Space Telescope Science Institute - Space Telescope Science Institute
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O Space Telescope Science Institute ( STScI ) é o centro de operações científicas do Hubble Space Telescope (HST) e as operações de missão do James Webb Space Telescope (JWST). O STScI está localizado no Campus Homewood da Universidade Johns Hopkins em Baltimore , Maryland e foi estabelecido em 1981 como um centro de ciência baseado na comunidade que é operado para a NASA pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia (AURA). Além de realizar operações científicas contínuas do HST e se preparar para a exploração científica com o JWST, o STScI gerencia e opera o Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais (MAST), o Centro de Gerenciamento de Dados para a missão Kepler e uma série de outras atividades que se beneficiam de sua experiência em e infraestrutura para apoiar as operações de observatórios astronômicos baseados no espaço. A maior parte do financiamento para as atividades do STScI vem de contratos com o Goddard Space Flight Center da NASA, mas há atividades menores financiadas pelo Ames Research Center da NASA, pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA e pela Agência Espacial Européia (ESA). A equipe do STScI consiste em cientistas (principalmente astrônomos e astrofísicos), engenheiros de espaçonaves, engenheiros de software, pessoal de gerenciamento de dados, especialistas em educação e alcance público e pessoal de apoio administrativo e empresarial. Existem aproximadamente 100 doutores. cientistas que trabalham no STScI, 15 dos quais são funcionários da ESA que estão a serviço do projeto HST. O pessoal total do STScI consistia em cerca de 850 pessoas em 2021.
STScI opera suas missões em nome da NASA, a comunidade astronômica mundial, e para o benefício do público. As atividades de operações científicas atendem diretamente à comunidade astronômica, principalmente na forma de HST e, eventualmente, observações e concessões JWST , mas também incluem a distribuição de dados de outras missões da NASA, como o Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer , Galaxy Evolution Explorer e o céu terrestre pesquisas. As atividades de desenvolvimento do sistema terrestre criam e mantêm os sistemas de software necessários para fornecer esses serviços à comunidade astronômica. As atividades de alcance público do STScI fornecem uma ampla gama de informações, mídia on-line e programas para educadores formais, planetários e museus de ciência e para o público em geral. O STScI também serve como fonte de orientação para a NASA em uma série de questões de astrofísica espacial ótica e ultravioleta.
A equipe do STScI interage e se comunica com a comunidade astronômica profissional por meio de vários canais, incluindo a participação nas reuniões semestrais da American Astronomical Society , publicação de boletins informativos trimestrais do STScI e o site do STScI, hospedando comitês de usuários e grupos de trabalho de ciência, e realização de vários simpósios e workshops científicos e técnicos todos os anos. Essas atividades permitem que o STScI dissemine informações para a comunidade de usuários do telescópio, além de permitir que a equipe do STScI maximize a produtividade científica das instalações que opera, respondendo às necessidades da comunidade e da NASA.
Atividades STScI
Seleção da proposta científica do telescópio
O STScI conduz todas as atividades necessárias para selecionar, programar e implementar os programas de ciências do HST. A primeira etapa desse processo é apoiar a seleção anual dos programas científicos que serão realizados com o HST, liderada pela comunidade. Isso começa com a publicação da Chamada de Propostas anual, que especifica as capacidades dos instrumentos científicos atualmente apoiados, os requisitos da proposta e o prazo de envio. Qualquer pessoa está qualificada para enviar uma proposta. Todas as propostas são analisadas criticamente por pares pelo Comitê de Alocação de Tempo (TAC). O TAC consiste em cerca de 100 membros da comunidade astronômica internacional e dos Estados Unidos, selecionados para representar uma ampla gama de conhecimentos de pesquisa necessários para avaliar as propostas. Cada ciclo de proposta normalmente envolve a revisão de 700 a 1100 propostas. Apenas 15 a 20% dessas propostas serão selecionadas para implementação. O TAC analisa várias categorias de tempo de observação, bem como propostas para projetos de pesquisa arquivística, teórica e combinada entre o HST e outros observatórios baseados no espaço ou em terra (por exemplo, Chandra X-ray Observatory e National Optical Astronomy Observatories ). O STScI fornece todo o suporte técnico e logístico para essas atividades. O ciclo anual de chamadas de propostas foi ocasionalmente alterado na duração em anos quando uma missão de serviço do HST foi agendada.
