Den 1 april, kupolen på Mayall-teleskopet nära Tucson, Arizona, öppnade mot natthimlen, och stjärnljus strömmade genom sammansättningen av sex stora linser som var noggrant förpackade och anpassade för ett nytt instrument som kommer att lanseras senare i år.

Bara timmar senare, forskare producerade de första fokuserade bilderna med dessa precisionslinser – den största är 1,1 meter i diameter – under denna tidiga testsnurr, markerar en viktig milstolpe för "first light" för Dark Energy Spectroscopic Instrument, eller DESI. Den här första satsen bilder kom in på Whirlpool Galaxy för att demonstrera kvaliteten på de nya linserna.

"Det var ett otroligt ögonblick att se de första bilderna på kontrollrumsmonitorerna, " sa Connie Rockosi, som leder denna tidiga idrifttagning av DESI-linserna. "En hel del människor har jobbat riktigt hårt med det här, och det är verkligen spännande att visa hur mycket som redan har samlats."

Denna fas av projektet kommer att pågå i cirka sex veckor och kommer att kräva insatser från flera forskare på plats och fjärrobservatörer, noterade Rockosi, en professor i astronomi och astrofysik vid UC Santa Cruz.

När det är klart senare i år, DESI kommer att se och mäta himlens ljus på ett helt annat sätt än den här linssammansättningen. Den är designad för att ta in tusentals ljuspunkter istället för en enda, stor bild.

Den färdiga DESI kommer att mäta ljuset från tiotals miljoner galaxer som når tillbaka 12 miljarder ljusår över universum. Det förväntas ge den mest exakta mätningen av universums expansion och ge ny insikt om mörk energi, som forskare förklarar gör att denna expansion accelererar.

DESI:s array av 5, 000 oberoende svängbara robotlägesställare (se en relaterad video:5, 000 robotar går samman för att kartlägga universum i 3D), var och en bär en tunn fiberoptisk kabel, kommer automatiskt att flyttas till förinställda positioner med en noggrannhet inom flera mikroner (miljondelar av en meter). Varje lägesställare är programmerad att rikta sin fiberoptiska kabel mot ett föremål för att samla dess ljus.

Det ljuset kommer att kanaliseras genom kablarna till en serie av 10 enheter som kallas spektrografer som kommer att separera ljuset i tusentals färger. Ljusmåtten, känd som spektra, kommer att ge detaljerad information om objektens avstånd och hastigheten med vilken de rör sig bort från oss, ger ny insikt om mörk energi.

DESI:s linser är inrymda i en tunnformad enhet känd som en korrektor som är fäst ovanför teleskopets primära spegel, och korrigeraren flyttas och fokuseras av en omgivande enhet känd som en hexapod.

Forskare från Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) ledde designen, konstruktion, och första testning av korrigeringsröret, hexapod och stödjande strukturer som håller linserna i linje.

"Hela vårt team är glada över att se detta instrument uppnå första ljuset, sa Gaston Gutierrez, Fermilab-forskaren som ledde denna del av projektet. "Det var en stor utmaning att bygga så stora enheter med precision som ett hårstrå. Vi är glada över att se dessa system kombineras."

Den gigantiska korrigeringspipan och hexapoden, som tillsammans väger ca 5 ton, måste bibehålla inriktningen med teleskopets stora reflektorspegel som är 12 meter under, allt samtidigt som det kompenserar för rörelsen av teleskopets sammansättning av massiva komponenter när det svänger över himlen.

"Detta är ett stort steg upp. Det är ett steg in i framtiden för Mayall-teleskopet som kommer att möjliggöra spännande nya vetenskapliga upptäckter, sa Michael Levi, DESI:s direktör och en fysiker vid Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), som är den ledande institutionen i det internationella DESI-samarbetet. "Teamet har arbetat med den nya korrigeraren de senaste fem åren, så det var en upplevelse att se $10 miljoner optik lyftas av kranen under installationen."

Den nya uppsättningen linser (se en relaterad video:The Life of a Lens) utökar teleskopets visningsfönster med cirka 16 gånger, gör det möjligt för DESI att kartlägga ungefär en tredjedel av den synliga himlen flera gånger under sitt femåriga uppdrag.

Peter Doel, professor vid University College London, ledde teamet som designade det nya optiska systemet. "Vi hade ett halvdussin försäljare inblandade med att tillverka och polera glaset. Ett misstag skulle ha förstört allt. Det är spännande att veta att de överlevde resan och fungerar så bra."

"Detta var typ sanningens ögonblick, sa David Schlegel, en DESI-projektforskare. "Vi har bitit oss på naglarna."

David Sprayberry, platschefen för National Optical Astronomy Observatory (NOAO) vid Kitt Peak, sa, "Vi har en fantastisk, multitalentat team för att se till att allt fungerar som det ska, "inklusive ingenjörer, astronomer, och teleskopoperatörer som arbetar i skift. NOAO driver Mayall-teleskopet och dess Kitt Peak National Observatory-plats.

Han noterade utmaningen med att uppdatera den robusta, årtionden gammalt teleskop, som startade 1973, med högprecisionsutrustning. "I slutändan måste vi se till att DESI kan rikta in sig på en noggrannhet på 5 mikron – inte mycket större än ett människohår, " sa han. Det är en stor sak för något så tungt och stort." Mayall-teleskopets rörliga vikt är 375 ton.

Rockosi sa att det fanns en intensiv förplanering för korrigerarens tidiga testning, och många av uppgifterna under detta testskede är fokuserade på att samla in data från kvällsobservationer. Medan DESI-forskare har skapat automatiserade kontroller för att hjälpa positionera, fokus, och justera all utrustning, denna testkörning gör att teamet kan finjustera dessa automatiserade verktyg.

"Vi ska titta på ljusa stjärnor och testa hur väl vi kan hålla teleskopet riktat på samma plats, och mäta bildkvalitet, ", sa Rockosi. "Vi kommer att testa att vi upprepade gånger och tillförlitligt kan hålla dessa linser i bästa möjliga inriktning."

Precisionstestningen av korrektorn möjliggörs av ett instrument – ​​nu monterat ovanpå teleskopet – som designades och byggdes av forskare från Ohio State University. Denna 1-tons enhet, som har fem digitalkameror och mätverktyg från Yale University, och elektronik levererad av University of Michigan, är känt som idrifttagningsinstrumentet.

Detta tillfälliga instrument byggdes med samma vikt och installerades på samma plats där DESI:s fokalplan kommer att installeras när det är helt monterat. Fokalplanet kommer att bära DESI:s robotlägesställare. Idrifttagningsinstrumentet simulerar hur teleskopet kommer att prestera när det bär hela uppsättningen av DESI-komponenter, och verifierar kvaliteten på DESIs linser.

"En av de största utmaningarna med idrifttagningsinstrumentet var att rikta in alla fem kamerorna med korrigerarens böjda fokalyta, sa Paul Martini, en astronomiprofessor vid Ohio State University som ledde forskningen och utvecklingen och installationen av idrifttagningsinstrumentet och som nu övervakar dess användning. "En annan mätte sina positioner till några miljondelar av en meter, som är mycket mer exakt än de flesta astronomiska instrument." Denna positionering säkerställer sannare mätningar av linsens prestanda.

Han sa att han ser fram emot installationen av DESI:s fokalplan senare i år. Det kommer att bana väg för DESI:s officiella "första ljus" för dess robotpositionerare och starten på dess galaxmätningar.

"Det som gjorde mig upphetsad om det här fältet i första hand var att gå till teleskop och ta data, så det ska bli kul att ha nästa steg, " han sa.