Astronomer vid Macquarie University har banat väg för en ny teknik för att observera himmelska föremål under dagen, vilket potentiellt möjliggör visuell övervakning dygnet runt av satelliter och avsevärt förbättra säkerheten på jorden och i rymden.
Deras teknik använder universitetets Huntsman Telescope, en unik uppsättning av 10 kameralinser som arbetar parallellt, ursprungligen designade för ultrakänsliga natthimlens observationer.
I en artikel publicerad i Publications of the Astronomical Society of Australia den 20 maj visar forskarna Huntsmans förmåga att noggrant mäta stjärnor, satelliter och andra mål när solen står högt ovanför, trots att astronomer traditionellt bara observerar på natten.
"Människor har försökt observera stjärnor och satelliter i optiska våglängder under dagen i århundraden, men det har varit mycket svårt att göra. Våra tester visar att Huntsman kan uppnå anmärkningsvärda resultat i dagsljus", säger huvudförfattare och doktor i astrofysik. kandidaten Sarah Caddy, som hjälpte till att designa och bygga Huntsman Telescope.
Caddy arbetade med ett team av Ph.D. studenter och personal på Macquarie för att distribuera Huntsman, som firade sin officiella öppning vid Siding Springs Observatory i Coonabarabran förra året.
Teleskopet kombinerar en astronomikamera och astromekanisk fokuseringsutrustning med en uppsättning av 10 mycket känsliga 400 mm Canon-objektiv, orienterade för att täcka samma fläck av himlen.
Eftersom solen flödar ut det mesta ljuset från andra himlaobjekt, observerar astronomer sällan under dagen, men Caddy och hennes kollegor testade speciella "bredbands"-filter på en testversion av Huntsman-teleskopet för att blockera det mesta dagsljuset samtidigt som de tillät specifika våglängder från himlaobjekt. att passera.
Denna testversion, ett mini-Huntsman enkellins pathfinder-teleskop installerat vid universitetets observatorium, gjorde det möjligt för forskargruppen att bedöma olika inställningar i en kontrollerad miljö utan att påverka Huntsman-teleskopet.
Huntsmans kapacitet dagtid tillåter kontinuerlig övervakning av vissa ljusstarka stjärnor som kan vara oobserverbara på natten i månader i taget eftersom de är för nära solen.
Ett exempel är den röda superjätten Betelgeuse, en närliggande stjärna cirka 650 ljusår bort i stjärnbilden Orion i vår galax Vintergatan.
Betelgeuse är av stort intresse för astronomer eftersom stjärnan försvagades avsevärt från slutet av 2019 till 2020, troligen på grund av ett stort utsläpp av gas och damm.
"Utan detta dagläge skulle vi inte ha någon aning om en av de ljusaste stjärnorna på himlen har blivit supernova förrän några månader efter att dess explosiva ljus nådde jorden", säger medförfattaren docent Lee Spitler, chef för rymdprojekt vid Macquaries Australian Astronomical Optics (AAO).
"Vi vet att Betelgeuse kommer att spränga "snart" [i astronomiska termer betyder detta när som helst mellan nu och miljoner år in i framtiden], men inte exakt när det kommer att hända.
"Under ungefär fyra månader om året är det bara observerbart under dagtid eftersom solen hamnar mellan Betelgeuse och jorden vid den här tiden."
Studien bekräftade Huntsmans fotometridata för dagtid för Betelgeuse överensstämmer med observationer från observatorier runt om i världen, och till och med med rymdteleskop.
"Detta genombrott banar väg för oavbrutna, långsiktiga studier av stjärnor som Betelgeuse när de genomgår kraftfulla utbrott nära sitt liv, vilket driver ut enorma mängder stjärnmaterial i slutskedet av den kosmiska återfödelsens cykel", säger Spitler.
"Astronomer älskar när stjärnor i Vintergatan blir supernova eftersom det kan berätta så mycket om hur grundämnen skapas i universum."
Tyvärr, tillägger han, är supernova i Vintergatan relativt sällsynta – senast det hände var 1604.
"Men när en supernova gick igång i en minigalax bredvid vår Vintergatans galax 1987, var detta så användbart för astronomer att de fortfarande observerar den expanderande supernovaexplosionen nästan 40 år senare."
Att bemästra dagtidsobservation ger också en stor fördel inom det snabbt växande området för rymdsituationsmedvetenhet (SSA), som är noggrann övervakning av en ständigt växande population av satelliter, rymdskräp och andra konstgjorda föremål som kretsar runt jorden.
Fler satelliter kommer att skjutas upp under de kommande 10 åren än under hela historien om mänskliga rymdutforskningar.
"Med cirka 10 000 aktiva satelliter som redan cirkulerar planeten och planerar att skjuta upp ytterligare 50 000 satelliter i låg omloppsbana om jorden under det kommande decenniet, finns det ett tydligt behov av dedikerade dag- och nattteleskopnät för att kontinuerligt upptäcka och spåra satelliter", säger Caddy.
Potentiella satellitkollisioner har allvarliga konsekvenser för kommunikation, GPS, väderövervakning och annan kritisk infrastruktur.
Satellitfotometri – en astronomiteknik som använder optiska teleskop för att studera förändringar i ljusstyrkan hos himmelska objekt – kan avslöja värdefull information, inklusive sammansättningen, åldern och tillståndet hos objekt som kretsar runt.
"Genom att öppna upp för observation av satelliter under dagtid kan vi övervaka inte bara var de är, utan också deras orientering, och lägger till informationen vi får från radar och andra övervakningsmetoder, vilket skyddar mot potentiella kollisioner", säger Caddy.
Caddies team demonstrerade Huntsmans potential för andra astronomiobservationer som kräver dag- och natttäckning, inklusive övervakning av satelliter.
Teamet använde mini-Huntsman för att förfina tekniker under många månader och systematiskt undersöka sådana faktorer som optimala exponeringstider, observationstid och exakt spårning av mål även genom atmosfärisk turbulens.
"Dagtidsastronomi är ett spännande område, och med framsteg inom kamerasensorer, filter och annan teknik såg vi dramatiska förbättringar av känsligheten och precisionen som kan uppnås under ljusa himmelsförhållanden", säger Caddy.
Tillägger Spitler, "Vi har förfinat en metod för dagtidsobservation och visat att det kan göras på prisvärd, avancerad utrustning som Canon-objektiv."
Huntsman har konstruerats så att de 10 linserna fungerar parallellt och matar 10 ultrasnabba CMOS-kamerasensorer som tillsammans kan ta tusentals bilder med kort exponering per sekund.
Den bifogade kameran kan bearbeta bilder och hantera mycket stora dataströmmar på ett ögonblick, med hjälp av robotstyrning för att spåra och fånga objekt som rör sig snabbt, och levererar kontinuerlig 24-timmarsövervakning av objekt.
"Att kunna göra exakta observationer dygnet runt slår sönder långvariga restriktioner för när astronomer kan skanna himlen", säger Spitler.
"Dagtidsastronomi kommer att bli allt mer kritisk när vi går in i nästa rymdålder."
