معهد علوم تلسكوب الفضاء

يتولى معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) جميع الأنشطة اللازمة لاختيار البرامج العلمية لتلسكوب هابل الفضائي، وجدولتها، وتنفيذها. وتتمثل الخطوة الأولى في هذه العملية في دعم عملية الاختيار السنوية التي يقودها المجتمع العلمي للبرامج العلمية التي ستُنفذ باستخدام تلسكوب هابل. ويبدأ ذلك بنشر الدعوة السنوية لتقديم المقترحات، والتي تحدد قدرات الأجهزة العلمية المدعومة حاليًا، ومتطلبات المقترحات، والموعد النهائي لتقديمها. ويحق لأي شخص تقديم مقترح. وتخضع جميع المقترحات لمراجعة دقيقة من قبل لجنة تخصيص الوقت (TAC). وتتألف لجنة تخصيص الوقت من حوالي 100 عضو من المجتمع الفلكي الأمريكي والدولي، تم اختيارهم لتمثيل نطاق واسع من الخبرات البحثية اللازمة لتقييم المقترحات. وتتضمن كل دورة مقترحات عادةً مراجعة ما بين 700 و1100 مقترح. وسيتم اختيار ما بين 15% و20% فقط من هذه المقترحات للتنفيذ. تُراجع لجنة التقييم الفني (TAC) عدة فئات من أوقات الرصد، بالإضافة إلى مقترحات مشاريع البحث الأرشيفية والنظرية والمشتركة بين تلسكوب هابل الفضائي ومراصد فضائية أو أرضية أخرى (مثل مرصد تشاندرا للأشعة السينية والمراصد الوطنية لعلم الفلك البصري ). ويُقدم معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) الدعم الفني واللوجستي الكامل لهذه الأنشطة. وقد تم تعديل مدة الدورة السنوية لدعوات تقديم المقترحات في بعض الأحيان في السنوات التي كانت تُجدول فيها مهمة صيانة لتلسكوب هابل الفضائي. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

يتعين على مقدمي المقترحات الذين يحالفهم الحظ بالحصول على وقت رصد على التلسكوب، والذين يُطلق عليهم اسم المراقبين العامين، تقديم متطلبات تفصيلية لازمة لجدولة برامج الرصد الخاصة بهم وتنفيذها. تُقدم هذه المعلومات إلى معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) فيما يُعرف بمقترح المرحلة الثانية. يحدد مقترح المرحلة الثانية أوضاع تشغيل الأجهزة، وأوقات التعريض، واتجاهات التلسكوب، وما إلى ذلك. ^{[ 13 ]} يوفر فريق عمل معهد علوم تلسكوب الفضاء برنامجًا عبر الإنترنت يُسمى حاسبات وقت التعريض (ETCs) يسمح للمراقبين العامين بتقدير مقدار وقت الرصد الذي ستحتاجه أي من أجهزة الكشف الموجودة على متن التلسكوب لتجميع كمية الضوء اللازمة لتحقيق أهدافهم العلمية. بالإضافة إلى ذلك، يقوم فريق عمل معهد علوم تلسكوب الفضاء بتنفيذ جميع الخطوات اللازمة لتنفيذ كل برنامج على حدة، فضلاً عن تخطيط مجموعة البرامج الكاملة للعام. بالنسبة لتلسكوب هابل الفضائي، يشمل ذلك تحديد النجوم المرجعية، والتحقق من قيود الأجسام الساطعة، وتنفيذ متطلبات الجدولة المحددة، والعمل مع المراقبين لفهم أي متطلبات خاصة أو غير قياسية قد تكون لديهم وأخذها في الاعتبار. ^{[ 14 ]}

