IPM - Institute for Research in Fundamental Sciences

“اخبار”

پژوهشگاه دانش‌های بنیادی - 1400/4/26

رصدخانهٔ ملی ایران: پیشرفت کار

به نام خدا

رصدخانه ملی ایران در تاریخ ۷ تیرماه ۱۴۰۰ با حضور برخط ریاست محترم جمهوری اسلامی و معاون علمی و فناوری ریاست جمهوری و همزمان با پایان نصب و آغاز مرحله راه‌اندازی تلسکوپ ۳.۴ متری، افتتاح شد. در ذیل گزارشی جامع از طرح رصدخانه ملی ایران آورده شده است.

رصدخانه ملی ایران میزبان تلسکوپی مدرن با قطر آینه ۳.۴ متر است.

تلسكوپ ۳.۴ متری توسط تيم مهندسي رصدخانه ملي در پژوهشگاه دانشهاي بنيادي بطور كامل طراحي و پس از دريافت تاييدیه متخصصان و شوراي مشورتي بين المللي، براي ساخت به صنایع داخلی واگذار شد. چندین شرکت داخلی ساخت و تامین تجهیزات آنرا بر عهده داشتند. سامانه جامع نرم افزاري و سيستم هاي كنترل تلسکوپ توسط تيم مهندسي رصدخانه به اجرا درآمده است.

این نخستین سازه عظیم و در عین حال دقیق ساخت ایران است که فناوری اپتیک، مکانیک و کنترل نرم افزار و سخت افزار در آن بکار رفته است.

آينه اصلي ٣٤٠ سانتيمتر قطر دارد و ضخامت آن ۱۸ سانتیمتر است. صافی سطحی آینه کمتر از ۲ نانومتر است و بر روی پايه سمتي-ارتفاعي قرار می گیرد. قطر آینه ثانویه ۶۰ سانتیمتر و صافی سطح آن بهتر از ۲ نانومتر است. آینه اصلی به وسیله سامانه اپتیک فعال پشتیبانی می‌شود که می تواند با اعمال نیرو با دقت ۰.۳ نیوتن به آینه از ابیراهی های اپتیکی تلسکوپ که ناشی از تغییر زاویه و دما است، بکاهد. همچنین آینه ثانویه تلسکوپ با یک سامانه عملگر ۶ محوره کنترل با دقت جابجایی خطی ۱ میکرومتر و زاویه ای ۱ ثانیه قوسی هدایت می شود تا هم محوری اپتیکی تلسکوپ تامین شود.

میدان دید تلسکوپ ۲۰ دقیقه قوسی است و می تواند اجرام آسماني را با دقت ۰.۲ ثانيه قوسي ( حدود ۰.۰۰۰۵ درجه قوسی)، در حضور جريان باد، دنبال ‌كند. طراحی اپتیکی تلسکوپ از مدل کاسگرین (ریچی- ‌کرتین)، آینه اصلی یک حفره مرکزی ۷۰۰ میلی متری دارد. هذولولی بودن آینه‌ها، خطاهای اپتیکی اطراف محور اپتیکی در تلسکوپ را کمینه می کند. این نوع طراحی اپتیکی در رصدخانه‌های مهم و مدرن امروزی در جهان بیش از گذشته یافت می‌شود.

سامانه اپتیک فعال زیرمجموعه سامانه کنترل تلسکوپ است. سامانه کنترل وظیفه دارد که در هر ثانیه، یک بار شکل آینه را بررسی کند و دستور اصلاحات لازم احتمالی را برای برگرداندن آینه به حالت ایده‌آل، به سامانه اپتیک فعال ارسال کند. برای داشتن تصویری ایده‌آل، آینه باید در بهترین فرم خود باقی بماند. بنابراین، آینه اصلی به وسیله یک سامانه فعال پشتیبانی می‌شود تا همواره در حالت معلق قرار داشته باشد و تاثیر جاذبه زمین بر آینه خنثی شود. علاوه بر این، سامانه اپتیک فعال فرم آینه را در حالت مطلوب نگه دارد تا ابیراهی اپتیکی تصحیح شود. ابیراهی اپتیکی در تلسکوپ به دو دسته تقسیم می‌شود که بخشی از آن به وسیله حرکت آینه ثانویه و دسته دیگر به وسیله انعطاف آینه اولیه تصحیح می‌شود. سنسور جبهه موج که در آداپتور قرار می گیرد، ابیراهی را می‌سنجد و در صورت وجود ابیراهی فراتر از حد مجاز، به سامانه اپتیک فعال اطلاع می‌دهد تا ابیراهی را تصحیح کند. سامانه اپتیک فعال از ۶۰ عملگر پنوماتیک در سطح پشت آینه اصلی تشکیل شده که با تنظیم این عملگرها شکل آینه تغییر می‌کند تا ابیراهی اپتیکی تصحیح شود.

