Научный центр космических телескопов NASA: STScI

Научный центр STScI при NASA: управление Hubble, Webb и Roman. Архив данных космических телескопов (Kepler, Gaia и др.). Астрономические исследования.

12 мин чтения

100%

Источник: Space Telescope Science Institute — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Научный центр космических операций, управляемый NASA

Институт космического телескопа (STScI) является научным центром космического телескопа Хаббл (HST), центром научных и операционных операций космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и научным центром космического телескопа Нэнси Грейс Роман. STScI был основан в 1981 году как научно-исследовательский центр, работающий для NASA под управлением Ассоциации университетов по исследованиям в области астрономии (AURA). Офисы STScI расположены на территории кампуса Хоумвуд Университета Джонса Хопкинса и в здании Ротунда в Балтиморе, штат Мэриленд. Помимо проведения текущих научных операций с HST и подготовки к научным исследованиям с использованием JWST и телескопа Роман, STScI управляет и обслуживает Архив космических телескопов Микульского (MAST), в котором хранятся данные из многочисленных действующих и завершенных миссий, включая HST, JWST, Kepler, TESS, Gaia и Pan STARRS. Основное финансирование деятельности STScI поступает по контрактам с Центром космических полетов Годдарда NASA, но существуют и менее масштабные проекты, финансируемые Исследовательским центром NASA в Эймсе, Лабораторией реактивного движения NASA и Европейским космическим агентством (ESA). Штат STScI состоит из ученых (в основном астрономов и астрофизиков), инженеров космических аппаратов, инженеров-программистов, специалистов по управлению данными, экспертов в области образования и популяризации науки, а также административного и вспомогательного персонала. В STScI работает около 200 ученых с докторской степенью, 15 из которых являются сотрудниками ESA, направленными для работы над проектами HST и JWST. Общая численность персонала STScI по состоянию на 2021 год составляет около 850 человек. STScI выполняет свои миссии от имени NASA, международного астрономического сообщества и в интересах общественности. Научная деятельность напрямую служит астрономическому сообществу, прежде всего в форме наблюдений и грантов HST (космический телескоп Хаббл) и JWST (космический телескоп Джеймса Уэбба) (и в дальнейшем – телескопа Роман), а также включает в себя распространение данных из других миссий NASA и наземных обсерваторий через MAST. Разработка наземных систем создает и поддерживает программное обеспечение, необходимое для предоставления этих услуг астрономическому сообществу. Деятельность STScI по связям с общественностью предоставляет широкий спектр ресурсов для средств массовой информации, неформальных образовательных учреждений, таких как планетарии и научные музеи, а также для широкой публики. STScI также является источником рекомендаций для NASA по ряду вопросов оптической и ультрафиолетовой космической астрофизики. Сотрудники STScI взаимодействуют и общаются с профессиональным астрономическим сообществом посредством различных каналов, включая участие в двухгодичных собраниях Американского астрономического общества, публикацию регулярных информационных бюллетеней STScI и веб-сайта STScI, организацию комитетов пользователей и научных рабочих групп, а также проведение ежегодных научных и технических симпозиумов и семинаров. Эти мероприятия позволяют STScI распространять информацию среди пользователей телескопов, а также позволяют сотрудникам STScI максимизировать научную эффективность оборудования, которым они управляют, реагируя на потребности сообщества и NASA.