بمجرد جمع معلومات المرحلة الثانية، يتم وضع خطة رصد طويلة المدى تغطي العام بأكمله، لتحديد الأوقات المناسبة لجدولة عمليات الرصد الفردية، مع ضمان الاستخدام الفعال والكفء للتلسكوب طوال العام. تُنشأ جداول رصد مفصلة أسبوعيًا، بما في ذلك، في حالة عمليات تلسكوب هابل الفضائي، جدولة مسارات نقل البيانات عبر نظام تتبع ونقل البيانات عبر الأقمار الصناعية ( TDRSS ) وإنشاء أوامر الإرسال الثنائية للوصلة الصاعدة إلى المركبة الفضائية. يمكن إجراء تعديلات على كل من الخطط طويلة المدى والأسبوعية استجابةً لفرص الرصد المتاحة (مثل الأحداث العابرة كالمستعرات العظمى أو التنسيق مع أحداث فريدة من نوعها مثل اصطدام المركبات الفضائية بالمذنبات ). يستخدم معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) خوارزمية الحد الأدنى من التعارضات لجدولة وقت الرصد على التلسكوب. يقوم معهد علوم تلسكوب الفضاء حاليًا بتطوير عمليات مماثلة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي، على الرغم من أن التفاصيل التشغيلية ستكون مختلفة تمامًا نظرًا لاختلاف أجهزته وقيود المركبة الفضائية، وموقعه عند نقطة لاغرانج L2 بين الشمس والأرض (حوالي 1.5 مليون كيلومتر من الأرض) بدلاً من مدار الأرض المنخفض (حوالي 565  كيلومترًا) الذي يستخدمه تلسكوب هابل الفضائي.

تتضمن عمليات الطيران الدعم المباشر ومراقبة وظائف تلسكوب هابل الفضائي في الوقت الفعلي. وتشمل عمليات الطيران اليومية في الوقت الفعلي لتلسكوب هابل الفضائي حوالي 4 عمليات تحميل أوامر، وحوالي 10 عمليات استقبال بيانات، ومراقبة شبه مستمرة لسلامة المرصد وصحته. ويتم تشغيل عمليات الوقت الفعلي على مدار الساعة. وتُجرى أنشطة عمليات الطيران لتلسكوب هابل الفضائي في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في غرينبيلت، ميريلاند.

تصل البيانات العلمية من تلسكوب هابل الفضائي إلى معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) بعد ساعات قليلة من تحميلها من نظام TDRSS، ثم مرورها عبر وحدة التقاط البيانات في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا. وبمجرد وصولها إلى المعهد، تُعالج البيانات بواسطة سلسلة من الخوارزميات الحاسوبية التي تحوّل صيغتها إلى معيار دولي معتمد (يُعرف باسم FITS : نظام نقل الصور المرن )، وتُصحّح البيانات المفقودة، وتُجري معايرة نهائية للبيانات بإزالة التشوهات الناتجة عن الأجهزة. تختلف خطوات المعايرة باختلاف أجهزة تلسكوب هابل، ولكنها تشمل عمومًا إزالة الأشعة الكونية، وتصحيح عدم تجانس الجهاز/الكاشف، ومعايرة التدفق الضوئي، وتطبيق معلومات نظام الإحداثيات العالمي (التي تُحدد بدقة موقع الكاشف في السماء). وتُعدّ المعايرات المُطبقة هي الأفضل المتاحة وقت مرور البيانات عبر مسار المعالجة. ويعمل معهد علوم تلسكوب الفضاء حاليًا مع مطوري الأجهزة لتحديد عمليات مماثلة لبيانات تلسكوبي كيبلر وجيمس ويب الفضائي.

