सार:
नासा द्वारा विकसित नैन्सी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप ने कक्षा में परीक्षणों और सटीक अंशांकन की एक श्रृंखला को पूरा करने के बाद उम्मीदों से परे ऑप्टिकल प्रदर्शन का प्रदर्शन किया है। टेलीस्कोप की ऑप्टिकल प्रणाली में मामूली समायोजन करके, इंजीनियरिंग टीम ने इसके मुख्य वैज्ञानिक उपकरण के इमेजिंग प्रदर्शन को मूल अपेक्षा से लगभग 30% अधिक बना दिया।
इसका मतलब यह है कि जब रोमन टेलीस्कोप भविष्य में बड़े पैमाने पर ब्रह्मांडीय सर्वेक्षण करेगा, तो उससे डिज़ाइन संकेतकों की तुलना में अधिक स्पष्ट छवियां कैप्चर करने की उम्मीद की जाएगी, जिससे डार्क मैटर, डार्क एनर्जी और एक्सोप्लैनेट के अध्ययन के लिए अधिक शक्तिशाली अवलोकन उपकरण उपलब्ध होंगे।
रोमन स्पेस टेलीस्कोप के मुख्य वैज्ञानिक मिशनों में से एक उच्च रिज़ॉल्यूशन और देखने के बड़े क्षेत्र के साथ ब्रह्मांड के विशाल क्षेत्रों का सर्वेक्षण करना है। इसमें मौजूद वाइड फील्ड इंस्ट्रूमेंट लगभग 300 मिलियन पिक्सल वाला एक इन्फ्रारेड कैमरा है और इसमें वर्णक्रमीय अवलोकन क्षमताएं भी हैं। हबल स्पेस टेलीस्कोप की तुलना में, रोमन टेलीस्कोप का उत्कृष्ट लाभ न केवल छवि गुणवत्ता है, बल्कि सटीकता के समान स्तर को बनाए रखते हुए एक समय में आकाश की एक बड़ी श्रृंखला को पकड़ने की क्षमता भी है, जिससे ब्रह्मांडीय आकाश सर्वेक्षण की दक्षता में काफी सुधार होता है।
सितंबर में व्यापक क्षेत्र वाले उपकरण के लॉन्च होने के बाद, नासा के इंजीनियरों ने इसके विभिन्न घटकों का सिस्टम निरीक्षण शुरू किया। टीम ने पहले उपकरण के अंदर 18 डिटेक्टरों और उनके इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम का परीक्षण किया, और फिर फिल्टर और अन्य ऑप्टिकल घटकों को स्विच करने के लिए उपयोग किए जाने वाले घूर्णन तंत्र की जांच की। ये घटक प्रकाश की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य का चयन करने और प्राप्त प्रकाश को विभिन्न रंगों में तोड़ने में सक्षम हैं ताकि वैज्ञानिक आकाशीय पिंडों के गुणों का विश्लेषण कर सकें।
इंजीनियरों ने उपकरण की अंतर्निहित अंशांकन प्रणाली का भी परीक्षण किया। सिस्टम प्रकाश उत्सर्जक डायोड से सुसज्जित है जो प्रकाश के विभिन्न रंगों का उत्सर्जन करता है, और ग्राउंड टीमें निर्देशों के माध्यम से उनकी चमक को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकती हैं। विभिन्न प्रकाश तीव्रताओं के लिए डिटेक्टरों की प्रतिक्रिया की तुलना करके, इंजीनियर अलग-अलग डिटेक्टरों के बीच सूक्ष्म संवेदनशीलता अंतर की पहचान कर सकते हैं और माप को सही कर सकते हैं।
उसी समय, टीम ने वाइड-फील्ड उपकरण के फोकसिंग तंत्र का निरीक्षण किया और इसे लॉन्च के दौरान उपयोग की जाने वाली गैर-इष्टतम फोकस स्थिति से पूर्व निर्धारित स्पष्ट इमेजिंग स्थिति में समायोजित किया। इंजीनियरों ने यह भी पुष्टि की कि थर्मल नियंत्रण प्रणाली अंतरिक्ष वातावरण में उपकरण के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए उचित ऑपरेटिंग तापमान पर विभिन्न घटकों को बनाए रख सकती है।
नासा के गोडार्ड स्पेस फ़्लाइट सेंटर के वाइड-एरिया इंस्ट्रूमेंट सिस्टम इंजीनियर मैक्सिम रिज़ो ने कैलिब्रेशन प्रक्रिया की तुलना बजाने से पहले पियानो या गिटार को ट्यून करने से की। केवल प्रत्येक भाग को उचित स्थिति में समायोजित करके ही उपकरण औपचारिक अवलोकन के दौरान स्थिर और विश्वसनीय डेटा प्रदान करना जारी रख सकता है।