Os proponentes que tenham a sorte de receber tempo de telescópio, conhecidos como Observadores Gerais (GOs), devem fornecer os requisitos detalhados necessários para agendar e implementar seus programas de observação. Essas informações são fornecidas ao STScI no que é chamado de proposta de Fase II. A proposta da Fase II especifica os modos de operação do instrumento, tempos de exposição, orientações do telescópio e assim por diante. A equipe do STScI fornece o software baseado na web chamado Exposure Time Calculators (ETCs), que permite aos GOs estimar quanto tempo de observação qualquer um dos detectores a bordo precisará para acumular a quantidade de luz necessária para cumprir seus objetivos científicos. Além disso, a equipe do STScI realiza todas as etapas necessárias para a implementação de cada programa específico, bem como o planejamento de todo o conjunto de programas para o ano. Para o HST, isso inclui encontrar estrelas-guia, verificar as restrições de objetos brilhantes, implementar requisitos de agendamento específicos e trabalhar com observadores para compreender e levar em consideração quaisquer requisitos específicos ou não padronizados que possam ter.
Agendamento de observação
Uma vez que as informações da Fase II são coletadas, é desenvolvido um plano de observação de longo alcance que cobre todo o ano, encontrando os horários apropriados para agendar observações individuais e, ao mesmo tempo, garantindo o uso eficaz e eficiente do telescópio ao longo do ano. Cronogramas de observação detalhados são criados a cada semana, incluindo, no caso de operações HST, o agendamento dos caminhos de comunicação de dados por meio do Sistema de Rastreamento e Relé de Dados por Satélite ( TDRSS ) e a geração de cargas de comando binário para uplink para a espaçonave. Ajustes podem ser feitos em planos de longo alcance e semanais em resposta a Alvos de Oportunidade (por exemplo, para eventos transitórios como supernovas ou coordenação com eventos únicos , como espaçonaves de impacto de cometa ). O STScI usa o algoritmo de conflitos Min para agendar o tempo de observação no telescópio. O STScI está atualmente desenvolvendo processos semelhantes para JWST, embora os detalhes operacionais sejam muito diferentes devido à sua instrumentação diferente e restrições da espaçonave, e sua localização no ponto Sol-Terra L2 Lagrange (~ 1,5 milhões de km da Terra), em vez de no ponto baixo Órbita terrestre (~ 565 km) usada pelo HST.
Operações de voo
As operações de voo consistem no suporte direto e no monitoramento das funções do HST em tempo real. As operações de vôo diárias em tempo real para o HST incluem cerca de 4 uplinks de carga de comando, cerca de 10 downlinks de dados e monitoramento quase contínuo de saúde e segurança do observatório. As operações em tempo real funcionam 24 horas por dia. As atividades de operações de voo para o HST são realizadas no GSFC da NASA em Greenbelt, Maryland.
Processamento de dados científicos
Os dados científicos do HST chegam ao STScI algumas horas depois de serem baixados do TDRSS e subsequentemente passando por uma instalação de captura de dados no Goddard Space Flight Center da NASA. Uma vez no STScI, os dados são processados por uma série de algoritmos de computador que convertem seu formato em um padrão internacionalmente aceito (conhecido como FITS : Sistema de Transporte de Imagens Flexível ), corrigem os dados ausentes e realizam a calibração final dos dados removendo artefatos instrumentais . As etapas de calibração são diferentes para cada instrumento HST, mas como regra geral, incluem remoção de raios cósmicos, correção de não uniformidades de instrumento / detector, calibração de fluxo e aplicação de informações do sistema de coordenadas mundiais (que informa ao usuário precisamente onde no céu o detector foi apontado). As calibrações aplicadas são as melhores disponíveis no momento em que os dados passam pelo pipeline. O STScI está trabalhando com desenvolvedores de instrumentos para definir processos semelhantes para dados Kepler e JWST.
Arquivamento e distribuição de dados científicos
Todos os dados científicos do HST são permanentemente arquivados após passarem pelo pipeline de calibração. A política da NASA exige um período de propriedade de um ano para todos os dados, o que significa que apenas a equipe da proposta inicial pode acessar os dados no primeiro ano após terem sido obtidos. Posteriormente a esse ano, os dados ficam disponíveis para quem deseja acessá-los. Os conjuntos de dados recuperados do arquivo são recalibrados automaticamente para garantir que os fatores de calibração e software mais atualizados sejam aplicados. O STScI serve como centro de arquivo para todas as missões espaciais óticas / UV da NASA. Além de arquivar e armazenar dados científicos do HST, o STScI mantém dados de 13 outras missões, incluindo o International Ultraviolet Explorer (IUE), o Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE), o Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) e o Galaxy Evolution Explorer (GALEX ) Os dados científicos do Kepler e do JWST serão arquivados e recuperados de maneira semelhante. A Internet funciona como a principal interface de usuário para os arquivos de dados no STScI ( http://archive.stsci.edu ). O arquivo atualmente contém mais de 30 terabytes de dados. A cada dia, cerca de 11 gigabytes de novos dados são ingeridos e cerca de 85 gigabytes de dados são distribuídos aos usuários. O Hubble Legacy Archive (HLA; http://hla.stsci.edu/ ), atualmente em desenvolvimento, atuará como um arquivo mais integrado e amigável. Ele fornecerá dados brutos do Hubble, bem como produtos científicos de alto nível (imagens coloridas, mosaicos, etc.).