رصدخانه ملی ایران اکنون با پایان مرحله ساخت و نصب محفظه و تلسکوپ، وارد مرحله مهم بعدی، یعنی فاز راه اندازی شده است. در اجرای طرح رصدخانه ملی ایران، تا کنون حدود ۲،۵ میلیون نفر-ساعت صرف مطالعه، طراحی، مهندسی و ساخت شده است. بیش از ۱۰۰ هزار قطعه اپتیکی، مکانیکی و کنترل در ساخت تلسکوپ و گنبد بکار رفته است.

در مرحله راه اندازی، سیستم کنترل هدف گیری و رهگیری تلسکوپ ابتدا با بهره گیری از یک اپتیک پشتیبان مرحله نورگیری مهندسی را طی می کند. در پایان این مرحله و قبل از استقرار آینه های اولیه و ثانویه تمام بخش های تلسکوپ و گنبد می بایست عملکردی مشابه آنچه در اسناد مشخصات ذکر شده است داشته باشند (بجز بخشی که فقط با کمک آینه اصلی مشخص می شود). سامانه های کنترلی و حرکتی تلسکوپ، هم محوری مکانیکی، کنترل محفظه و زیرسامانه های مربوط، در شرایط سایت، طی برنامه‌ای چندماهه آزموده می‌شوند.

نورگیری تا بهره‌برداری: پس از پایان موفق نورگیری مهندسی، آینه اصلی و ثانویه پوشیده شده با آلومینیوم خالص بر روی تلسکوپ مستقر می شوند. در این مرحله هم محوری اپتیکی و تنظیمات مرتبط با آن و سیستم اپتیک فعال مورد آزمون های عملکردی با بهره مندی از نور ستاره ها قرار می گیرند. پایان مرحله نورگیری فرآیند تایید علمی (science verification) را کلید می زند. در این مرحله تعدادی رصد آزمایشی با کمک منجمان انجام می شود تا از قابلیت تلسکوپ برای طیفی از رصدها مانند رصد ستارگان، کهکشان‌ها یا نظایر آن اطمینان حاصل شود. پایان مرحله تایید علمی آغاز بهره برداری علمی را کلید می‌زند.

گنبد تلسکوپ: گنبد تلسکوپ، یک ماشین به ابعاد تقریبا 16متر در 16 متر مجهز به ۸ چرخ است. 4 عدد از این چرخ‌ها محرک و 4 چرخ دیگر هرزگرد هستند. تمام چرخ‌ها در تحمل بار مشارکت می‌کنند. حدود 20 قطعه متحرک غول‌پیکر دیگر مانند شاترها، پنجره های هواشویی، سپر باد، سپر ماه، جرثقیل و... روی این سازه عظیم و وزین ۲۵۰ تنی، که با دقت دهم درجه می‌چرخد و با تلسکوپ همگام است، قرار دارند. برخی از این قطعات در کمتر گنبدی در جهان وجود دارند. گنبد رصدخانه در عین محافظت از تلسکوپ در برابر شرایط محیطی، با دوران همزمان با تلسکوپ، شرایط را برای رصد آسمان فراهم می کند.

پنج دریچه هواشویی دارد که باعث می‌شوند جریان هوا موقع رصد از روی آینه‌ی تلسکوپ رد شود و ریزتلاطم‌هایی که به خاطر اختلاف دمای آینه و محیط به وجود می‌آیند، شسته شوند. در پنجره‌های گنبد، هیج المانِ سازه‌ای مانع عبوردهی باد نمی‌شود و به این ترتیب باد بکر قله، به نرمی بر روی آینه می‌وزد و هواشویی را انجام می‌دهد.

کل سازه در برابر بادی با سرعتی معادل ۲۲۰ کیلومتر بر ساعت مقاوم ‌است و آن هم نه تنها بر اساس استحکام، بلکه بر اساس خیز؛ یعنی آب‌بندی سازه هم مشکلی پیدا نمی‌کند. در طراحی و ساخت سازه‌ی رصدخانه، عوامل دیگری نیز مانند ارتعاشات ریز کوهستان لحاظ شده‌اند که خود تلسکوپ را از گنبد ایزوله می‌کند.