The Space Telescope Science Institute (STScI) is the science operations center for the Hubble Space Telescope (HST), science operations and mission operations center for the James Webb Space Telescope (JWST), and science operations center for the Nancy Grace Roman Space Telescope. STScI was established in 1981 as a community based science center that is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy (AURA). STScI's offices are located on the Johns Hopkins University Homewood Campus and in the Rotunda building in Baltimore, Maryland. In addition to performing continuing science operations of HST and preparing for scientific exploration with JWST and Roman, STScI manages and operates the Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST), which holds data from numerous active and legacy missions, including HST, JWST, Kepler, TESS, Gaia, and Pan STARRS. Most of the funding for STScI activities comes from contracts with NASA's Goddard Space Flight Center but there are smaller activities funded by NASA's Ames Research Center, NASA's Jet Propulsion Laboratory, and the European Space Agency (ESA). The staff at STScI consists of scientists (mostly astronomers and astrophysicists), spacecraft engineers, software engineers, data management personnel, education and public outreach experts, and administrative and business support personnel. There are approximately 200 Ph. D. scientists working at STScI, 15 of whom are ESA staff who are on assignment to the HST and JWST project. The total STScI staff consists of about 850 people as of 2021. STScI operates its missions on behalf of NASA, the worldwide astronomy community, and to the benefit of the public. The science operations activities directly serve the astronomy community, primarily in the form of HST (Hubble Space Telescope) and JWST (James Webb Space Telescope) (and eventually Roman) observations and grants, but also include distributing data from other NASA and ground based missions via MAST. The ground system development activities create and maintain the software systems that are needed to provide these services to the astronomy community. STScI's public outreach activities provide a wide range of resources for media, informal education venues such as planetariums and science museums, and the general public. STScI also serves as a source of guidance to NASA on a range of optical and UV space astrophysics issues. The STScI staff interacts and communicates with the professional astronomy community through a number of channels, including participation at the bi annual meetings of the American Astronomical Society, publication of regular STScI newsletters and the STScI website, hosting user committees and science working groups, and holding several scientific and technical symposia and workshops each year. These activities enable STScI to disseminate information to the telescope user community as well as enabling the STScI staff to maximize the scientific productivity of the facilities they operate by responding to the needs of the community and of NASA.

Деятельность STScI

Примечание: Информация в этом разделе требует обновления. Для получения информации о текущей деятельности обращайтесь к официальному сайту STScI.

Отбор предложений по телескопической науке

STScI проводит все мероприятия, необходимые для выбора, планирования и реализации научных программ космического телескопа Хаббл. Первым шагом в этом процессе является поддержка ежегодного отбора научных программ, которые будут выполняться с помощью HST, проводимого астрономическим сообществом. Это начинается с публикации ежегодного призыва к подаче предложений, в котором указываются поддерживаемые в настоящее время возможности научных инструментов, требования к предложениям и срок их подачи. Подать предложение может любой желающий. Все предложения подвергаются тщательной экспертной оценке Комитетом по распределению времени (TAC). В состав TAC входят около 100 членов американского и международного астрономического сообщества, отобранных для представления широкого спектра исследовательских знаний, необходимых для оценки предложений. Каждый цикл рассмотрения предложений обычно включает в себя от 700 до 1100 предложений. Только 15–20% этих предложений в конечном итоге отбираются для реализации. TAC рассматривает различные категории времени наблюдений, а также предложения по архивным, теоретическим и комбинированным исследовательским проектам между HST и другими космическими или наземными обсерваториями (например, рентгеновской обсерваторией Chandra и Национальными оптическими астрономическими обсерваториями). STScI обеспечивает всю техническую и логистическую поддержку этих мероприятий. Годовой цикл подачи предложений иногда изменялся по продолжительности в годы, когда планировалась миссия по обслуживанию HST. Исследователи, получившие разрешение на использование телескопа, известные как основные наблюдатели (GO), должны предоставить подробные требования, необходимые для планирования и реализации их программ наблюдений. Эта информация предоставляется в STScI в виде предложения II фазы. В предложении II фазы указываются режимы работы приборов, время экспозиции, ориентация телескопа и т. д. Сотрудники STScI предоставляют веб-программное обеспечение под названием "Калькуляторы времени экспозиции" (Exposure Time Calculators, ETC), которое позволяет GO оценивать, сколько времени наблюдения потребуется любому из бортовых детекторов для накопления количества света, необходимого для достижения научных целей. Кроме того, сотрудники STScI выполняют все шаги, необходимые для реализации каждой конкретной программы, а также планируют весь комплекс программ на год. Для HST это включает в себя поиск опорных звезд, проверку ограничений, связанных с яркими объектами, реализацию конкретных требований к планированию и взаимодействие с наблюдателями для понимания и учета любых нестандартных требований, которые у них могут быть.

