Vera Rubini observatoorium alustab oma kümneaastast missiooni

Selle aasta jaaniõhtul, Eesti aja järgi kell 18.00, jõuab kätte üks viimaste aastate, kui mitte aastakümnete, oodatuimaid hetki astronoomiaringkondades – vastvalminud Vera C. Rubini observatoorium avaldab oma esimese superkõrglahutusliku foto tähistaevast. Sellega saab ühtlasi alguse observatooriumi vähemalt kümneaastane missioon, mille käigus pildistatakse iga kolme öö tagant kogu lõunataevas enneolematus lahutuses. Keegi ei kahtle, et tulevikus ootavad ees suured avastused – küsimus on vaid, millised need olema saavad.

Ehitustöö Rubini observatooriumi kallal algas Põhja-Tšiilis 2682-meetrise Cerro Pachón mäe tipus 2015. aasta kevadel. Idee observatooriumist, milles asuv teleskoop suudaks lühikese ajaga tervet taevast pildistada, sai aga alguse juba 90ndate keskel. Algselt Large Synoptic Survey Telescope (LSST) nime kandev projekt ristiti 2017. aastal elavate kirjast lahkunud USA astronoomi järgi Vera C. Rubini observatooriumiks. Rubini suurimaks panuseks astronoomiasse peetakse tema 70ndate keskel tehtud avastust, et galaktikate pöörlemiskõverad ei taha klappida galaktikates sisalduva nähtava aine arvestusliku hulgaga. Tema ja tegelikult enam-vähem samal ajal Tartu observatooriumis sama asja avastanud töögrupi järelduseks oli, et galaktikad peavad sisaldama suurel hulgal varjatud ainet, mis ei taha vähemalt mõõdetaval määral suhelda ei millegi muu kui gravitatsiooniga. Sealhulgas valgusega, mis lubaks meil seda näha. Tänapäeval tunneme seda varjatud ainet "tumeda aine" nime all, kuid selle täpsem olemus on jäänud mõistatuseks.

Äsjavalminud Vera C. Rubini observatoorium Põhja-Tšiilis 2682-meetrise Cerro Pachón mäe tipus. Selle ideest teostuseni kulus ligi 30 aastat.

Observatooriumi läbilõige. LSST Project/J. Andrew.

Tumeda aine avastaja on astronoomias tõeline raskekaal ja seega peab seda olema ka tema järgi nimetatud observatoorium. Rubini observatooriumi optikaks on üsna ebatavalise disainiga kolmepeegliline 8,4 meetrise peapeegliga teleskoop, mis kaalub kokku 350 tonni. Kaugelt kõige muljetavaldamaks osaks selle juures on teleskoobi sisemusse peidetud umbes sõiduauto mõõtu ja ligi kolm tonni kaaluv kaamera. Tegemist on kaugelt kõige suurema ja keerukama digitaalse kaameraga, mis eales ehitatud. Selle eletroonilise ime lahutusvõimeks on 3200 megapikslit ehk 3,2 gigapikslit. Kuidas seda ette kujutada? Kui üldlevinud HD teleri resolutsiooniks on 1920x1080 pikslit ehk umbes kaks megapikslit, siis selleks, et Vera Rubini observatooriumi kaamera tehtud fotot ilma kaduteta korraga näidata, läheks meil vaja ümmarguselt 1600 sellist telekat. 4K pilti välja andvaid telereid kuluks "vaid" 400. Kui üks selline foto printida tüüpilises kvaliteedis (300dpi) fotopaberile, oleks selle mõõtmed 5x5 meetrit. Ja see on ainult üks foto. Fotosid kavatsetakse sellega teha iga 40 sekundi tagant, terve öö ja nii praktiliselt kümme aastat järjest. Selle tulemuseks on, et juba esimese aastaga peaks Rubini observatoorium koguma rohkem pildiandmeid kui kõik senised teleskoobid ajaloos kokku. Ainuüksi ööpäevas toodab see üle 20 terabaiti fotomaterjali. Observatoorium tehnikute sõnul võrdub see umbes kolme aasta Netflixi video või 50 aasta Spotify muusikaga.

Tänu Rubini observatooriumi teleskoobi (see kannab omakorda nime Simonyi vaatlusteleskoop, austamaks Ungari päritolu Ameerika tarkvarainseneri Charles Simonyid, kes andis projekti algusele olulise rahalise tõuke) veidi ebatraditsioonilisele ehitusele näeb selle südames asuv kaamera korraga ebaharilikult laia taevaala. Näiteks kui Hubble teleskoop suudab oma aastakümneid vana põhikaameraga täiskuust korraga näha umbes üht protsenti, siis Simonyi näeb korraga taevast tükki, mille sisse mahuks ligi 40 täiskuud. Igas sellisest tükist teeb see kaks 15 sekundilist säri (see on vajalik välistamaks fotodelt kosmiliste kiirte poolt tekitatud juhuslikku müra), seejärel suunatakse see 5 sekundiga järgmisele taevaosale, millest tehakse järgmised kaks 15-sekundilist säri ja nii edasi. Kümne aasta peale tähendab see, et iga taevaala jäädvustatakse umbes 800 korda. Fakt, et 350 tonni kaaluv teleskoop suudab nii kiiresti liikuda ja selle vibratsioon sekunditega vaibuda, on juba iseenesest insenerikunsti suursaavutus. Enamus võrreldavas mõõdus suuri optilisi teleskoope peab igasuguste võbinate kadumiseks ootama kusagil kümmekond minutit.

