Space Telescope Science Institute - Space Telescope Science Institute

Space Telescope Science Institute

Umístění	Univerzita Johna Hopkinse , Baltimore , Maryland , NÁS
webová stránka	www .stsci .edu

Space Telescope Science Institute ( STScI ) je věda operační středisko pro Hubble Space Telescope (HST) a operace mise pro James Webb Space Telescope (JWST). STScI je umístěn na Johns Hopkins University Homewood kampusu v Baltimore , Maryland a byla založena v roce 1981 jako komunitní science center, který je provozován pro NASA , které sdružením univerzit pro výzkum v astronomii (AURA). Kromě provádění pokračujících vědeckých operací HST a přípravy na vědecký průzkum s JWST, STScI spravuje a provozuje Mikulski archiv pro vesmírné teleskopy (MAST), Centrum správy dat pro misi Kepler a řadu dalších činností, které těží z jeho odborných znalostí v oblasti a infrastruktura pro podporu operací vesmírných astronomických observatoří. Většina finančních prostředků na činnosti STScI pochází ze smluv s NASA Goddard Space Flight Center, ale existují menší aktivity financované z Ames Research Center NASA, NASA Jet Propulsion Laboratory a European Space Agency (ESA). Zaměstnanci STScI se skládají z vědců (většinou astronomů a astrofyziků), inženýrů kosmických lodí, softwarových inženýrů, personálu pro správu dat, odborníků na vzdělávání a veřejné oslovení a pracovníků administrativní a obchodní podpory. Existuje přibližně 100 Ph.D. vědci pracující ve STScI, z nichž 15 jsou zaměstnanci ESA, kteří jsou zařazeni do projektu HST. Celkový personál STScI se v roce 2021 skládá z přibližně 850 lidí.

STScI provozuje své mise jménem NASA, celosvětové astronomické komunity, a ve prospěch veřejnosti. Činnosti vědeckých operací přímo slouží astronomické komunitě, především ve formě HST a nakonec pozorování a grantů JWST , ale zahrnují také distribuci dat z jiných misí NASA, jako je Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer , Galaxy Evolution Explorer a pozemní obloha průzkumy. Činnosti vývoje pozemního systému vytvářejí a udržují softwarové systémy, které jsou potřebné k poskytování těchto služeb astronomické komunitě. Veřejné informační aktivity STScI poskytují širokou škálu informací, on-line médií a programů pro formální pedagogy, planetária a vědecká muzea a širokou veřejnost. STScI také slouží jako zdroj pokynů NASA v řadě otázek optické a UV vesmírné astrofyziky.

Zaměstnanci STScI interagují a komunikují s profesionální astronomickou komunitou prostřednictvím řady kanálů, včetně účasti na dvouletých setkáních Americké astronomické společnosti , vydávání čtvrtletních zpravodajů STScI a webových stránek STScI, hostování výborů uživatelů a vědeckých pracovních skupin a pořádání několika vědeckých a technických sympozií a workshopů každý rok. Tyto činnosti umožňují STScI šířit informace do komunity uživatelů dalekohledů a také pracovníkům STScI maximalizovat vědeckou produktivitu zařízení, která provozují, reagováním na potřeby komunity a NASA.

Činnosti STScI

Výběr návrhu dalekohledu

STScI provádí všechny činnosti potřebné k výběru, plánování a implementaci vědeckých programů HST. Prvním krokem v tomto procesu je podpora každoročního výběru vědeckých programů vedených komunitou, které budou prováděny s HST. Začíná to zveřejněním výroční výzvy k předkládání návrhů, která specifikuje aktuálně podporované možnosti vědeckých nástrojů, požadavky na návrhy a lhůtu pro podání. Každý může podat návrh. Všechny návrhy jsou kriticky recenzovány Výborem pro přidělování času (TAC). TAC se skládá z přibližně 100 členů americké a mezinárodní astronomické komunity, vybraných tak, aby reprezentovali širokou škálu odborných znalostí potřebných k hodnocení návrhů. Každý návrhový cyklus obvykle zahrnuje posouzení 700 až 1 100 návrhů. Pouze 15 - 20% z těchto návrhů bude nakonec vybráno k realizaci. TAC přezkoumává několik kategorií času pozorování a také návrhy na archivní, teoretické a kombinované výzkumné projekty mezi HST a jinými vesmírnými nebo pozemními observatoři (např. Rentgenová observatoř Chandra a národní observatoře optické astronomie ). STScI poskytuje veškerou technickou a logistickou podporu pro tyto činnosti. Roční cyklus výzev k předkládání návrhů se občas změnil v letech, kdy byla naplánována servisní mise HST.

