Auf einem Berg im Norden Chiles bereitet sich die größte Digitalkamera der Welt auf ihren Start vor.
Seine Mission ist einfach, aber ehrgeizig: den gesamten Nachthimmel mit extremen Details zu fotografieren und einige der tiefsten Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln.
Die Kamera befindet sich im Vera C. Rubin-Observatorium – einem neuen Teleskop, das kurz vor der Fertigstellung auf dem Cerro Pachón steht, einem 2.682 Meter hohen Berg etwa 300 Meilen (482 Kilometer) nördlich der chilenischen Hauptstadt Santiago – und hat eine Auflösung von 3.200 Megapixel, etwa so viele Pixel wie 300 Mobiltelefone, und jedes Bild wird einen Bereich des Himmels abdecken, der so groß ist wie 40 Vollmonde.
Alle drei Nächte wird das Teleskop den gesamten sichtbaren Himmel abbilden und dabei Tausende von Bildern erzeugen, die es Astronomen ermöglichen, alles zu sehen, was sich bewegt oder seine Helligkeit ändert. Vera Rubin wird voraussichtlich rund 17 Milliarden Sterne und 20 Milliarden Galaxien entdecken, die wir noch nie zuvor gesehen haben – und das ist erst der Anfang.
„Rubin wird so viel bewirken“, sagt Clare Higgs, Astronomie-Outreach-Spezialistin am Observatorium. „Wir erkunden den Himmel auf eine Weise, die wir noch nie zuvor gesehen haben, und geben uns die Möglichkeit, Fragen zu beantworten, an die wir noch nicht einmal gedacht hatten.“
Das Teleskop wird genau ein Jahrzehnt lang den Nachthimmel untersuchen und jede Nacht 1.000 Fotos machen. „In 10 Jahren werden wir über neue Bereiche der Wissenschaft, neue Objektklassen, neue Arten von Entdeckungen sprechen, von denen ich Ihnen jetzt noch nicht einmal erzählen kann, weil ich noch nicht weiß, was sie sind. Und ich denke, das ist eine wirklich aufregende Sache“, fügt Higgs hinzu.
Vorbereitung zur Inbetriebnahme
Das seit 2015 im Bau befindliche Teleskop ist nach der bahnbrechenden amerikanischen Astronomin Vera Rubin benannt, die 2016 starb und unter anderem als erste die Existenz dunkler Materie bestätigte – der schwer fassbaren Substanz, die den Großteil der Materie ausmacht das Universum, das aber nie beobachtet wurde.
Das Projekt wurde Anfang der 2000er Jahre dank privater Spenden, unter anderem der Milliardäre Charles Simonyi und Bill Gates, ins Leben gerufen. Es wurde dann gemeinsam vom Office of Science des Energieministeriums und der US-amerikanischen National Science Foundation finanziert, die es auch zusammen mit dem SLAC National Accelerator Laboratory verwaltet, einem Forschungszentrum der Stanford University in Kalifornien.
Obwohl Rubin ein nationales Observatorium der USA ist, befindet es sich aus mehreren Gründen in den chilenischen Anden, einem Standort, den es mit mehreren anderen Teleskopen teilt. „Für optische Teleskope braucht man einen hohen, dunklen und trockenen Standort“, sagt Higgs und verweist auf Probleme mit Lichtverschmutzung und Luftfeuchtigkeit, die die Empfindlichkeit der Instrumente verringern. „Man wünscht sich eine sehr ruhige und klare Atmosphäre, und die Qualität des Nachthimmels in Chile ist außergewöhnlich, weshalb es hier so viele Teleskope gibt“, fügt sie hinzu. „Es ist abgelegen, aber es ist auch nicht so abgelegen, dass die Datenübertragung vom Berg weg ein Problem darstellt – es gibt eine Infrastruktur, auf der Rubin aufbauen kann.“
Das Teleskop befindet sich derzeit in der letzten Bauphase und wird voraussichtlich im Jahr 2025 in Betrieb genommen. „Wir arbeiten derzeit daran, alle Teile zusammenzubauen, aber sie liegen alle oben auf dem Berg. Das ist ein wichtiger Meilenstein, den wir überschritten haben.“ diesen Sommer.“ Sagte Higgs. „Wir gehen davon aus, dass im Frühjahr nächsten Jahres alles passieren wird: alles zusammenbringen, alles aufeinander abstimmen, sicherstellen, dass alle Systeme von der Spitze bis zu unseren Pipelines und die Daten so aussehen, wie sie sollten, und bestmöglich optimiert sind.“ wir können. Dafür gibt es jahrzehntelange Vorarbeiten, aber man weiß es erst, wenn man alles einschaltet.
