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Estación Flagstaff del Observatorio Naval de los Estados Unidos

La Estación Flagstaff del Observatorio Naval de los Estados Unidos ( NOFS , por sus siglas en inglés ) es un observatorio astronómico ubicado cerca de Flagstaff, Arizona , Estados Unidos. Es la instalación nacional de observación del cielo oscuro dependiente del Observatorio Naval de los Estados Unidos (USNO, por sus siglas en inglés). [1] NOFS y USNO se combinan como el administrador del Marco de Referencia Celestial [2] para el Secretario de Defensa de los Estados Unidos. [3] [4]

información general

La Estación Flagstaff es un comando que fue establecido por USNO (debido a un siglo de invasión de luz eventualmente insostenible en Washington, DC) en un sitio a cinco millas (8,0 km) al oeste de Flagstaff, Arizona en 1955, y tiene posiciones principalmente para científicos operativos ( astrónomos y astrofísicos ), ingenieros ópticos y mecánicos, y personal de apoyo.

La ciencia de NOFS respalda cada aspecto de la astronomía posicional hasta cierto punto, brindando apoyo nacional y más allá. El trabajo en NOFS cubre la gama de astrometría y astrofísica para facilitar su producción de catálogos astronómicos precisos . Además, debido a la dinámica celestial (y los efectos relativistas [5] ) de la enorme cantidad de tales objetos en movimiento a lo largo de sus propios viajes a través del espacio, el tiempo requerido para precisar cada conjunto de ubicaciones y movimientos celestiales para un catálogo de quizás mil millones de estrellas, puede ser bastante largo. Las observaciones múltiples de cada objeto pueden tomar semanas, meses o años, por sí mismas. Esto, multiplicado por la gran cantidad de objetos catalogados que luego deben reducirse para su uso, y que deben analizarse después de la observación para una comprensión estadística muy cuidadosa de todos los errores del catálogo, obliga a que la producción rigurosa de los catálogos astrométricos más extremadamente precisos y débiles tome muchos años, a veces décadas, para completarse.

El Observatorio Naval de los Estados Unidos, Estación Flagstaff, celebró su 50 aniversario desde su traslado desde Washington, DC, a fines de 2005. [6] El Dr. John Hall, Director de la División Ecuatorial del Observatorio Naval desde 1947, fundó el NOFS. El Dr. Art Hoag se convirtió en su primer director en 1955 (hasta 1965); ambos se convertirían más tarde en directores del cercano Observatorio Lowell. [7] El NOFS ha tenido 6 directores desde 1955; su actual y séptimo director interino es el Dr. Scott Dahm. [8]

NOFS sigue activa en el apoyo a los cielos oscuros regionales, [9] [10] tanto para apoyar su misión de protección nacional, [11] [12] como para promover y proteger un legado de recursos nacionales para las generaciones futuras. [13] [14] [15]

Panorámica nocturna de las operaciones en la Estación Flagstaff del Observatorio Naval de los Estados Unidos (NOFS)
Operaciones de cielo oscuro en la Estación Flagstaff del Observatorio Naval de los Estados Unidos (NOFS)

Descripción del sitio

El NOFS está adyacente a los picos de San Francisco en el norte de Arizona, en la meseta alpina de Colorado y geográficamente por encima del borde de Mogollon . Flagstaff y el condado de Coconino minimizan la contaminación lumínica del norte de Arizona [16] mediante la legislación de un código progresivo , que regula la iluminación local . [17] [18] [19] [20]

De hecho, a pesar de una historia joven de medio siglo, NOFS tiene un rico patrimonio [21] que se deriva de su organización matriz, USNO , la institución científica más antigua de los EE. UU. [22] Los eventos notables han incluido el apoyo al programa Apollo Astronaut alojado por el cercano Centro de Investigación de Astrogeología del USGS ; y el descubrimiento de la luna de Plutón, Caronte , en 1978 (discutido a continuación). A una altitud de aproximadamente 7,500 pies (2,300 m), NOFS alberga una serie de instrumentos astronómicos [23] (algunos también descritos en la lista mundial de telescopios ópticos ); algunos instrumentos adicionales se encuentran en la cercana Anderson Mesa . NOFS (con la matriz USNO) también hace ciencia fundamental en el telescopio infrarrojo UKIRT en Hawái.