تُؤرشف جميع البيانات العلمية لتلسكوب هابل الفضائي بشكل دائم بعد اجتيازها عملية المعايرة. تنص سياسة ناسا على فترة احتكار لمدة عام واحد لجميع البيانات، ما يعني أن فريق المقترح الأولي فقط هو من يمكنه الوصول إلى البيانات خلال السنة الأولى بعد الحصول عليها. بعد ذلك، تُصبح البيانات متاحة لأي شخص يرغب في الوصول إليها. تُعاد معايرة مجموعات البيانات المُسترجعة من الأرشيف تلقائيًا لضمان تطبيق أحدث عوامل المعايرة والبرامج. يعمل معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) كمركز أرشفة لجميع مهمات ناسا الفضائية البصرية/فوق البنفسجية. بالإضافة إلى أرشفة وتخزين البيانات العلمية لتلسكوب هابل الفضائي، يحتفظ المعهد ببيانات من 13 مهمة أخرى، بما في ذلك مستكشف الأشعة فوق البنفسجية الدولي (IUE)، ومستكشف الأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUVE)، ومستكشف مطيافية الأشعة فوق البنفسجية البعيدة (FUSE)، ومستكشف تطور المجرات (GALEX). سيتم أرشفة واسترجاع البيانات العلمية لتلسكوبي كيبلر وجيمس ويب الفضائي بطرق مماثلة. تُعدّ شبكة الإنترنت الواجهة الرئيسية لأرشيفات البيانات في معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) ( http://archive.stsci.edu ). يحتوي الأرشيف حاليًا على أكثر من 30 تيرابايت من البيانات. ويتم يوميًا إدخال حوالي 11 جيجابايت من البيانات الجديدة، وتوزيع حوالي 85 جيجابايت منها على المستخدمين. أما أرشيف هابل التراثي (HLA؛ http://hla.stsci.edu/ )، الذي لا يزال قيد التطوير، فسيكون أرشيفًا أكثر تكاملًا وسهولة في الاستخدام. وسيوفر بيانات هابل الخام، بالإضافة إلى منتجات علمية متقدمة (صور ملونة، ومجموعات صور، وغيرها).

يتولى معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) مسؤولية معايرة الأجهزة العلمية على متن تلسكوبي هابل الفضائي (HST) وجيمس ويب الفضائي (JWST) أثناء الطيران. بالنسبة لتلسكوب هابل، تُوضع خطة معايرة سنوية للمرصد. صُممت هذه الخطة لدعم برامج الرصد المختارة لكل دورة، بالإضافة إلى توفير معايرة أساسية تغطي عمر كل جهاز. يشمل برنامج المعايرة قياسات تُجرى نسبةً إلى مصادر المعايرة الموجودة على متن التلسكوب، أو لتقييم مستويات الضوضاء الداخلية للكاشف، بالإضافة إلى رصد النجوم والحقول الفلكية القياسية، اللازمة لتحديد تحويلات التدفق المطلق والتحويلات الفلكية. عادةً ما تُمثل المعايرات الخارجية على تلسكوب هابل ما بين 5% و10% من برنامج الرصد، مع الحاجة إلى وقت أطول عندما يكون الجهاز جديدًا نسبيًا. امتلك تلسكوب هابل 12 جهازًا علميًا حتى الآن، 6 منها نشطة حاليًا. تم تركيب جهازين جديدين خلال مهمة صيانة تلسكوب هابل STS-125 في مايو 2009 . تم إصلاح الأعطال الإلكترونية في جهاز STIS (عام 2001) وقناة المجال الواسع لجهاز ACS (عام 2007) في المدار في مايو 2009، مما أعاد هذه الأجهزة إلى الخدمة. يلخص الجدول أدناه جميع أجهزة تلسكوب هابل الـ 12 بالإضافة إلى الأجهزة الأربعة المخطط لها لتلسكوب جيمس ويب الفضائي. تستطيع أجهزة تلسكوب هابل رصد الضوء بأطوال موجية تتراوح من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة . بينما ستعمل أجهزة تلسكوب جيمس ويب الفضائي من الطرف الأحمر للأطوال الموجية الضوئية (حوالي 6000 أنغستروم) إلى الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (من 5 إلى 27 ميكرومتر). الأجهزة المدرجة على أنها خارج الخدمة لم تعد موجودة على متن التلسكوب.