Calibração e caracterização de instrumentos científicos
O STScI é responsável pela calibração em vôo dos instrumentos científicos no HST e JWST. Para o HST, um plano de calibração para o observatório é desenvolvido a cada ano. Este plano é projetado para oferecer suporte aos programas de observação GO selecionados para aquele ciclo, bem como fornecer uma calibração básica que abrange a vida útil de cada instrumento. O programa de calibração inclui medições que são feitas em relação às fontes de calibração a bordo ou para avaliar os níveis de ruído do detector interno, bem como observações de estrelas e campos padrão astronômicos, necessários para determinar conversões de fluxo absoluto e transformações astrométricas. As calibrações externas no HST normalmente totalizam 5-10% do programa de observação GO, com mais tempo necessário quando um instrumento ainda é relativamente novo. O HST teve um total de 12 instrumentos científicos até o momento, 6 dos quais estão atualmente ativos. Dois novos instrumentos foram instalados durante a missão de manutenção STS-125 do HST em maio de 2009 . Falhas eletrônicas no STIS (em 2001) e no Canal de Campo Largo da ACS (em 2007) também foram reparadas em órbita em maio de 2009, trazendo esses instrumentos de volta ao status ativo. Todos os 12 instrumentos HST mais os 4 planejados para o JWST estão resumidos na tabela abaixo. Os instrumentos HST podem detectar luz com comprimentos de onda do ultravioleta ao infravermelho próximo . Os instrumentos JWST operam da extremidade vermelha dos comprimentos de onda ópticos (~ 6000 Angstroms) até o infravermelho médio (5 a 27 micrômetros). Os instrumentos listados como desativados não estão mais a bordo.
| Nome do instrumento (e abreviatura) | Função de instrumento | Status do instrumento | Telescópio |
|---|---|---|---|
| Fotômetro de alta velocidade (HSP) | Fotometria em escala de tempo rápida | Desativado em 1993 | HST |
| Wide Field and Planetary Camera (WFPC) | UV / Imagem Ótica | Desativado em 1993 | HST |
| Faint Object Spectrograph (FOS) | Espectroscopia UV / Óptica | Desativado em 1997 | HST |
| Espectrógrafo de alta resolução Goddard (GHRS) | Espectroscopia UV / Ótica | Desativado em 1997 | HST |
| Faint Object Camera (FOC) | UV / Imagem Ótica | Desativado em 2002 | HST |
| Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) | UV / Imagem Ótica | Desativado em 2009 | HST |
| Sensor de orientação fina (FGS) | Astrometria de precisão | Ativo | HST |
| Espectrógrafo de imagem por telescópio espacial (STIS) | Espectroscopia UV / Ótica | Ativo (reparado) | HST |
| Câmera infravermelha próxima e espectrômetro multi-objeto (NICMOS) | Imagens NIR e espectroscopia grism | Ativo | HST |
| Câmera Avançada para Pesquisas (ACS) | UV / Imagem Ótica e Espectroscopia Grism | SBC e WFC (reparado) Ativo; HRC inativo [1] | HST |
| Espectrógrafo de origens cósmicas (COS) | Espectroscopia UV | Ativo | HST |
| Wide Field Camera 3 (WFC3) | Espectroscopia UV / Óptica / Infravermelho Próximo e Espectroscopia Grism | Ativo | HST |
| Câmera infravermelha próxima (NIRCam) | Imagem ótica / infravermelho próximo | Pré-voo (2014) | JWST |
| Espectrógrafo de infravermelho próximo (NIRSpec) | Espectroscopia de infravermelho próximo | Pré-voo (2014) | JWST |
| MIRI (instrumento infravermelho médio) (MIRI) | Imagem de infravermelho médio e espectroscopia | Pré-voo (2014) | JWST |
| Gerador de imagens de filtro ajustável (FGS-TFI) | Imagem de banda média de infravermelho próximo a médio | Pré-voo (2014) | JWST |
A equipe do STScI desenvolve as propostas de calibração, orienta-as ao longo do processo de programação e analisa os dados que elas produzem. Esses programas fornecem calibração atualizada e arquivos de referência para serem usados no pipeline de processamento de dados. Os arquivos de calibração também são arquivados para que os usuários possam recuperá-los se precisarem recalibrar manualmente seus dados. Todas as atividades e resultados de calibração são documentados, geralmente na forma de Instrument Science Reports postados no site público e, ocasionalmente, na forma de artigos publicados. Os resultados também são incorporados aos Manuais de Dados e Manuais de Instrumentos.