Budova Muller Institute Institute of Space Telescope Science Institute

Navrhovatelé, kteří mají to štěstí, že jim bude udělen čas na teleskop, označovaný jako General Observers (GO), musí poté poskytnout podrobné požadavky potřebné k naplánování a implementaci svých programů pozorování. Tyto informace jsou poskytovány společnosti STScI o tom, čemu se říká návrh fáze II. Návrh fáze II specifikuje provozní režimy přístroje, časy expozice, orientaci dalekohledu atd. Zaměstnanci STScI poskytují webový software s názvem Kalkulačky doby expozice (ETC), který umožňuje GO odhadnout, kolik času pozorování kterýkoli z palubních detektorů bude potřebovat k akumulaci množství světla potřebného k dosažení jejich vědeckých cílů. Kromě toho pracovníci STScI provádějí všechny kroky nutné k implementaci každého konkrétního programu a také plánují celý soubor programů na daný rok. Pro HST to zahrnuje hledání vodících hvězd, kontrolu omezení jasných objektů, implementaci specifických požadavků na plánování a spolupráci s pozorovateli, abychom porozuměli a zohlednili konkrétní nebo jakékoli nestandardní požadavky, které mohou mít.

Plánování pozorování

Jakmile jsou shromážděny informace fáze II, je vyvinut plán pozorování na dlouhou vzdálenost, který pokrývá celý rok, nalezení vhodných časů pro naplánování jednotlivých pozorování a současně zajištění efektivního a efektivního používání dalekohledu po celý rok. Každý týden jsou vytvářeny podrobné plány pozorování, včetně, v případě operací HST, plánování datových komunikačních cest prostřednictvím systému sledování a přenosu dat ( TDRSS ) a generování zatížení binárních příkazů pro uplink na kosmickou loď. V reakci na Targets of Opportunity lze provést úpravy plánů s dlouhým doletem i týdně (např. U přechodných událostí, jako jsou supernovy nebo koordinace s ojedinělými událostmi, jako jsou kosmické lodě s dopadem komety ). STScI používá k naplánování času pozorování na dalekohledu algoritmus Min-conflict . STScI v současné době vyvíjí podobné procesy pro JWST, i když provozní detaily budou velmi odlišné kvůli různým omezením přístrojů a kosmických lodí a jeho umístění v Lagrangeově bodu Slunce-Země L2 (~ 1,5 milionu km od Země), nikoli nízko Oběžnou dráhu Země (~ 565 km) používá HST.

Letové operace

Letové operace se skládají z přímé podpory a monitorování funkcí HST v reálném čase. Každodenní letový provoz pro HST v reálném čase zahrnuje asi 4 vzestupné linky pro načítání příkazů, asi 10 datových downlinků a téměř nepřetržité monitorování zdraví a bezpečnosti observatoře. Operace v reálném čase jsou obsazeny nepřetržitě. Činnosti letových operací pro HST se provádějí v GSFC NASA v Greenbeltu v Marylandu.

Vědecké zpracování dat

Vědecké údaje z HST přicházejí do STScI několik hodin poté, co byly downlinkovány z TDRSS a následně prošly zařízením pro sběr dat v Goddardově vesmírném letovém středisku NASA. Jakmile jsou ve STScI, jsou data zpracována řadou počítačových algoritmů, které převádějí jeho formát na mezinárodně uznávaný standard (známý jako FITS : Flexible Image Transport System ), opravují chybějící data a provádějí konečnou kalibraci dat odstraněním instrumentálních artefaktů . Kalibrační kroky jsou pro každý přístroj HST různé, ale jako obecné pravidlo zahrnují odstranění kosmického záření, korekci nerovnoměrnosti nástroje/detektoru, kalibraci toku a aplikaci informací o souřadnicovém systému světa (který uživateli přesně řekne, kde na obloze je) detektor byl namířen). Použité kalibrace jsou nejlepší dostupné v době, kdy data procházejí potrubím. STScI spolupracuje s vývojáři nástrojů na definování podobných procesů pro data Kepler a JWST.