The STScI conducts all activities required to select, schedule, and implement the science programs of the Hubble Space Telescope. The first step in this process is to support the annual community led selection of the scientific programs that will be performed with HST. This begins with publishing of the annual Call for Proposals, which specifies the currently supported science instrument capabilities, proposal requirements and the submission deadline. Anyone is eligible to submit a proposal. All proposals are critically peer reviewed by the Time Allocation Committee (TAC). The TAC consists of about 100 members of the U. S. and international astronomical community, selected to represent a broad range of research expertise needed to evaluate the proposals. Each proposal cycle typically involves reviewing 700 to 1100 proposals. Only 15 20% of these proposals will eventually be selected for implementation. The TAC reviews several categories of observing time, as well as proposals for archival, theoretical, and combined research projects between HST and other space based or ground based observatories (e. g., Chandra X ray Observatory and the National Optical Astronomy Observatories). STScI provides all technical and logistical support for these activities. The annual cycle of proposal calls was occasionally altered in duration in years when a HST servicing mission was scheduled. Proposers fortunate enough to be awarded telescope time, referred to as General Observers (GOs), must then provide detailed requirements needed to schedule and implement their observing programs. This information is provided to STScI on what is called a Phase II proposal. The Phase II proposal specifies instrument operation modes, exposure times, telescope orientations, and so on. The STScI staff provide the web based software called Exposure Time Calculators (ETCs) that allow GOs to estimate how much observing time any of the onboard detectors will need to accumulate the amount of light required to accomplish their scientific objectives. In addition, the STScI staff carries out all the steps necessary to implement each specific program, as well as plan the entire ensemble of programs for the year. For HST, this includes finding guide stars, checking on bright object constraints, implementing specific scheduling requirements, and working with observers to understand and factor in specific or any non standard requirements they may have.

Расписание наблюдений

После сбора информации второго этапа разрабатывается долгосрочный план наблюдений, охватывающий весь год, в котором определяются оптимальные сроки для проведения отдельных наблюдений и обеспечивается эффективное использование телескопа в течение года. Еженедельно составляются детальные графики наблюдений, включающие, в случае работы с HST, планирование каналов связи для передачи данных через систему ретрансляции слежения и данных (TDRSS) и создание бинарных пакетов команд для загрузки на космический аппарат. Внесение корректировок в долгосрочные и еженедельные планы возможно в ответ на появление целей для оперативных наблюдений (например, для быстропротекающих явлений, таких как сверхновые, или для координации с уникальными событиями, такими как столкновение космического аппарата с кометой). STScI использует алгоритм минимизации конфликтов (Min conflicts) для планирования времени наблюдений на телескопе. В настоящее время STScI разрабатывает аналогичные процессы для JWST, однако операционные детали будут существенно отличаться из-за различного инструментария и ограничений космического аппарата, а также его расположения в точке Лагранжа L2 системы Солнце-Земля (~1,5 миллиона км от Земли) вместо низкой околоземной орбиты (~565 км), используемой HST.

Полетные операции

Деятельность по управлению полетами включает непосредственную поддержку и мониторинг функций космического телескопа HST в режиме реального времени. Ежедневные операции управления полетами для HST включают около 4 загрузок команд, около 10 сеансов приема данных и почти непрерывный мониторинг состояния и безопасности обсерватории. Операции в режиме реального времени ведутся круглосуточно. Деятельность по управлению полетами для HST осуществляется в GSFC НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.

Обработка научных данных

Научные данные с телескопа HST поступают в STScI через несколько часов после передачи с TDRSS и последующей обработки в центре приема данных в Центре космических полетов Годдарда НАСА. По прибытии в STScI данные обрабатываются серией компьютерных алгоритмов, которые преобразуют их формат в международный стандарт (известный как FITS: Flexible Image Transport System), корректируют отсутствующие данные и выполняют окончательную калибровку, удаляя инструментальные искажения. Процедуры калибровки различаются для каждого прибора HST, но обычно включают удаление космических лучей, коррекцию неоднородностей прибора/детектора, калибровку потока и применение информации мировой системы координат (которая позволяет пользователю точно определить, куда был направлен детектор на небе). Используются наилучшие доступные калибровки на момент прохождения данных через конвейер обработки. STScI сотрудничает с разработчиками приборов для определения аналогичных процедур для данных Kepler и JWST.