Além da calibração dos instrumentos, a equipe do STScI caracteriza e documenta o desempenho do instrumento, para que os usuários possam entender melhor como interpretar seus dados. Geralmente, esses efeitos não são corrigidos automaticamente no pipeline (porque variam com o tempo ou dependem do brilho da fonte). Eles incluem efeitos globais, como eficiência de transferência de carga nos dispositivos de carga acoplada , bem como efeitos específicos para modos e filtros, como "fantasmas" de filtro (causados por espalhamento sutil de luz dentro de um instrumento). A consciência desses efeitos pode vir da equipe do STScI conforme eles analisam os programas de calibração ou de observadores que encontram estranhezas em seus dados e fornecem feedback ao STScI.
A equipe do STScI também realiza a caracterização e calibração do próprio telescópio. No caso do HST, isso evoluiu para ser principalmente uma questão de monitorar e ajustar o foco e monitorar e medir as funções de espalhamento do ponto . (No início da década de 1990, o STScI era responsável pela medição precisa da aberração esférica , necessária para a ótica corretiva de todos os instrumentos subsequentes). No caso do JWST, o STScI será responsável por usar o sistema de sensor de frente de onda desenvolvido pelo JPL e pela Northrop Grumman Space Technology (NGST, a contratada da NASA que está construindo o observatório) para monitorar e ajustar o telescópio segmentado.
Suporte pós-observação
O suporte pós-observação inclui um HelpDesk com o qual os usuários podem entrar em contato para responder às suas perguntas sobre qualquer aspecto da observação - desde como enviar uma proposta até como analisar os dados.
Serviço da comunidade científica
O STScI realiza grandes programas científicos de HST em nome da comunidade. São programas com amplas aplicações científicas. Até o momento, esses programas incluem o Hubble Deep Field (HDF), o Hubble Deep Field South (HDFS) e o Ultra Deep Field (UDF). Os dados brutos e processados para essas observações são disponibilizados para a comunidade astronômica quase imediatamente. Esses produtos foram então usados por muitos astrônomos em busca de seus próprios tópicos de pesquisa e motivaram um grande trabalho de acompanhamento (ver, por exemplo, http://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/ clearinghouse / clearinghouse.html e http://www.stsci.edu/hst/udf/index_html ).
Sistemas de solo
O STScI é responsável por desenvolver, melhorar e manter a maioria dos sistemas terrestres usados para realizar nossas operações científicas do Hubble descritas acima. Esses sistemas originalmente (1980, início de 1990) vieram de várias fontes, incluindo desenvolvimentos internos de STScI e trabalho feito sob contratos da NASA com vários fornecedores. Ao longo da vida do HST, um trabalho substancial foi feito nesses sistemas - mesmo enquanto eles suportavam as operações diárias do Hubble. Eles foram integrados em um sistema de ponta a ponta mais eficaz e fácil de operar. Eles passaram por grandes atualizações de tecnologia (por exemplo, sistemas operacionais e hardware de computador aprimorados, mídia de armazenamento de arquivo de maior capacidade). Eles também foram modificados para suportar a sucessão de instrumentos instalados no telescópio. Nos últimos anos, eles foram modificados para oferecer suporte a WFC3 e COS, os dois novos instrumentos que serão instalados durante a próxima missão de manutenção do HST, e para suportar o modo 2- giroscópio das operações do HST. O STScI também fornece subconjuntos de serviços de sistema terrestre para outras missões de astronomia, incluindo FUSE, Kepler e JWST. Os engenheiros de software da STScI mantêm cerca de 7.900.000 linhas de código-fonte .
Desenvolvimento de missão e suporte de operações
O STScI participa rotineiramente com a NASA e engenheiros de sistema da indústria e cientistas no desenvolvimento da arquitetura geral da missão. Para o HST, isso inclui ajudar a determinar e priorizar as atividades da missão de serviço e o desenvolvimento da estratégia de serviço. Para o JWST, isso inclui a participação na definição de requisitos científicos de alto nível e na arquitetura geral da missão. Em ambos os casos, o STScI concentra-se nas capacidades científicas da missão e também nos requisitos para operações suaves e eficientes do observatório.