Teleskoobi peapeegel sai edukalt valatud juba 2008. aasta augustis ehk seitse aastat enne observatooriumi ehituse algust. Howard Lester / LSST

8,4 meetrit laia Simonyi teleskoobi peapeegel koosneb tegelikult kahest erineva geomeetriaga pinnast. Nii teenib ühest tükist peegel korraga nii primaarpeegli kui tertsiaalpeegli otstarvet. Rubin Obs/NSF/AURA.

Pildistades tükk-tüki haaval ja umbes kolme ööga üles terve lõunataeva, alustab observatoorium jälle algusest. Selle eelduseks on Tšiili mägedes valitsev praktiliselt pidev selge taevas ja olematu valgusreostus. Igat jäädvustatud fotot võrreldakse väidetavalt 60 sekundi jooksul (alles paar aastat tagasi oli parim võimalik aeg kaks tundi) eelnevaga ning kui arvuti tuvastab, et kasvõi kõige pisem täpikene sellel on vahepeal muutnud asukohta või selle heledus on kasvõi natukenegi kasvanud/kahanenud, edastatakse selle kohta automaatne teade. Arvatakse, et taolisi teated hakkab Vera Rubini observatoorium igas vaatlussekundis tootma sadu. Öö peale kokku võib neid koguneda kümmekond miljonit.

Mingi osa mainitud teadetest hakkavad tõenäoliselt kuuluma miljonitele avastatud ja seniavastamata Päikesesüsteemi asteroididele, komeetidele ja kääbusplaneetidele, mis paistavad Maalt otsekui vaikselt tähtede vahel triivivad täpid. Võib olla üks neist on ka lõpuks see kurikuulus Päikesesüsteemi üheksas planeet, mida on oletatud ja otsitud aastakümneid. Sadade kaupa iga päev hakatakse ilmselt avastama kaugeid supernoovasid, noovasid, gammapurskeid, gravitatsiooniläätsi, pruune kääbuseid, muutlike tähti ja musti auke. Kokku lubab Rubin ära registreerida ligi 17 miljardi Linnutee tähe ja 20 miljardi galaktika asukohad ja heledused. Andmemüriaadi analüüsides avaneb astronoomidel enneolematu võimalus mõista tumeda aine ja tumeda energia (energia mis näib universumit kiirenevalt paisutavat) jaotust, universumi kärgstruktuuri ja sellega koos universumi algust ja tulevikku. Näiteks loodetakse sellega näha Suurele Paugule järgnenud kuumas plasmas tekkinud niinimetatud akustilisi barüonilainetusi, mis kujutavad endast galaktikatest ja muust tavaainest koosnevaid mustreid vaadeldava universumi struktuuris. Selliste tardunud lainete nägemine lubab mõõta universumi mõõtkava ja paisumistempot.

Rubini hingeks on ligi kolm tonni kaaluv 3200-megapiksline kaamera. LSST.

Kaamerasensori ees on kolm spetsiaalset korrektsiooniläätse. Fotol neist suurim. LSST.

Kaamera lihtsustatud skeem. Rubin Obs/NSF/AURA.

Kõik Vera Rubini observatooriumi poolt tuvastatud automaatsed teated, mis sisaldavad muutunud objekti taevakoordinaate, fotomeetrilisi parameetreid, 30x30 pikslist väljalõiget objektist ja muid andmeid, saavad kõigile avalikuks reaalajas. Kuna isegi kõik maailma astronoomid ei suudaks kõiki tuvastatud häireid mingil mõttekal moel läbi vaadata, on arendatud kavalaid tehisarul ja toorel arvutusvõimsusel töötavaid algoritme, mis üritavad neist tähtsamaid välja sõeluda. Kõik ühe öö jooksul pildistatud fotode toorandmed peaksid avalikult ja vabalt kättesaadavaks muutuma 24 tunni jooksul peale nende jäädvustamist.

Kuigi sarnaseid suure kaamerasensori ja laia vaateväljaga vaatlusprogramme on olnud ja on ka hetkel käimas (näiteks oluliselt väiksema optika ja kaameraga tegeleb sisuliselt sama asjaga Euroopa Kosmoseagentuuri Euclidi kosmoseteleskoop), on Vera Rubini observatoorium neist kõigist suurusjärgu võrra ees. Selle rolli meie ettekujutuse vormimisel universumist on tulevate aastate jooksul raske ülehinnata - vaatlev astronoomia siseneb tõeliselt suurte andmehulkade ajastusse.

Loodame vaid, et nende põhjal tehtud avastuste loogika ei muutu sealjuures tavainimese jaoks liiga elukaugeks ja hoomamatuks. Sellest ajast kui Jupiteri nelja suurema kuu või Veenuse faaside olemasolus veendumiseks tarvitses vaid Galileo udusest pikksilmast pilk sisse heita, on möödunud päris pikk aeg.

Lainurk foto Vera C. Rubini observatooriumi sisemusest. Tegelikult on seal sees võrdlemisi kitsad olud. Rubin Obs/NSF/AURA.

Skeem Simonyi teleskoobist. Valgust kogub teleskoop peapeegli välimise ringikujulise pinnaga, see peegeldub selle kohal oleva 3,4 meetrisele sekundaarpeeglile, seejärel peapeegli sisealas asuvale 5 meetrisele tertsiaalpeeglile. See koondab lõpuks valguse läbi sptsiaalsete läätsede ja filtrite kaamerasensorile. Obs/NSF/AURA.

Otseülekanne Vera C. Rubini observatooriumi esimese täismõõdus foto või fotode avaldamisest (23. juunil kell 18:00): https://www.youtube.com/live/dF1g-Ru8mjM

Fotodele ja andmetele pääseb edaspidi ligi läbi observatooriumi kodulehe: https://rubinobservatory.org/