La Armada se encarga de la administración de las instalaciones, la tierra y los esfuerzos relacionados de protección del cielo oscuro a través de su Región Naval Suroeste , a través de la Instalación Aérea Naval El Centro .

Telescopio Kaj Strand

El telescopio Kaj Strand de 1,55 metros (61 pulgadas) (o reflector astrométrico Kaj Strand, KSAR ) sigue siendo el telescopio más grande operado por la Marina de los EE. UU. El Congreso asignó fondos en 1961 y vio su primera luz en 1964. [24] Este estado cambiará cuando los cuatro telescopios de 1,8 metros de NPOI vean su propia primera luz en un futuro cercano. KSAR viaja en los brazos de una montura de horquilla ecuatorial. El telescopio se utiliza tanto en el espectro visible como en el infrarrojo cercano (NIR), [25] este último utilizando una cámara de InSb ( antimoniuro de indio ) refrigerada con helio de menos de 30 kelvin , "Astrocam". [26] En 1978, el telescopio de 1,55 m se utilizó para "descubrir la luna del planeta enano Plutón , llamado ' Caronte '". (Plutón mismo fue descubierto en 1930, al otro lado de la ciudad en el Observatorio Lowell ). El descubrimiento de Caronte condujo a cálculos de masa que finalmente revelaron lo diminuto que era Plutón, y finalmente hicieron que la UAI reclasificara a Plutón como un planeta enano (no un planeta principal) . [27] [28] [29] El telescopio de 1,55 metros también se utilizó para observar y rastrear la nave espacial Deep Impact de la NASA , mientras navegaba hacia un impacto interplanetario exitoso con el célebre cometa 9p/Tempel , en 2005. Este telescopio es particularmente adecuado para realizar estudios de paralaje estelar , astrometría de campo estrecho que apoya la navegación espacial , y también ha desempeñado un papel clave en el descubrimiento de uno de los objetos enanos marrones más fríos jamás conocidos , en 2002. [30] La cúpula KSAR está ubicada centralmente en los terrenos de NOFS, con edificios de soporte y oficinas adjuntos a las estructuras de la cúpula. La gran instalación de la cámara de recubrimiento al vacío también se encuentra en este complejo. La cámara puede proporcionar recubrimientos y recubrimientos muy precisos de Espesor de 100 ± 2 angstroms (aproximadamente 56 átomos de aluminio de espesor), para ópticas de pequeñas a múltiples toneladas de hasta 1,8 metros (72 pulgadas) de diámetro, en un vacío que exceda7 × 10 6  Torr , utilizando un sistema de descarga de 1500 amperios con óptica vertical. También se ha demostrado la capacidad de un revestimiento dieléctrico . Los componentes ópticos y de telescopios de gran tamaño se pueden mover por el NOFS utilizando su conjunto de grúas, elevadores, montacargas y carros especializados. El complejo principal también contiene un laboratorio óptico y electrónico de entorno controlado para láser, óptica adaptativa, desarrollo óptico, colimación, sistemas de control mecánico y microelectrónico necesarios para el NOFS y el NPOI.

La cúpula de acero de 18 metros (60 pies) de diámetro del telescopio KSAR es bastante grande para la apertura del telescopio, debido a la larga relación focal f/9,8 de su telescopio (favorable para una colimación óptica muy precisa , o alineación, necesaria para la observación astrométrica). Utiliza una rendija vertical de 2 obturadores muy ancha. Se han realizado estudios de desarrollo para demostrar con éxito que el reemplazo planificado del ciclo de vida de este venerable instrumento se puede hacer de manera eficiente dentro de la cúpula original , para un futuro telescopio con una apertura de hasta 3,6 metros (140 pulgadas), utilizando ópticas rápidas y modernas. [31] Sin embargo, el telescopio de 61 pulgadas sigue siendo único en su capacidad para realizar operativamente tanto astrometría relativa de muy alta precisión al nivel de milisegundos de arco como fotometría PSF de separación cercana . Varios programas clave aprovechan esta capacidad hasta el día de hoy.