Archivace a distribuce vědeckých dat

Všechna vědecká data HST jsou po průchodu kalibračním potrubím trvale archivována. Zásady NASA nařizují na všechna data roční proprietární období, což znamená, že k datům za první rok po jejich získání má přístup pouze tým původního návrhu. Následně po tomto roce budou data k dispozici každému, kdo k nim chce mít přístup. Datové sady načtené z archivu jsou automaticky znovu kalibrovány, aby bylo zajištěno, že budou použity nejaktuálnější kalibrační faktory a software. STScI slouží jako archivační centrum pro všechny optické/UV vesmírné mise NASA. Kromě archivace a ukládání vědeckých dat HST uchovává STScI data z dalších 13 misí, včetně International Ultraviolet Explorer (IUE), Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE), Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) a Galaxy Evolution Explorer (GALEX ). Vědecká data Kepler a JWST budou archivována a získávána podobnými způsoby. Internet slouží jako primární uživatelské rozhraní pro datové archivy na STScI ( http://archive.stsci.edu ). Archiv aktuálně obsahuje více než 30 terabajtů dat. Každý den je přijato asi 11 gigabajtů nových dat a přibližně 85 gigabajtů dat je distribuováno uživatelům. Hubble Legacy Archive (HLA; http://hla.stsci.edu/ ), který je v současné době ve vývoji, bude fungovat jako integrovanější a uživatelsky přívětivější archiv. Poskytne surová data z HST i vědecké produkty vyšší úrovně (barevné obrázky, mozaiky atd.).

Kalibrace a charakterizace vědeckých přístrojů

STScI je zodpovědný za letovou kalibraci vědeckých přístrojů na HST a JWST. Pro HST je každý rok vypracován plán kalibrace pro observatoř. Tento plán je navržen tak, aby podporoval vybrané pozorovací programy GO pro daný cyklus a poskytoval základní kalibraci, která překlenuje životnost každého nástroje. Kalibrační program zahrnuje měření, která jsou prováděna ve vztahu k palubním kalibračním zdrojům nebo pro hodnocení hladin vnitřního detektoru a také pozorování hvězd a polí astronomických standardů, potřebných k určení absolutních převodů toku a astrometrických transformací. Externí kalibrace na HST obvykle tvoří 5-10% programu pozorování GO, přičemž je zapotřebí více času, když je nástroj stále relativně nový. HST má k dnešnímu dni celkem 12 vědeckých nástrojů, z nichž 6 je v současné době aktivní. Během servisní mise STS-125 z května 2009 HST byly nainstalovány dva nové nástroje . Elektronické poruchy v systému STIS (v roce 2001) a v ACS Wide-Field Channel (v roce 2007) byly také opraveny na oběžné dráze v květnu 2009, čímž se tyto přístroje vrátily do aktivního stavu. Všech 12 nástrojů HST plus 4 plánované pro JWST jsou shrnuty v následující tabulce. HST nástroje dokážou detekovat světlo s vlnovými délkami od ultrafialového přes blízké infračervené . Nástroje JWST budou pracovat od červeného konce optických vlnových délek (~ 6000 angstrómů) po střední infračervené záření (5 až 27 mikrometrů). Nástroje uvedené jako vyřazené z provozu již nejsou na palubě.

Zaměstnanci STScI vyvíjejí kalibrační návrhy, vedou je procesem plánování a analyzují data, která produkují. Tyto programy poskytují aktualizované kalibrační a referenční soubory, které mají být použity v kanálu zpracování dat. Kalibrační soubory jsou také archivovány, takže je uživatelé mohou načíst, pokud potřebují ručně znovu kalibrovat svá data. Veškerá kalibrační činnost a výsledky jsou dokumentovány, obvykle ve formě zpráv o vědeckých nástrojích zveřejněných na veřejných webových stránkách a příležitostně ve formě publikovaných prací. Výsledky jsou také začleněny do datových příruček a příruček nástrojů.

