Astronomia 

Jerzy Krzesiński

Cyfrowy przegląd nieba Sloana

Historia przeglądów nieba, czyli obserwacji dużej liczby gwiazd oraz notowania i katalogowania ich dostrzeżonych własności, sięga czasów starożytnych. Pierwszy znany katalog gwiazd stworzył grecki astronom Hipparch około 200 r. p.n.e. Opracowanie to, jak i następne, znacząco wpłynęło na rozwój astronomii. Map nieba, zaprojektowanych w XVI w. przez duńskiego astronoma, Tychona Brahego, użył Johannes Kepler, tworząc poprawny obraz Układu Słonecznego. W drugiej połowie XIX w. do rejestracji obrazu nieba wykorzystano fotografię, co miało znaczenie przełomowe. W latach pięćdziesiątych XX w. powstał zaś tzw. Palomarski fotograficzny przegląd nieba, przez kilkadziesiąt lat pozostający dla naukowców zajmujących się obiektami astronomicznymi, leżącymi poza naszą Galaktyką, najbogatszym źródłem danych. Kamieniem milowym na drodze do szerszego poznania kosmosu było z kolei umieszczenie specjalistycznych instrumentów na orbicie okołoziemskiej. Od tego momentu zaczęły powstawać nowe katalogi, w których gromadzone są dane pochodzące z różnych - także niedostępnych z powierzchni Ziemi - zakresów promieniowania elektromagnetycznego. W zakresie promieniowania widzialnego najbardziej znany jest teleskop orbitalny Hubble'a. W ostatnim czasie sytuacja znów uległa zmianie, bo najnowsze przeglądy gromadzą znacznie obszerniejsze zestawy danych, zebrane dzięki jednoczesnemu prowadzeniu obserwacji różnymi metodami badawczymi

Najbardziej zaawansowanym ze współczesnych przeglądów nieba jest Sloan Digital Sky Survey, biorący swą nazwę od Fundacji Alfreda P. Sloana - głównego sponsora projektu. Jego celem jest zrobienie kompletu cyfrowych zdjęć przedstawiających położenie gwiazd i galaktyk oraz - jednocześnie - obserwacja widm tych obszarów. Przegląd obejmuje około 30% całej sfery niebieskiej. Zamierzeniem autorów jest wykonanie cyfrowej, trójwymiarowej mapy fragmentu Wszechświata, w którym znajduje się nasza Galaktyka. Zawierać ona będzie informacje o położeniu, prędkości i jasności około miliona galaktyk. Powstały w ten sposób model pozwoli astronomom na dokładniejsze poznanie budowy i właściwości tej części Universum, w której znajduje się Ziemia.
 
Projekt na taką skalę nie mógł być zrealizowany przez pojedynczą placówkę badawczą. Ze względu na ogromne koszty i gigantyczną ilość danych (liczoną w terabajtach!), do jego realizacji przystąpiło kilka uniwersytetów, instytucji badawczych i stowarzyszeń naukowych w Stanach Zjednoczonych oraz instytucje z Niemiec i Japonii. Dla badaczy uczestniczących w programie zbudowano specjalny teleskop o średnicy zwierciadła 2,5 m. Obserwacje prowadzone są w Obserwatorium Apache Point, które mieści się na południu stanu Nowy Meksyk w USA.
 
Do zbierania danych uzyskiwanych w ich wyniku skonstruowane zostały dwa urządzenia rejestrujące. Jednym z nich jest dużych rozmiarów kamera CCD. Działa ona na podobnej zasadzie jak cyfrowy aparat fotograficzny, a na wykonywanych fotografiach można precyzyjnie zmierzyć położenie oraz jasność widocznych galaktyk. Drugi instrument to spektrograf - urządzenie umożliwiające otrzymywanie i rejestrowanie widma tych obiektów. W dalszej kolejności dane ze spekrografu wykorzystywane są m.in. do wyznaczenia ich odległości.
 

2,5 metrowy teleskop zbudowany na potrzeby SDSS

Opis powyższego instrumentarium pozwala zorientować się w idei całego projektu. Dysponując materiałami pozyskanymi z obserwacji, łatwo będzie odnaleźć położenie każdej obserwowanej galaktyki względem Drogi Mlecznej. Z około miliona takich pomiarów będziemy mogli zbudować trójwymiarowy model obejmujący swoim zasięgiem około 0,2 objętości całego widocznego Wszechświata. Umożliwi to lepsze poznanie wielkoskalowej struktury Universum oraz pogłębi naszą wiedzę na temat kolejnych etapów jego ewolucji.
 
Obserwacje prowadzone w ramach programu SDSS rozpoczęły się w kwietniu 2000 r. Czas trwania części obserwacyjnej przeglądu przewidziany został na 5 lat. W tym czasie zebranych zostanie około 12 terabajtów danych, które trafią do sieci komputerowej w połowie 2006 r. Część materiałów jest dostępna już teraz. Całkowity koszt programu - zbudowania teleskopu i urządzeń pomiarowych, fazy operacyjnej i archiwizacji danych - wyniesie łącznie około 83 mln dolarów.
 
SDSS nie będzie jedynym przeglądem na taką skalę. Już teraz przewiduje się budowę kolejnych teleskopów, które posłużą realizacji podobnych programów. Powstaną one jednak dopiero za kilka lat. Do tego czasu baza danych uzyskana w toku omawianego programu będzie najbardziej kompletną i jednorodną. Zgromadzone informacje, po wstępnej analizie i opublikowaniu początkowych wyników, udostępniane są w internecie. Najprawdopodobniej nie wszystkie dane uzyskane w ramach programu Sloana zostaną w całości wykorzystane przez osoby biorące w nim udział. Ilość informacji zapisana na dyskach jest ogromna. Jeszcze przez wiele lat dane SDSS będą służyć astronomom różnych specjalizacji jako materiał do wszechstronnych analiz, porównań i komentarzy.
 
Na stronie internetowej SDSS (http://www. sdss.org/gallery/index.html) dostępne są już przykładowe fotografie uzyskane w czasie realizacji tego programu.
 

Jerzy Krzesiński

Autor jest adiunktem w Katedrze Astronomii AP i jedynym Polakiem zatrudnionym przez Uniwersytet Stanu Nowy Meksyk w Obserwatorium Apache Point, w ramach projektu Sloan Digital Sky Survey.

Zdjęcia pochodzą z oficjalnej strony internetowej programu SDSS.