Telescopio de 1,3 m

El telescopio Ritchey-Chrétien de gran campo de 1,3 metros (51 pulgadas) fue producido por DFM Engineering y luego corregido y automatizado por el personal de NOFS. [32] Corning Glass Works y Kodak fabricaron el espejo primario. El secundario hiperbólico tiene un sistema avanzado de colimación (alineación) controlado por computadora para permitir posiciones muy precisas de estrellas y satélites ( astrometría de milisegundos de arco ) a lo largo de su amplio campo de visión. Este sistema analiza las aberraciones ópticas de la trayectoria óptica, modeladas tomando ajustes de pendiente de las desviaciones del frente de onda reveladas usando una máscara Hartmann . El telescopio también cuenta ahora con una cámara CCD de mosaico de campo amplio criogénico de última generación [33] . [34] [35] También permitirá el empleo de la nueva "Microcam", una matriz de transferencia ortogonal (OTA), con herencia de Pan-STARRS . [36] [37] [38] [39] También se implementan otros sistemas de cámara avanzados para su uso en este telescopio, como el contador de fotones único RULLI producido por LANL , nCam. [40] [41] [42] [43] [44] Usando los controles de software especiales del telescopio, el telescopio puede rastrear tanto estrellas como satélites artificiales que orbitan la Tierra, mientras que la cámara toma imágenes de ambos. La cúpula de 1,3 m en sí es compacta, debido a la óptica general rápida en f/4. Está ubicada cerca y al suroeste de la gran cúpula de 61 pulgadas. Además de los estudios astrométricos (como Space Situational Awareness , SDSS [45] y SST ), la investigación en este telescopio incluye el estudio de estrellas azules y K-Gigantes , mecánica celestial y dinámica de sistemas estelares múltiples, caracterizaciones de satélites artificiales y la astrometría y fotometría de tránsito de exoplanetas .

Telescopio de 1,0 m

El "Telescopio Ritchey–Chrétien" de 1,0 metros (40 pulgadas) es también un telescopio montado en horquilla impulsado ecuatorialmente. [46] El Ritchey es el telescopio original de la Estación que fue trasladado desde USNO en Washington en 1955. También es el primer telescopio RC jamás construido con esa famosa prescripción óptica, y fue coincidentemente el último telescopio construido por el propio George Ritchey. El telescopio todavía está en funcionamiento después de medio siglo de astronomía en NOFS. Realiza operaciones clave basadas en marcos de referencia de cuásares ( Marco de Referencia Celestial Internacional ), detecciones de tránsito de exoplanetas , fotometría de Vilnius , análisis de estrellas enanas M , análisis de sistemas dinámicos , soporte de referencia a información de objetos espaciales en órbita , soporte de guía de paralaje horizontal a NPOI , y realiza operaciones fotométricas de soporte a estudios astrométricos (junto con sus hermanos más nuevos). El telescopio de 40 pulgadas puede transportar varias cámaras refrigeradas por nitrógeno líquido , un coronógrafo y una cámara de matriz de plano focal de densidad neutra de nueve magnitudes estelares , a través de la cual se verifican las posiciones de las estrellas antes de su uso en la astrometría del marco de referencia NPOI fundamental.

Este telescopio también se utiliza para probar sistemas de óptica adaptativa (OA) desarrollados internamente, utilizando ópticas de espejo deformable y de inclinación de punta . El sistema OA Shack-Hartmann permite realizar correcciones de las aberraciones del frente de onda causadas por centelleo ( seening degradado ) a polinomios de Zernike más altos . Los sistemas OA en NOFS migrarán a los telescopios de 1,55 m y 1,8 m para su futura incorporación allí.

La cúpula de 40 pulgadas está ubicada en la cima y el punto más alto de la modesta montaña en la que se encuentra NOFS. Está junto a un completo taller de instrumentación, que incluye sofisticada maquinaria de fabricación CNC impulsada por CAD y una amplia gama de herramientas de diseño y soporte.