Kromě kalibrace nástrojů pracovníci STScI charakterizují a dokumentují výkonnost přístroje, takže uživatelé mohou lépe porozumět tomu, jak interpretovat svá data. Jde obecně o efekty, u kterých se potrubí automaticky neopravuje (protože se mění v čase nebo závisí na jasu zdroje). Zahrnují globální efekty, jako je účinnost přenosu náboje v zařízeních spojených náboji , a také efekty specifické pro režimy a filtry, jako jsou „duchové“ filtrů (způsobené jemným rozptylem světla v nástroji). Povědomí o těchto účincích může pocházet od zaměstnanců STScI při analýze kalibračních programů nebo od pozorovatelů, kteří ve svých datech nacházejí zvláštnosti a poskytují STScI zpětnou vazbu.

Pracovníci STScI také provádějí charakterizaci a kalibraci samotného dalekohledu. V případě HST se to vyvinulo tak, aby to bylo především otázkou monitorování a úpravy zaostření a funkcí monitorování a měření bodového rozprostření . (Na počátku 90. let byl STScI zodpovědný za přesné měření sférické aberace , nezbytné pro korekční optiku všech následujících přístrojů). V případě JWST bude STScI odpovědný za použití systému senzorů vlnoplochy vyvinutých společnostmi JPL a Northrop Grumman Space Technology (NGST, dodavatel NASA budující hvězdárnu) za monitorování a seřizování segmentovaného dalekohledu.

Podpora po pozorování

Podpora po pozorování zahrnuje HelpDesk, na který se uživatelé mohou obrátit, aby zodpověděli jejich otázky týkající se jakéhokoli aspektu pozorování - od toho, jak odeslat návrh, až po analýzu dat.

Vědecká komunitní služba

STScI provádí velké vědecké programy HST jménem komunity. Jedná se o programy s širokým vědeckým uplatněním. K dnešnímu dni tyto programy zahrnují Hubble Deep Field (HDF), Hubble Deep Field South (HDFS) a Ultra Deep Field (UDF). Surová a zpracovaná data pro tato pozorování jsou astronomické komunitě k dispozici téměř okamžitě. Tyto produkty pak používalo mnoho astronomů při hledání vlastních výzkumných témat a motivovaly velké množství navazujících prací (viz například http://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/ clearinghouse/clearinghouse.html a http://www.stsci.edu/hst/udf/index_html ).

Pozemní systémy

STScI je zodpovědný za vývoj, vylepšování a údržbu většiny pozemních systémů používaných k provádění našich vědeckých operací popsaných výše. Tyto systémy původně (osmdesátá léta, počátek devadesátých let) pocházely z několika zdrojů, včetně interního vývoje STScI a práce prováděné na základě smluv NASA s různými dodavateli. Přes celý život HST byla na těchto systémech provedena značná práce - i když podporovaly každodenní provoz Hubbleu. Byly integrovány do efektivnějšího a snadněji provozovatelného systému typu end-to-end. Prošli zásadními technologickými upgrady (např. Vylepšenými operačními systémy a počítačovým hardwarem, archivními paměťovými médii s vyšší kapacitou). Byly také upraveny tak, aby podporovaly posloupnost nástrojů instalovaných v dalekohledu. V posledních několika letech byly upraveny tak, aby podporovaly WFC3 a COS, dva nové nástroje, které budou nainstalovány během příští servisní mise HST, a aby podporovaly režim 2- gyroskopu operací HST. STScI také poskytuje podmnožiny služeb pozemního systému jiným astronomickým misím, včetně FUSE, Kepler a JWST. Softwaroví inženýři STScI udržují asi 7 900 000 zdrojových řádků kódu .

Rozvoj mise a podpora provozu

STScI se pravidelně podílí s NASA a průmyslovými systémovými inženýry a vědci na vývoji celkové architektury mise. Pro HST to zahrnuje pomoc při určování a stanovení priorit činností servisní mise a vývoji servisní strategie. Pro JWST to zahrnuje účast na definici požadavků na vysokou úroveň vědy a celkové architektuře mise. V obou případech se STScI zaměřuje na vědecké schopnosti mise a také na požadavky na hladký a efektivní provoz observatoře.