يقوم فريق معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) بإعداد مقترحات المعايرة، ومتابعة تنفيذها خلال عملية الجدولة، وتحليل البيانات الناتجة عنها. توفر هذه البرامج ملفات معايرة وملفات مرجعية محدثة لاستخدامها في مسار معالجة البيانات. كما تُحفظ ملفات المعايرة في الأرشيف ليتمكن المستخدمون من استرجاعها عند الحاجة إلى إعادة معايرة بياناتهم يدويًا. تُوثَّق جميع أنشطة المعايرة ونتائجها، عادةً في شكل تقارير علمية للأجهزة تُنشر على الموقع الإلكتروني العام، وأحيانًا في شكل أوراق بحثية منشورة. تُدمج النتائج أيضًا في أدلة البيانات وأدلة الأجهزة.

بالإضافة إلى معايرة الأجهزة، يقوم فريق عمل معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) بتوصيف وتوثيق أداء الجهاز، مما يُمكّن المستخدمين من فهم كيفية تفسير بياناتهم بشكل أفضل. وهذه التأثيرات عمومًا لا تُصحَّح تلقائيًا في مسار المعالجة (لأنها تتغير مع الوقت أو تعتمد على سطوع المصدر). وتشمل هذه التأثيرات تأثيرات عامة، مثل كفاءة نقل الشحنة في أجهزة اقتران الشحنة ، بالإضافة إلى تأثيرات خاصة بالأوضاع والمرشحات، مثل "أشباح" المرشحات (الناتجة عن تشتت طفيف للضوء داخل الجهاز). ويمكن لفريق عمل المعهد أن يُدرك هذه التأثيرات أثناء تحليلهم لبرامج المعايرة، أو من خلال ملاحظات المراقبين الذين يجدون خللًا في بياناتهم ويُقدّمون ملاحظاتهم إلى المعهد.

يقوم فريق معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) أيضًا بتوصيف ومعايرة التلسكوب نفسه. في حالة تلسكوب هابل الفضائي (HST)، تطور هذا الأمر ليصبح في المقام الأول مسألة مراقبة وضبط التركيز، ومراقبة وقياس وظائف انتشار النقطة . (في أوائل التسعينيات، كان معهد علوم تلسكوب الفضاء مسؤولاً عن القياس الدقيق للانحراف الكروي ، وهو أمر ضروري للبصريات التصحيحية لجميع الأجهزة اللاحقة). أما في حالة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، فسيكون معهد علوم تلسكوب الفضاء مسؤولاً عن استخدام نظام استشعار الجبهة الموجية الذي طوره مختبر الدفع النفاث (JPL) وشركة نورثروب غرومان لتكنولوجيا الفضاء (NGST، وهي الشركة المتعاقدة مع ناسا لبناء المرصد) لمراقبة وضبط التلسكوب المجزأ.

يشمل دعم ما بعد الملاحظة مكتب مساعدة يمكن للمستخدمين الاتصال به للإجابة على أسئلتهم حول أي جانب من جوانب الملاحظة - بدءًا من كيفية تقديم اقتراح وحتى كيفية تحليل البيانات.

يُجري معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) برامج علمية ضخمة باستخدام تلسكوب هابل الفضائي نيابةً عن المجتمع العلمي. تتميز هذه البرامج بتطبيقاتها العلمية الواسعة. وتشمل هذه البرامج حتى الآن حقل هابل العميق (HDF)، وحقل هابل العميق الجنوبي (HDFS)، والحقل فائق العمق (UDF). تُتاح البيانات الأولية والمعالجة لهذه الرصدات لمجتمع الفلك بشكل فوري تقريبًا. وقد استخدم العديد من علماء الفلك هذه البيانات في أبحاثهم، مما حفّز الكثير من الدراسات اللاحقة (انظر، على سبيل المثال، http://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/clearinghouse/clearinghouse.html و http://www.stsci.edu/hst/udf/index_html ).