स्वयं वैज्ञानिक उपकरणों का निरीक्षण करने के अलावा, इंजीनियरों का एक अन्य समूह दूरबीन के समग्र ऑप्टिकल सिस्टम के संरेखण को अनुकूलित करने के लिए भी जिम्मेदार है। प्रकाश दूरबीन में प्रवेश करने के बाद, इसे प्राथमिक दर्पण, द्वितीयक दर्पण और अन्य ऑप्टिकल घटकों के बीच एक सटीक रूप से डिज़ाइन किए गए पथ में यात्रा करने की आवश्यकता होती है, और अंततः वैज्ञानिक उपकरण तक पहुंचती है। यहां तक कि दर्पण की स्थिति में बेहद छोटा विचलन भी प्रकाश फोकस की सटीकता को प्रभावित कर सकता है, जिससे छवि स्पष्टता कम हो सकती है।
यह ध्यान देने योग्य है कि रोमन टेलीस्कोप की ऑप्टिकल प्रणाली इस समायोजन से पहले ही बहुत अच्छा प्रदर्शन कर रही थी। नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर के ऑप्टिकल सिस्टम मैनेजर मैथ्यू बोर्का ने कहा कि ग्राउंड टीम ने लॉन्च से पहले बहुत सारे मॉडलिंग, परीक्षण और सटीक माप कार्य किए, ताकि टेलीस्कोप को लगभग आदर्श ऑप्टिकल संरेखण प्राप्त करने के लिए अंतरिक्ष में प्रवेश करने के बाद केवल कुछ सुधारों की आवश्यकता हो।
हालाँकि, जमीनी परीक्षण वास्तविक अंतरिक्ष वातावरण का पूरी तरह से अनुकरण नहीं कर सकता है। रॉकेट लॉन्च के दौरान कंपन और त्वरण, अंतरिक्ष में भारहीन स्थिति, साथ ही तापमान परिवर्तन और आर्द्रता अंतर सभी सटीक ऑप्टिकल उपकरणों पर प्रभाव डाल सकते हैं। इसलिए, दूरबीन के कक्षा में प्रवेश करने के बाद भी इसे यह पुष्टि करने के लिए वास्तविक परीक्षण पास करने की आवश्यकता होती है कि प्रत्येक घटक इष्टतम कार्यशील स्थिति में है या नहीं।
इस समायोजन का सबसे महत्वपूर्ण विवरण यह है कि इंजीनियरों ने दूरबीन के द्वितीयक दर्पण को मानव बाल के व्यास के केवल सोलहवें हिस्से तक ही घुमाया। यह विस्थापन नग्न आंखों से देखने के लिए बहुत छोटा है, लेकिन यह प्रकाश फोकसिंग प्रभाव को और बेहतर बनाने के लिए पर्याप्त है। नासा के इंजीनियर एल्डन जूलिन ने बताया कि यदि ऊंचाई में इस बदलाव को एम्पायर स्टेट बिल्डिंग की ऊंचाई तक बढ़ाया जाता है, तो संबंधित परिवर्तन इमारत के शीर्ष पर एक और अमेरिकी एक-प्रतिशत सिक्का रखने की ऊंचाई से कम होगा।
इस तरह के छोटे समायोजन महत्वपूर्ण प्रभाव पैदा कर सकते हैं इसका कारण यह है कि आधुनिक अंतरिक्ष दूरबीनों की ऑप्टिकल प्रणालियाँ अत्यधिक उच्च स्तर की सटीकता तक पहुँच गई हैं। जब सिस्टम में त्रुटियां स्वयं बहुत छोटी होती हैं, तो दर्पण की स्थिति और ऑप्टिकल पथ संरेखण में और सुधार, भले ही उनमें केवल नैनोमीटर-स्तर के परिवर्तन शामिल हों, अंतिम छवि गुणवत्ता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकते हैं।
ऑप्टिकल सिस्टम की डिबगिंग के दौरान, इंजीनियरों ने कोरोनोग्राफ उपकरण को भी अनुकूलित किया। इस उपकरण का मुख्य उद्देश्य सितारों द्वारा उत्सर्जित तेज रोशनी को रोकना है, जिससे शोधकर्ताओं को कुछ एक्सोप्लैनेट सहित उनके आसपास के क्षेत्र में हल्के खगोलीय पिंडों का सीधे निरीक्षण करने की अनुमति मिलती है। पहले, कोरोनोग्राफ छवियां थोड़ी फोकस से बाहर थीं, लेकिन टीम की अपेक्षा से स्थिति से निपटना आसान था। समायोजन के बाद, उपकरण टीम द्वारा अपेक्षित प्रदर्शन स्तर पर पहुंच गया है।