سازه نگهدارنده آینه اصلی: فرآیند ساخت این قطعه از سال ۱۳۹۷ و بعد از اتمام طراحی ها آغاز شد. این قطعه یکی از قطعات مهم تلسکوپ است که آینه بر روی آن قرار می گیرد و علاوه بر نگهداری آینه باید به بازوهای عملگر اجازه بدهد تا تغییرات شکل آینه را کنترل کنند و فشارهای وارده به آینه را نیز از بین ببرد. برای ساخت این قطعه بیش از ۳ هزار فرآیند سوراخ کاری، جوشکاری و ماشین کاری بر روی قطعه صورت گرفت و در نهایت نیز با استفاده از شبیه‌ساز تلسکوپ که آن نیز در کارخانه ساخته شده بود تست‌های صحت‌سنجی را گذراند.

سازه مکانیکی: پایه تلسکوپ یک پایه سمتی-ارتفاعی است. در واقع سامانه سمتی-ارتفاعی شامل دو محور چرخش است که ترکیب آنها باهم اجازه می‌دهد تا اجرام آسمانی رصد شوند و در عین حال، تلسکوپ حجم کمی را اشغال کند. محور ارتفاع تلسکوپ حدود 40 تن وزن دارد که به کمک تعدادی رولبرینگ کار می‌کنند. برای هر محور، دو موتور وجود دارد که با چرخ‌دنده‌ها کار می‌کنند. آنها بر عکس هم عمل می کنند تا اثر لقی دنده‌ها را حذف کنند.

سازه تلسکوپ 90 تن وزن دارد که 70 تن آن متحرک است. قسمت متحرک روی چهار عدد یاتاقان هیدرواستاتیک شناور است که اصطکاک ایستایی در این قسمت سازه تقریبا صفر است. این نخستین سامانه از این نوع است که در ایران طراحی و ساخته شده است.

تلسکوپ سه محور دارد که هر محور توسط دو موتور و چرخ‌دنده‌های spur حرکت می‌کنند. علت استفاده از این چرخ‌دنده‌ها این است که کمینه بردار سایشی را دارند. بردار سایشی، نویزهایی ایجاد می‌کند که سامانه کنترلی نمی‌تواند آنها را حذف کند. بقیه نویزها به وسیله سامانه کنترلی با دقت خوبی حذف می‌شوند.

سامانه کنترلی: سامانه کنترلی، ترکیبی از نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای مختلف است که از سه بخش اصلی تشکیل می‌شود: سامانه نظارت رصد (OSS)، سامانه نظارت رصدخانه (OMS)، سامانه کنترل تلسکوپ (TCS) و سامانه ایمنی (ILS). سامانه ILS به طور خاص برای تلسکوپ ضروری است؛ چون اگر به هر دلیلی از جمله خطای انسانی، نرم‌افزاری و سخت‌افزاری، سامانه از کنترل خارج شد و خطرآفرین، یک سامانه کنترل موازی برای تلسکوپ ساخته‌شده چنانچه چیزی از کنترل خارج شد، سامانه کنترل موازی وارد عمل می‌شود و اجازه نمی‌دهد که به طور مثال، تلسکوپ سرعت بگیرد یا بیش از زاویه مطلوب حرکت کند تا خطر انسانی یا تجهیزاتی ایجاد نشود.

این اولین بار است که در فرایندهای رصدی ایران از یک سامانه «برنامه‌ریز هوشمند» استفاده شده‌است تا جدول زمانی رصد را به بهترین شکل تنظیم کند. علت استفاده از این سامانه این است که اجرام آسمانی به موقع رصد شوند و در عین حال، تلسکوپ کمترین اصطلاک را داشته باشد.

اپتیک: محدوده کاری این تلسکوپ در طیف مرئی و فروسرخ، یعنی در بازه طول موج 325 تا 2500 نانومتر است. بخش اپتیکی تلسکوپ با الهام از مدل ریچی- کرتین ساخته شده که متشکل از دو آینه هذلولی‌شکل است. آینه اصلی یک آینه «سریع» با وزن 4 تن است که ابعاد آن روی کم‌حجم بودن این تلسکوپ موثر است. در اینجا «سریع» به این معناست که به خاطر این نوع آینه، مدت زمان نوردهی تلسکوپ کاهش می‌یابد و امکان رصد اجرام کم نور نیز وجود خواهد داشت.