Nach einigen Testmonaten wird das Observatorium Ende 2025 seine ersten Beobachtungen machen, obwohl Higgs warnt, dass dieser Zeitplan „fließend“ sei.
„10 Millionen Alarme pro Nacht“
Rubins Hauptmission heißt LSST – für Legacy Survey of Space and Time. „Dies ist eine 10-Jahres-Studie, bei der wir jede Nacht in den Südhimmel schauen und das alle drei Nächte wiederholen. Wir drehen also im Grunde ein Jahrzehnt lang einen Film über den südlichen Himmel“, sagt Higgs.
Die Kamera kann alle 30 Sekunden ein Foto aufnehmen, wodurch alle 24 Stunden 20 Terabyte an Daten generiert werden, also so viel wie die durchschnittliche Person, die drei Jahre lang Netflix schaut oder 50 Jahre lang Spotify hört. Nach Abschluss der Untersuchung werden mehr als 60 Millionen Gigabyte an Rohdaten anfallen.
Die Übertragung jedes Bildes von Chile nach Kalifornien dauert jedoch nur 60 Sekunden, wo KI und Algorithmen es zunächst analysieren, nach Änderungen oder sich bewegenden Objekten suchen und eine Warnung auslösen, wenn etwas gefunden wird.
„Wir erwarten etwa 10 Millionen Alarme pro Nacht vom Teleskop“, sagt Higgs. „Warnungen gelten für alles, was sich am Himmel verändert, und decken eine Reihe wissenschaftlicher Fälle ab, etwa Objekte im Sonnensystem, Asteroiden und Supernovae. Wir sagen Millionen von Sternen im Sonnensystem und Milliarden von Galaxien voraus, weshalb maschinelles Lernen wirklich unerlässlich ist.
Die Daten werden jedes Jahr an eine ausgewählte Gruppe von Astronomen weitergegeben, und nach zwei weiteren Jahren wird jeder Datensatz veröffentlicht, damit die globale Wissenschaftsgemeinschaft daran arbeiten kann, sagte Higgs.
Die Daten sollen vier Hauptforschungsbereiche abdecken: Erstellung einer Bestandsaufnahme des Sonnensystems, die die Entdeckung mehrerer neuer Himmelskörper und möglicherweise des verborgenen Planeten Planet Neun umfasst; kartieren Sie unsere gesamte Galaxie; Erkunden Sie eine spezielle Kategorie von Objekten, die „Transienten“ genannt werden und deren Position oder Helligkeit sich im Laufe der Zeit ändern. und die Natur der Dunklen Materie verstehen.
„Es gibt wahrscheinlich zehn verschiedene Bereiche der Wissenschaft, von denen ich sagen kann, dass Rubin wirklich gut abschneiden wird“, sagt Higgs. „Ich denke, wir werden zum Beispiel in ein paar Monaten mehr Typ-I-Supernovae haben als je zuvor. Für interstellare Objekte haben wir jetzt zwei Kandidaten, aber Rubin wird die Zahl von zwei auf hoffentlich mehr als ein paar erhöhen.
„Es gibt so viele Bereiche, in denen wir von ein paar Dingen zu einer statistisch großen Stichprobe von etwas übergehen, und die wissenschaftliche Wirkung dessen, was das bewirken kann, ist enorm.“
„Revolutionen sind im Gange“
„Die Astronomiegemeinschaft ist vom Vera-Rubin-Observatorium sehr begeistert“, sagt David Kaiser, Professor für Physik und Germeshausen-Professor für Wissenschaftsgeschichte am Massachusetts Institute of Technology. Laut Kaiser soll das Teleskop dazu beitragen, seit langem bestehende Fragen zur Dunklen Materie und Dunklen Energie zu klären, zwei der hartnäckigsten und mysteriösesten Merkmale unseres Universums.