कोरोनोग्राफ का डिबगिंग कार्य जारी रहेगा। इंजीनियरों ने कैमरा सेटिंग्स को और अधिक अनुकूलित करने और विकृत दर्पण के लिए इष्टतम ऑपरेटिंग पैरामीटर निर्धारित करने की योजना बनाई है। ये विशेष दर्पण प्रकाश के प्रसार में त्रुटियों को ठीक करने के लिए अत्यंत सूक्ष्म आकार समायोजन कर सकते हैं। इसके बाद, टीम अवांछित उज्ज्वल प्रकाश को अवरुद्ध करने और आस-पास के धुंधले लक्ष्यों को उजागर करने की कोरोनोग्राफ की क्षमता का भी परीक्षण करेगी।
प्रासंगिक कार्य पूरा करने के बाद, इंजीनियरों ने विस्तृत क्षेत्र वाले उपकरण को फिर से समायोजित किया और अंतिम माप परिणाम प्राप्त किए जो अपेक्षाओं से अधिक थे।
लोहमैन टेलीस्कोप द्वारा निर्धारित मूल छवि गुणवत्ता सूचकांक लगभग 90 नैनोमीटर की मूल माध्य वर्ग (आरएमएस) ऑप्टिकल त्रुटि के अनुरूप है। यह मीट्रिक वास्तविक प्रकाश तरंगाग्र के उसकी आदर्श स्थिति से विचलन को मापता है। 90 नैनोमीटर एक अत्यंत छोटा पैमाना है, जो मानव बाल की मोटाई का केवल एक हजारवां हिस्सा है।
सुधार के बाद, विस्तृत क्षेत्र उपकरण की ऑप्टिकल त्रुटि को 63 नैनोमीटर आरएमएस तक कम कर दिया गया, जो मूल संकेतक से काफी बेहतर था। नासा ने कहा कि उपकरण का ऑप्टिकल प्रदर्शन मिशन टीम की मूल भविष्यवाणियों से लगभग 30% अधिक था।
यह विकास रोमन दूरबीन के भविष्य के वैज्ञानिक मिशनों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के अध्ययन के लिए वैज्ञानिकों को बड़ी संख्या में दूर की आकाशगंगाओं की स्थिति, आकार, वितरण और विकास का सटीक माप करने की आवश्यकता होती है। स्पष्ट छवियां शोधकर्ताओं को आकाशगंगाओं की संरचना की अधिक सटीक पहचान करने और गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित आकाशगंगाओं के आकार में सूक्ष्म परिवर्तनों को देखकर ब्रह्मांड में अदृश्य पदार्थ के वितरण का विश्लेषण करने में मदद करती हैं।
साथ ही, रोमन दूरबीन के देखने के बड़े क्षेत्र का मतलब है कि यह अपेक्षाकृत कम अवलोकन समय में आकाश के एक विस्तृत क्षेत्र को कवर कर सकता है। उच्च इमेजिंग गुणवत्ता और देखने के बड़े क्षेत्र का संयोजन वैज्ञानिकों को बड़े पैमाने पर ब्रह्मांड छवि डेटाबेस बनाने और आकाशगंगा विकास, ब्रह्मांड विस्तार इतिहास, एक्सोप्लैनेट और अन्य खगोलीय घटनाओं से संबंधित अनुसंधान करने की अनुमति देगा।
नासा टीम ने कहा कि दूरबीन का वास्तविक प्रदर्शन पिछली भविष्यवाणियों से अधिक है और यह वर्षों के सटीक मॉडलिंग, माप और जमीनी परीक्षण का परिणाम है। जैसे-जैसे विभिन्न उपकरण धीरे-धीरे पूरे और डिबग किए जा रहे हैं, रोमन स्पेस टेलीस्कोप औपचारिक वैज्ञानिक अवलोकनों के लिए तैयारी कर रहा है।
यह उपलब्धि एक बार फिर अंतरिक्ष दूरबीनों के विकास में एक महत्वपूर्ण विशेषता को दर्शाती है: यह केवल दूरबीन का आकार और डिटेक्टर पिक्सल की संख्या नहीं है जो अवलोकन क्षमताओं को निर्धारित करती है। यह भी महत्वपूर्ण है कि ऑप्टिकल सिस्टम चरम वातावरण में सटीक संरेखण बनाए रख सके। लोहमैन टेलीस्कोप के लिए, द्वितीयक दर्पण को बाल के व्यास के केवल सोलहवें हिस्से तक घुमाने से हुआ सुधार अंततः अरबों खगोलीय पिंडों के अधिक सटीक अवलोकन में तब्दील हो सकता है और वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड की संरचना, संरचना और विकास का पता लगाने में मदद कर सकता है।
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