Архивирование и распространение научных данных

Все научные данные HST постоянно архивируются после прохождения через калибровочный конвейер. Политика NASA устанавливает годичный период эксклюзивного доступа ко всем данным, что означает, что только команда, подавшая первоначальное предложение, может получить доступ к данным в течение первого года после их получения. По истечении этого года данные становятся доступными для всех желающих. Наборы данных, извлеченные из архива, автоматически перекалибруются для обеспечения применения самых актуальных калибровочных коэффициентов и программного обеспечения. STScI является архивным центром для всех оптических/УФ космических миссий NASA. Помимо архивирования и хранения научных данных HST, STScI хранит данные из 13 других миссий, включая Международный ультрафиолетовый исследователь (IUE), Исследователь экстремального ультрафиолетового излучения (EUVE), Исследователь дальнего ультрафиолетового спектроскопического излучения (FUSE) и Исследователь эволюции галактик (GALEX). Научные данные Kepler и JWST будут архивироваться и извлекаться аналогичным образом. Интернет служит основным пользовательским интерфейсом для доступа к архивам данных STScI (http://archive.stsci.edu). В настоящее время в архиве хранится более 30 терабайт данных. Каждый день поступает около 11 гигабайт новых данных и распространяется около 85 гигабайт данных среди пользователей. Архив наследия Хаббла (HLA; http://hla.stsci.edu/), находящийся в стадии разработки, станет более интегрированным и удобным для пользователя архивом. Он будет предоставлять необработанные данные Хаббла, а также научные продукты более высокого уровня (цветные изображения, мозаики и т.д.).

Поддержка после наблюдения

Поддержка после наблюдений включает в себя службу HelpDesk, в которую пользователи могут обратиться с вопросами по любым аспектам наблюдений – от подачи заявки на наблюдение до анализа полученных данных.

Научная общественная работа

STScI выполняет масштабные научные программы HST от имени научного сообщества. Это программы, имеющие широкое научное применение. К настоящему времени эти программы включают в себя Hubble Deep Field (HDF), Hubble Deep Field South (HDFS) и Ultra Deep Field (UDF). Исходные и обработанные данные этих наблюдений становятся доступны астрономическому сообществу практически немедленно. Эти данные затем были использованы многими астрономами для собственных исследований и послужили стимулом для большого количества последующих работ (см., например, http://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/clearinghouse/clearinghouse.html и http://www.stsci.edu/hst/udf/index.html).

Наземные системы

STScI отвечает за разработку, совершенствование и поддержание большинства наземных систем, используемых для проведения научных операций с космическим телескопом Хаббл, описанных выше. Изначально (в 1980-х и начале 1990-х годов) эти системы были созданы из различных источников, включая собственные разработки STScI и работы, выполненные по контрактам NASA с разными поставщиками. За время работы HST в этих системах было проведено значительное количество работ, даже в период их ежедневной поддержки работы телескопа. Они были интегрированы в более эффективную и удобную в эксплуатации сквозную систему. В них были произведены существенные технологические обновления (например, улучшенные операционные системы и компьютерное оборудование, носители архивной памяти большей емкости). Они также были модифицированы для поддержки последовательно устанавливаемых на телескоп инструментов. В последние несколько лет они были адаптированы для работы с WFC3 и COS – двумя новыми приборами, которые будут установлены во время следующей миссии по обслуживанию HST, а также для поддержки режима работы HST с двумя гироскопами. STScI также предоставляет отдельные компоненты наземных системных сервисов другим астрономическим миссиям, включая FUSE, Kepler и JWST. Инженеры-программисты STScI поддерживают около 7 900 000 строк исходного кода.