„Das Vera-Rubin-Observatorium wird es Astronomen ermöglichen, die Verteilung der Dunklen Materie wie nie zuvor zu kartieren, basierend darauf, wie dunkle Materie den Weg des gewöhnlichen Sternenlichts beugt – ein Prozess, der als „Gravitation“ bekannt ist“, erklärt Kaiser. „Dunkle Materie scheint im gesamten Universum allgegenwärtig zu sein, aber es bleibt schwierig, genau zu quantifizieren, wie sie sich im Laufe der Zeit in großen Teilen des Nachthimmels zusammengeballt hat“, sagt er und fügt hinzu, dass er weitere Daten über die Verteilung der Dunklen Materie sammelt. , könnte das Vera-Rubin-Observatorium Astrophysikern dabei helfen, seine Eigenschaften zu erkennen.
Ein weiteres seit langem bestehendes kosmisches Rätsel, das Rubin lösen könnte, ist die Jagd nach Planet Neun. Konstantin Batygin, Professor für Planetenwissenschaften am California Institute of Technology und Autor mehrerer wissenschaftlicher Arbeiten zu diesem Thema, sagt, das Teleskop „bietet nicht nur eine echte Chance, Planet Neun direkt zu entdecken, sondern auch, wenn der Planet der Beobachtung entgeht, eine direkte, detaillierte Kartierung durchzuführen.“ Die Untersuchung der dynamischen Architektur des äußeren Sonnensystems – insbesondere der Umlaufbahnverteilung kleiner Körper – wird kritische Tests für die Planet-Neun-Hypothese liefern. Kurz gesagt, fügt er hinzu, das Vera-Rubin-Observatorium sei bereit, unser Verständnis des äußeren Sonnensystems zu revolutionieren und ein „Game Changer“ zu sein.
Nur wenige Astronomen sind von Rubin nicht begeistert, sagt Kate Pattle, Dozentin in der Abteilung für Physik und Astronomie am University College London, weil es den Weltraum auf Größenskalen von lokal – der Verfolgung erdnaher Asteroiden in unserem eigenen Sonnensystem – kartieren wird Je größer, desto größer ist die Verteilung der Dunklen Materie im Universum.
„Rubin wird immer wieder zu denselben Teilen des Himmels zurückkehren, was bedeutet, dass er bei der Untersuchung astronomischer Transienten neue Wege beschreiten wird: Er wird veränderliche Sterne identifizieren, Supernova-Überreste bei ihrem Zerfall verfolgen und sehr energiereiche Gammastrahlen beobachten.“ Strahlenausbrüche und die Variabilität von Quasaren, bei denen es sich um sehr weit entfernte und sehr aktive Galaxien handelt, werden beispiellose Einblicke in die Entwicklung unseres Universums und der Sterne und Galaxien liefern, aus denen es besteht.
Laut Priyamvada Natarajan, Professorin für Astronomie und Physik an der Yale University, ist das Rubin-Observatorium bereit, an vielen Fronten Rekorde zu brechen, und die gesamte astronomische Gemeinschaft wartet auf den Erstflug. Die Umfrage wird Daten für unzählige wissenschaftliche Projekte liefern, die viele grundlegende offene Fragen auf einen Schlag beantworten werden, vom nahen bis zum fernen Universum bis hin zu einer Fundgrube an Galaxien, Clustern, Quasaren, Supernovae und Gammastrahlenausbrüchen. und andere Transienten – „Es wird auch unsere Sicht auf das Sonnensystem mit einem noch nie dagewesenen Bestand an erdnahen Asteroiden und Kuipergürtel-Objekten (einer Zone eisiger Objekte jenseits der Neptunbahn) verfeinern – kurz gesagt, es ist für jeden etwas dabei.“ “, sagt sie.
Sie fügt hinzu, dass die aufregendste Entdeckung wäre, wenn das Teleskop die wahre Natur der Dunklen Materie enthüllen würde – eine Entdeckung, die Vera Rubin sicherlich begeistern würde.
„Schließlich war es seine bahnbrechende Arbeit zur Entdeckung dunkler Materie in Spiralgalaxien in den 1970er Jahren, die diese Suche ins Leben rief“, sagt Natarajan. „Die Aussichten sind verlockend – und Revolutionen sind sicherlich im Gange. »
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