شیشه آینه از جنس سرامیک Zerudor است که انبساط گرمایی آن ۱۰۰ برابر کمتر از شیشه های متعارف است و با دقت 2 نانومتر صیقل داده شده است.

هنگامی که تلسکوپ مشغول به کار نیست، پوشش آینه اصلی بسته می شود تا آسیبی به آن وارد نشود. عملیات لایه نشانی آینه باید در محل قله انجام شود. به همین منظور ساختمان لایه نشانی و خدمات در کنار گنبد تلسکوپ، ساخته شده است.

اتاق رصد و ساختمان لایه‌نشانی: جانمایی این ساختمان و نحوه طراحی آن، با استفاده از داده های علمی طرح صورت گرفته تا علاوه بر دسترسی آسان و بدون هزینه‌ی زیاد برای انتقال آینه از گنبد به آن، هیچ خللی در کار داده گیری و رصد تلسکوپ ۳.۴ متری ایجاد نکند. همچنین ساختمان به نحوی در قله جایابی شد تا بتوان از آن برای کنترل سایر تجهیزات رصدی موجود و آتی بهره گرفت. در این ساختمان اتاق های مجزا برای تیم کنترل و رصدگران، اتاق جلسات،‌ اتاق سرور و مکانیک و امکانات رفاهی مورد نیاز افراد در نظر گرفته شده است. سالن لایه نشانی به مساحت ۲۰۰ متر مربع و مجهز به جرثقیل سقفی ۱۵ تن سامانه لایه نشانی شامل محفظه ۴۰ متر مکعبی خلا را در بر خواهد گرفت. شستشو و لایه نشانی تلسکوپ در این سالن به انجام می رسد.

پایشگاه: هر رصدخانه نیاز دارد تا در هر لحظه علاوه بر وضعیت آب و هوا، پارامترهای مهم نجومی مانند دید نجومی در محل را اندازه‌گیری نماید. این پارامترها کیفیت سایت و تصاویر رصد شده را تایید می‌کنند و در تحلیل داده‌ها برای منجمین اهمیت ویژه‌ای دارند. به همین منظور از سال ،۱۳۹۳ سامانه اندازه‌گیری خودکار دید نجومی در محل پایشگاه در فاصله ۱۵۰ متری از گنبد اصلی رصدخانه، تاسیس شده است و همزمان که داده های هواشناسی را به صورت برخط گزارش می‌دهد، پارامتر دید نجومی را نیز در شب اندازه‌گیری و گزارش می کند.

سامانه میدان دید باز (شکارچی): سامانه ميدان ديد باز دومين سامانه رصد خانه ملي است كه در سال ۱۳۹۷ به بهره‌برداری رسید. این سامانه آرایه‌ای متشکل از چند لنز است که به طور خاص برای مطالعه اجرام با درخشندگی سطحی پایین در طول موج‌های مرئی طراحی شده است. طراحی، ساخت و راه‌اندازی این آرایه توسط تیم توسعه فناوری رصدخانه ملی ایران انجام شده است. شکارچی در حال حاضر به سه لنز کانن ۴۰۰ میلیمتر که سطوح عدسی‌های آنها با پوشش فوق العاده نانو ساخته شده‌اند، مجهز است و دقت اجزای اپتیکی داخلی آن‌ از مرتبه‌ی زیر طول موج مرئی است. طراحی منحصر به فرد آرایه این امکان را فراهم می‌کند تا با کاهش شدید نور پراکنده شده داخل سیستم اپتیکی و همچنین کاهش بازتاب‌های درونی، ساختارهای بسیار کم نور آشکار شوند. شکارچی همچنین می تواند به عنوان ابزار رصدی میدان دید باز به کار گرفته شود و چندین جرم را به طور همزمان رصد کند. در سال ۱۴۰۰ و همزمان با افتتاح رصدخانه ملی ایران نخستین یافته های علمی این سامانه در گردهمایی سالانه نجوم اروپا (EWASS) ارایه شد. با ثبت ساختارهای کم نور اطراف کهکشانها با درخشندگی سطحی ۳۰ قدر در ثانیه قوس نشان داده شد که با ۳۰ ساعت رصد این سامانه می توان به درخشندگی های سطحی بی‌نهایت پایین همانند آنچه تلسکوپ فضایی هابل به آن می رسد دست یافت.

برای مشاهدهٔ سایر تصاویر اینجا کلیک کنید.

“اخبار”

رصدخانهٔ ملی ایران: پیشرفت کار

افراد

پژوهشکده‌ها

مراکز

گروه‌ها

پیوندهای مفید

خدمات الکترونیکی