Vědecký výzkum

STScI řídí výběr Hubble Fellowship Programu . Od roku 1990 stipendia Hubble Fellowships podporují vynikající postdoctorální vědce, jejichž výzkum je široce spojen s vědeckou misí Hubbleova vesmírného teleskopu. V roce 2009 byla sloučena se Spitzerovým společenstvím, které bylo od roku 2002 spojeno s teleskopickým a vědeckým programem Spitzer . Nyní podporuje lidi, kteří provádějí výzkum spojený se všemi misemi v rámci tématu Kosmické původy: Herschel Space Observatory , Hubble Space Telescope (HST), James Webb Space Telescope (JWST), Stratosphere Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) a Spitzer Space Telescope . Výzkum může být teoretický, observační nebo instrumentální. Od zahájení HST v roce 1990 se každý rok uděluje 8 až 12 stipendií; od roku 2009 se pohybuje kolem 16. STScI také sponzoruje letní studentský interní program, který umožňuje talentovaným vysokoškolákům z celého světa pracovat s vědeckými pracovníky institutu a poskytuje těmto studentům praktické zkušenosti s nejmodernějším astronomickým výzkumem . STScI je na plný úvazek vědeckých pracovníků diriguje původní výzkum klenout širokou škálu astrofyziky, včetně vyšetřování na sluneční soustavy , exoplaneta detekce a charakterizace, tvorba hvězd , galaxií evoluce a kosmologii . STScI pořádá každoroční vědecké sympozium pořádané každé jaro a také několik menších vědeckých workshopů. Zaměstnávání aktivního vědeckého personálu ve společnosti STScI pomáhá zajistit, aby HST a případně JWST fungovaly na špičkové úrovni.

Veřejný dosah

Úřad pro veřejný dosah STScI (OPO) poskytuje širokou škálu produktů a služeb určených ke sdílení a komunikaci o vědě a objevech HST (a případně JWST) s širokou veřejností. Úsilí OPO se zaměřuje na naplnění potřeb čtyř komunit: sdělovacích prostředků, uživatelů webu, komunity formálního vzdělávání a vzdělávacích zařízení neformální vědy.

OPO News Branch každoročně produkuje přibližně 40 nových tiskových zpráv s objevy HST a vědeckými výsledky. Tyto balíčky médií obsahují novinky, obrázky z HST, vysvětlující kresby, animace a doplňující informace pro použití v tisku, vysílání a online médiích. Pobočka také pořádá tiskové konference s názvem „Aktualizace vědy NASA“, které se týkají zejména novinek. Workshopy vědeckých spisovatelů a další speciální akce přivádějí reportéry do Institutu na hloubková setkání s vědci, kteří pracují na aktuálních problémech astrofyzikálního výzkumu.

Pobočka formálního vzdělávání vyvíjí a přísně vyhodnocuje vzdělávací produkty a lekce založené na standardech pro použití v kurikulích K-14 po celé zemi. Mnoho produktů pobočky je začleněno na jejich oceněné webové stránce s názvem Amazing Space ( http://amazing-space.stsci.edu/ ), kde jsou lekce a cvičení snadno dostupné jak učitelům, tak studentům a používají se ve více než 200 školních obvodů a ve všech 50 státech.

Neformální vzdělávací pobočka vytváří řadu produktů a funkcí souvisejících s Hubbleem pro použití na neformálních místech, včetně muzeí, vědeckých center, planetárií a knihoven. Patří mezi ně ViewSpace, multimediální zobrazovací systém poskytující řadu vzdělávacích funkcí o vědě o HST a dalších misích využívajících snímky, text a hudbu. Krátký film s názvem „Hubble: Galaxies Across Space and Time“, který představuje trojrozměrný průlet Hubbleovým ultra hlubokým polem , byl vyroben pro divadla IMAX a upraven pro použití v planetáriích. Skupina také poskytuje materiály pro konference a workshopy, spravuje putovní exponáty Hubble pro národní distribuci a vytváří video kompilace snímků a funkcí HST.

Online pobočka OPO vyvíjí, vylepšuje a udržuje řadu webových stránek souvisejících s HST a JWST, včetně oceněného HubbleSite ( http://hubblesite.org ), který obsahuje galerii obrázků s více než 4000 obrázky Hubble, které byly vydány pro veřejnou spotřebu v průběhu životnost dalekohledu.

Reference

externí odkazy

• Oficiální webové stránky

Souřadnice : 39,332887 ° N 76,622987 ° W 39 ° 19'58 "N 76 ° 37'23" W /  / 39,332887; -76,622987