Развитие миссии и поддержка операций

STScI регулярно сотрудничает с инженерами и учеными NASA и промышленности в разработке общей архитектуры миссии. Для телескопа HST это включает в себя содействие в определении и приоритизации задач по обслуживанию и разработке стратегии обслуживания. Для телескопа JWST это включает участие в определении высокоуровневых научных требований и общей архитектуры миссии. В обоих случаях STScI уделяет особое внимание научным возможностям миссии, а также требованиям к бесперебойной и эффективной работе обсерватории.

Научно-исследовательская деятельность

STScI управляет отбором в рамках программы стипендий Хаббла. С 1990 года стипендии Хаббла поддерживают выдающихся постдокторантов, чьи исследования в широком смысле связаны с научной миссией космического телескопа Хаббла. В 2009 году программа была объединена со стипендией Спитцера, которая с 2002 года была связана с космическим телескопом Спитцера и его научной программой. В настоящее время программа поддерживает исследователей, работающих над проектами, связанными со всеми миссиями в рамках направления "Космическое происхождение": космической обсерваторией Гершеля, космическим телескопом Хаббла (HST), космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), стратосферной обсерваторией инфракрасной астрономии (SOFIA) и космическим телескопом Спитцера. Исследования могут быть теоретическими, наблюдательными или инструментальными. Каждый год, начиная с запуска HST в 1990 году, присуждается от 8 до 12 стипендий; с 2009 года их число колеблется около 16. STScI также спонсирует летнюю программу стажировок для студентов, позволяющую талантливым студентам бакалавриата со всего мира работать с научным персоналом института, получая практический опыт в передовых астрономических исследованиях. Постоянный научный персонал STScI проводит оригинальные исследования, охватывающие широкий спектр астрофизики, включая изучение Солнечной системы, обнаружение и характеристику экзопланет, звездообразование, эволюцию галактик и физическую космологию. STScI организует ежегодный научный симпозиум, проводимый каждую весну, а также несколько небольших научных семинаров. Наличие активного научного персонала в STScI способствует обеспечению максимальной эффективности работы HST, а в перспективе и JWST.

Общественная поддержка

Офис общественной просветительской деятельности STScI (OPO) предоставляет широкий спектр продуктов и услуг, предназначенных для распространения и популяризации науки и открытий, сделанных с помощью HST, JWST, Roman и астрономии в целом. Деятельность OPO направлена на удовлетворение потребностей средств массовой информации, учреждений неформального научного образования и широкой общественности. OPO ежегодно выпускает около 40 новых пресс-релизов, посвященных открытиям и научным результатам, полученным с помощью HST. Эти медиа-пакеты включают новостные материалы, изображения, полученные с помощью телескопа «Хаббл», поясняющие иллюстрации, анимацию и дополнительную информацию для использования в печатных, телевизионных и онлайн-СМИ. OPO также участвует в пресс-конференциях, посвященных особенно значимым открытиям, и организует семинары для научных журналистов, на которых они могут углубленно пообщаться с учеными, работающими над актуальными проблемами астрофизических исследований. Помимо пресс-релизов, OPO разрабатывает разнообразные продукты и материалы, связанные с астрономией, для использования широкой общественностью и учреждениями неформального образования, включая музеи, научные центры, планетарии и библиотеки. К ним относятся справочные статьи, изображения телескопов, иллюстрации, схемы, инфографика, видео, научные визуализации, виртуальная реальность и интерактивные материалы. Большинство этих ресурсов распространяются через веб-сайты, разработанные и поддерживаемые STScI, такие как Hubblesite, Webbtelescope, ViewSpace и Illuminated Universe. Контент также распространяется через социальные сети, включая Facebook, Twitter, Instagram и YouTube. OPO также осуществляет просветительскую деятельность посредством мероприятий, проводимых лично и онлайн, включая регулярную серию публичных лекций, а также участие в различных местных и национальных мероприятиях в области STEM. OPO также оказывает поддержку учреждениям неформального образования, предоставляя печатные материалы, ресурсы для программ и мероприятий, а также возможности для повышения квалификации. Просветительская деятельность OPO осуществляется в партнерстве с офисами миссий «Хаббл», «Вебб» и Roman, а также с другими учреждениями в рамках программы NASA «Вселенная обучения».