келли; Дюк, Пьер-Ален; Эллисон, Сара; Ричард де Грийс; Фернандес-Лоренцо, Мириан; Фриман, Кен; Гухатхакурта, Раджа; Холл, Патрик; Хопкинс, Эндрю; Хадсон, Майк; Джонсон, Эндрю; Кайзер, Ник (2016). «Краткий обзор спектроскопического исследователя Маунакеа». arXiv:1606.00060 [Astro-ph.IM ].
  8. ^ Фримен и Бланд-Хоторн (2002). «Новая галактика: признаки ее образования». Анну. Rev. Astron. Астрофизики. 40: 487–537. arXiv:Astro-ph / 0208106. Bibcode:2002ARA & A..40..487F. Дои:10.1146 / annurev.astro.40.060401.093840.
  9. ^ "Ученые Маунакеи - Ученые Маунакеа". maunakeascholars.com. Получено 2018-08-01.
  10. ^ Мурга, Гайка; Сзето, Кей; Бауман, Стив; Уррутия, Рафаэль; Муровинский, Рик; Бильбао, Армандо; Лоренц, Томас Э. (2018-07-06). Наземные и бортовые телескопы VII. 10700. п. 63. Дои:10.1117/12.2313157. ISBN  9781510619531.
  11. ^ Сзето, Кей. «Технический обзор и ключевое пространство для проектирования для MSE» (PDF).
  12. ^ Хилл, Алексис; Flagey, Николас; МакКонначи, Алан; Муровинский, Рик; Сзето, Кей (2018-07-06). Наземные и бортовые приборы для астрономии VII. 10702. п. 57. arXiv:1807.08017. Дои:10.1117/12.2314266. ISBN  9781510619579.
  13. ^ Смедли, Скотт; Бейкер, Габриэлла; Браун, Ребекка; Гилберт, Джеймс; Гиллингем, Питер; Сондерс, Уилл; Шейнис, Андрей; Венкатесан, Судхаршан; Уоллер, Лью (2018-07-06). Наземные и бортовые приборы для астрономии VII. 10702. п. 58. arXiv:1807.09181. Дои:10.1117/12.2310021. ISBN  9781510619579.
  14. ^ Венн, Ким; Эриксон, Даррен; Крэмптон, Дэвид; Павлучик, Рафаль; Фурнье, Поль; Холл, Патрик; Брэдли, Колин; МакКонначи, Алан; Паздер, Джон (2018-07-09). Наземные и бортовые приборы для астрономии VII. 10702. п. 284. arXiv:1807.08036. Дои:10.1117/12.2312715. ISBN  9781510619579.
  15. ^ Чжан, Кай; Чжоу, Ифэй; Тан, Чжэнь; Сондерс, Уилл; Venn, Kim A .; Ши, Цзяньжун; McConnachie, Alan W .; Сзето, Кей; Чжу, Юнтянь (2018-07-10). Наземные и бортовые приборы для астрономии VII. 10702. п. 289. arXiv:1807.08710. Дои:10.1117/12.2312685. ISBN  9781510619579.
  16. ^ Кайе, Патрик; Сондерс, Уилл; Картон, Пьер-Анри; Лоран, Флоренция; Миньяу, Жан-Эммануэль; Пеконталь, Арлетт; Ричард, Йохан; Йеш, Кристоф (2018-07-11). Наземные и бортовые приборы для астрономии VII. 10702. п. 304. arXiv:1807.09179. Дои:10.1117/12.2314057. ISBN  9781510619579.
  17. ^ McConnachie, Alan W .; Флажи, Николас; Холл, Пэт; Сондерс, Уилл; Сзето, Кей; Хилл, Алексис; Миньо, Шан (2018-07-10). Операции обсерватории: стратегии, процессы и системы VII. 10704. п. 62. arXiv:1807.08029. Дои:10.1117/12.2313606. ISBN  9781510619616.
  18. ^ Флажи, Николас; МакКонначи, Алан; Сзето, Кей; Холл, Патрик; Хилл, Алексис; Эрвье, Калум (10.07.2018). Операции обсерватории: стратегии, процессы и системы VII. 10704. п. 33. arXiv:1807.08019. Дои:10.1117/12.2313027. ISBN  9781510619616.

внешняя ссылка