يتولى معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) مسؤولية تطوير وتحسين وصيانة معظم الأنظمة الأرضية المستخدمة في تنفيذ عمليات هابل العلمية المذكورة أعلاه. وقد أتت هذه الأنظمة في الأصل (في ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي) من مصادر متعددة، بما في ذلك تطويرات داخلية في معهد علوم تلسكوب الفضاء، وأعمال أُنجزت بموجب عقود مع وكالة ناسا مع موردين مختلفين. وعلى مدار عمر تلسكوب هابل، أُجريت أعمال تطوير كبيرة على هذه الأنظمة، حتى أثناء دعمها للعمليات اليومية للتلسكوب. وقد دُمجت هذه الأنظمة في نظام متكامل أكثر فعالية وسهولة في التشغيل. كما خضعت لتحديثات تقنية رئيسية (مثل أنظمة تشغيل وأجهزة حاسوب محسّنة، ووسائط تخزين أرشيفية ذات سعة أكبر). وتم تعديلها أيضًا لدعم سلسلة الأجهزة المُثبّتة في التلسكوب. وفي السنوات الأخيرة، عُدّلت لدعم جهازي WFC3 وCOS، وهما الجهازان الجديدان اللذان سيتم تثبيتهما خلال مهمة الصيانة القادمة لتلسكوب هابل، ولدعم وضع الجيروسكوب المزدوج في عمليات التلسكوب. كما يُقدّم معهد علوم تلسكوب الفضاء خدمات أنظمة أرضية فرعية لمهام فلكية أخرى، بما في ذلك FUSE وKepler وJWST. يقوم مهندسو البرمجيات في معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) بصيانة حوالي 7,900,000 سطر من التعليمات البرمجية المصدرية .

يشارك معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) بشكل دوري مع مهندسي وعلماء أنظمة ناسا والصناعة في تطوير البنية العامة للمهمة. بالنسبة لتلسكوب هابل الفضائي، يشمل ذلك المساعدة في تحديد أولويات أنشطة صيانة المهمة ووضع استراتيجية الصيانة. أما بالنسبة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي، فيشمل ذلك المشاركة في تحديد المتطلبات العلمية الأساسية والبنية العامة للمهمة. في كلتا الحالتين، يركز معهد علوم تلسكوب الفضاء على القدرات العلمية للمهمة، بالإضافة إلى متطلبات التشغيل السلس والفعال للمرصد.

يتولى معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) إدارة عملية اختيار برنامج زمالة هابل . منذ عام 1990، تدعم زمالات هابل علماء ما بعد الدكتوراه المتميزين الذين ترتبط أبحاثهم بشكل عام بالمهمة العلمية لتلسكوب هابل الفضائي. في عام 2009، تم دمجها مع زمالة سبيتزر التي كانت مرتبطة منذ عام 2002 بتلسكوب سبيتزر الفضائي وبرنامجه العلمي. ^{[ 15 ]} تدعم الزمالة حاليًا الباحثين الذين يجرون أبحاثًا مرتبطة بجميع المهمات ضمن موضوع أصول الكون: مرصد هيرشل الفضائي ، وتلسكوب هابل الفضائي (HST)، وتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، ومرصد ستراتوسفير لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء (SOFIA)، وتلسكوب سبيتزر الفضائي. ^{[ 16 ]} قد يكون البحث نظريًا أو رصديًا أو عمليًا. ^{[ 16 ]} منذ إطلاق تلسكوب هابل الفضائي عام 1990، يتم منح ما بين 8 إلى 12 زمالة سنويًا. منذ عام 2009، استقرّ هذا الرقم عند حوالي 16. ^{[ 15 ]} كما يرعى معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) برنامج تدريب صيفي للطلاب الجامعيين، يتيح للطلاب الموهوبين من جميع أنحاء العالم العمل مع الكادر العلمي للمعهد، مما يزودهم بخبرة عملية في أحدث الأبحاث الفلكية. ويُجري الكادر العلمي المتفرغ في المعهد أبحاثًا أصلية تغطي نطاقًا واسعًا من الفيزياء الفلكية، بما في ذلك دراسات النظام الشمسي ، واكتشاف الكواكب الخارجية وتوصيفها، وتكوين النجوم ، وتطور المجرات ، وعلم الكونيات الفيزيائي . ويستضيف المعهد ندوة علمية سنوية تُعقد كل ربيع، بالإضافة إلى العديد من ورش العمل العلمية المصغّرة. ويساهم وجود كادر علمي نشط في المعهد في ضمان أداء تلسكوب هابل الفضائي، وتلسكوب جيمس ويب الفضائي لاحقًا، بأقصى كفاءة.