Atividades de pesquisa científica
O STScI gerencia a seleção do Hubble Fellowship Program . Desde 1990, o Hubble Fellowships apóia destacados cientistas de pós-doutorado cujas pesquisas estão amplamente relacionadas à missão científica do Telescópio Espacial Hubble. Em 2009, foi combinado com o Spitzer Fellowship, que desde 2002 estava associado ao telescópio Spitzer e ao programa de ciências. Agora apóia bolsistas que realizam pesquisas associadas a todas as missões dentro do tema Origens Cósmicas: o Observatório Espacial Herschel , Telescópio Espacial Hubble (HST), Telescópio Espacial James Webb (JWST), Observatório Estratosférico para Astronomia Infravermelha (SOFIA) e o Telescópio Espacial Spitzer . A pesquisa pode ser teórica, observacional ou instrumental. A cada ano, desde o lançamento do HST em 1990, 8 a 12 bolsas são concedidas; de 2009, cerca de 16. O STScI também patrocina um programa de estágio para estudantes de verão que permite que estudantes de graduação talentosos de todo o mundo trabalhem com a equipe científica do Instituto, proporcionando a esses alunos experiência prática em pesquisas astronômicas de ponta . A equipe científica em tempo integral do STScI conduz pesquisas originais abrangendo uma ampla gama de astrofísica, incluindo investigações do sistema solar , detecção e caracterização de exoplanetas , formação de estrelas , evolução de galáxias e cosmologia física . O STScI hospeda um simpósio científico anual realizado a cada primavera, bem como vários workshops científicos menores. O emprego de uma equipe científica ativa no STScI ajuda a garantir que o HST e, eventualmente, o JWST, tenham o desempenho máximo.
Alcance público
O Office of Public Outreach (OPO) do STScI fornece uma ampla gama de produtos e serviços projetados para compartilhar e comunicar a ciência e as descobertas do HST (e, eventualmente, do JWST) com o público em geral. Os esforços da OPO se concentram em atender às necessidades de quatro comunidades: a mídia de notícias, os usuários da web, a comunidade de educação formal e locais informais de educação científica.
O setor de notícias da OPO produz aproximadamente 40 novos comunicados à imprensa a cada ano, apresentando descobertas do HST e resultados científicos. Esses pacotes de mídia incluem notícias, imagens do Hubble, arte explicativa, animações e informações suplementares para uso em mídia impressa, transmitida e on-line. A filial também conduz coletivas de imprensa chamadas "NASA Science Updates" para descobertas particularmente interessantes. Oficinas de redatores de ciência e outros eventos especiais trazem repórteres ao Instituto para sessões aprofundadas com cientistas que trabalham em problemas atuais de pesquisa astrofísica.
O Ramo de Educação Formal desenvolve aulas e produtos educacionais baseados em padrões e rigorosamente avaliados para uso em currículos K-14 em todo o país. Muitos dos produtos da filial estão incorporados em seu site premiado chamado Amazing Space ( http://amazing-space.stsci.edu/ ), onde aulas e exercícios são facilmente acessíveis por professores e alunos e são usados em mais de 200 distritos escolares e em todos os 50 estados.
O Informal Education Branch cria uma variedade de produtos e recursos relacionados ao Hubble para uso em locais informais, incluindo museus, centros de ciência, planetários e bibliotecas. Isso inclui o ViewSpace, um sistema de exibição multimídia que fornece uma série de recursos educacionais sobre a ciência do Hubble e outras missões que usam imagens, texto e música. Um curta-metragem chamado "Hubble: Galaxies Across Space and Time", que apresenta um voo tridimensional do Hubble Ultra Deep Field , foi produzido para cinemas IMAX e adaptado para uso em planetários. O grupo também fornece materiais para conferências e workshops, gerencia exibições itinerantes do Hubble para distribuição nacional e cria compilações de vídeo de imagens e recursos do Hubble.
A filial online da OPO desenvolve, melhora e mantém uma série de sites relacionados a HST e JWST, incluindo o premiado HubbleSite ( http://hubblesite.org ), que contém uma galeria de imagens com mais de 4.000 imagens do Hubble que foram liberadas para consumo público durante a vida útil do telescópio.
Referências
links externos
Coordenadas : 39,332887 ° N 76,622987 ° W 39 ° 19 58 ″ N 76 ° 37 23 ″ W /