0,2 m de velocidad rápida

Un ejemplo moderno de un telescopio de tránsito totalmente robótico es el pequeño telescopio de tránsito de barrido astrométrico Flagstaff (FASTT) de 0,20 metros (8 pulgadas), completado en 1981 y ubicado en el observatorio. [47] [48] FASTT proporciona posiciones extremadamente precisas de los objetos del sistema solar para su incorporación al Almanaque Astronómico y Almanaque Náutico de la USNO . Estas efemérides también son utilizadas por la NASA en la navegación en el espacio profundo de sus naves espaciales planetarias y extraorbitales. [49] Instrumental para la navegación de muchas sondas espaciales profundas de la NASA, los datos de este telescopio son responsables de la exitosa navegación hasta el aterrizaje del Huygens Lander en Titán , una importante luna que orbita Saturno , por parte del JPL de la NASA en 2005 , y proporcionaron una referencia de navegación para la misión espacial profunda New Horizons de la NASA a Plutón, que llegó en julio de 2015. FASTT también se utilizó para ayudar al Observatorio Aerotransportado SOFIA de la NASA a localizar, rastrear e fotografiar correctamente una rara ocultación de Plutón. [50] FASTT está ubicado a 150 yardas (140 metros) al suroeste del complejo principal. Junto a su gran "cabaña" se encuentra el edificio que alberga los laboratorios de ingeniería eléctrica y electrónica de NOFS y las salas blancas, donde se desarrollan y fabrican la mayoría de la electrónica avanzada de la cámara, la criogenia y los controladores de control del telescopio.

Interferómetro óptico de precisión de la Marina

Español NOFS opera el Interferómetro Óptico de Precisión de la Armada (NPOI) [51] [52] [53] en colaboración con el Observatorio Lowell y el Laboratorio de Investigación Naval en Anderson Mesa , 15 millas (24 km) al sureste de Flagstaff. NOFS (el brazo astrométrico operativo de USNO) financia todas las operaciones principales, y de esto contrata al Observatorio Lowell para mantener la instalación de Anderson Mesa y hacer las observaciones necesarias para que NOFS lleve a cabo la ciencia astrométrica primaria. El Laboratorio de Investigación Naval (NRL) también proporciona fondos adicionales para contratar al Observatorio Lowell y al NRL para la implementación de estaciones sideróstatas de línea base adicionales, facilitando el trabajo científico primario del NRL, imágenes sintéticas (tanto celestiales como de satélites orbitales). Las tres instituciones, USNO, NRL y Lowell, proporcionan cada una un ejecutivo para sentarse en un Panel Asesor Operativo (OAP), que colectivamente guía la ciencia y las operaciones del interferómetro. El OAP encargó al científico jefe y director del NPOI que efectuara la ciencia y las operaciones para el Panel; Este gerente es un miembro de alto rango del personal de NOFS y reporta al Director de NOFS.

NPOI es un interferómetro astronómico exitoso [54] del venerable y probado diseño del interferómetro de Michelson . Como se señaló, la mayoría de la ciencia y las operaciones interferométricas son financiadas y administradas por NOFS; sin embargo, el Observatorio Lowell y el NRL se unen a los esfuerzos científicos a través de sus fracciones de tiempo para usar el interferómetro; 85% Navy (NOFS y NRL); y 15% Lowell. NPOI es uno de los pocos instrumentos principales a nivel mundial que puede realizar interferometría óptica . [54] [55] Vea una ilustración de su diseño, en la parte inferior. NOFS ha utilizado NPOI para realizar una amplia y diversa serie de estudios científicos, más allá del estudio de las posiciones astrométricas absolutas de las estrellas. [56] La ciencia adicional de NOFS en NPOI incluye el estudio de estrellas binarias , estrellas Be , estrellas achatadas , estrellas que giran rápidamente , aquellas con manchas estelares y la obtención de imágenes de discos estelares (la primera en la historia) y estrellas en llamaradas . [57] En 2007-2008, NRL con NOFS utilizó NPOI para obtener los primeros precursores de imágenes de fase de cierre de satélites que orbitan en órbita geoestacionaria . [58] [59]

Disposición del NPOI
Disposición del interferómetro óptico de precisión (NPOI) de la Marina

Galería

Véase también

Referencias

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