يُقدّم مكتب التوعية العامة التابع لمعهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) مجموعة واسعة من المنتجات والخدمات المصممة لنشر وتعميم العلوم والاكتشافات المتعلقة بتلسكوبات هابل الفضائي، وجيمس ويب الفضائي، ورومان، وعلم الفلك عموماً، بين عامة الجمهور. وتركز جهود المكتب على تلبية احتياجات وسائل الإعلام، ومجتمع تعليم العلوم غير الرسمي، وعامة الجمهور.

يُصدر مكتب الرصد الفلكي (OPO) ما يقارب 40 بيانًا صحفيًا جديدًا سنويًا تُسلّط الضوء على اكتشافات تلسكوب هابل الفضائي ونتائجه العلمية. تتضمن هذه المواد الإعلامية تقارير إخبارية، وصورًا من هابل، ورسومًا توضيحية، ورسومًا متحركة، ومعلومات إضافية لاستخدامها في وسائل الإعلام المطبوعة والمرئية والمسموعة والإلكترونية. كما يُشارك مكتب الرصد الفلكي في مؤتمرات صحفية خاصة بالاكتشافات ذات الأهمية الإخبارية، ويُقيم ورش عمل للكتاب العلميين تتضمن جلسات معمقة مع العلماء العاملين على مشاكل البحث الفيزيائي الفلكي الراهنة.

إلى جانب البيانات الصحفية، يُطوّر مكتب علم الفلك في أونتاريو (OPO) مجموعة متنوعة من المنتجات والخدمات المتعلقة بعلم الفلك، والمتاحة للجمهور العام ولمؤسسات التعليم غير الرسمي، بما في ذلك المتاحف والمراكز العلمية والقاعات الفلكية والمكتبات. تشمل هذه الخدمات مقالات تعريفية، وصورًا من التلسكوبات، ورسومًا توضيحية، ومخططات، ورسومًا بيانية، ومقاطع فيديو، وعروضًا علمية مرئية، وتقنيات الواقع الافتراضي، ومحتوى تفاعليًا. تُوزّع معظم هذه الموارد عبر مواقع إلكترونية طوّرها ويديرها معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI)، ومنها Hubblesite و Webbtelescope و ViewSpace و Illuminate Universe . كما يُنشر المحتوى أيضًا عبر منصات التواصل الاجتماعي، مثل فيسبوك وتويتر وإنستغرام ويوتيوب.

تُجري منظمة OPO أيضًا أنشطة توعوية من خلال فعاليات مباشرة، سواءً حضوريًا أو عبر الإنترنت. وتشمل هذه الأنشطة سلسلة محاضرات عامة منتظمة، بالإضافة إلى المشاركة في فعاليات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) المحلية والوطنية المختلفة. كما تُقدم OPO الدعم لمؤسسات التعليم غير الرسمي من خلال توفير مواد مطبوعة، وموارد للبرامج والفعاليات، وبرامج التطوير المهني.

تُنفذ جهود التوعية التي تقوم بها منظمة OPO بالشراكة مع مكاتب مهمات هابل وويب ورومان ومع مؤسسات أخرى ضمن برنامج "عالم التعلم" التابع لناسا .