رصدخانه ملی ایران، نخستین تلاش برای ساخت رصدخانه‌ای مدرن در سطح بین‌المللی در ایران، پس از رصدخانه‌های دوران طلایی اسلامی مانند رصدخانه مراغه است. همچنین این نخستین طرح کلان علمی پس از انقلاب اسلامی در ایران است و پس از تکمیل و بهره‌برداری از تلسکوپ، در کنار رصدخانه‌هایی مشابه در هند و ترکیه، شکاف جغرافیایی شبکه‌ای جهانی از تلسکوپ‌ها را در غرب آسیا پر خواهد کرد.

اهداف

مهم‌ترین هدف در طرح رصدخانه ملی ایران، فراهم آوردن ابزاری برای پژوهشگران ایرانی است. فرصت استفاده و کسب تجربه کار با ابزارهای علمی پیشرفته، به پژوهشگران و دانشجویان ایرانی کمک خواهد کرد تا بتوانند در برنامه‌های بین‌المللی مشارکت مؤثر تری داشته باشند و تعامل با پژوهشگران سایر کشور‌ها باعث رشد علمی کشور خواهد شد.

از دیگر اهداف این پروژه، ایجاد محرکی برای رشد فناوری در مراکز صنعتی کشور بوده است. طراحی، ساخت و بهره‌برداری از تجهیزات مورد نیاز در ساخت این پروژه، فرصتی برای تجربه فرایند ساخت قطعات و ابزارها دقیق و به روز را برای مهندسان و صنعت گران ایرانی فراهم می‌کند.

همچنین، تجربه مدیریت پروژه‌ای علمی در این مقیاس، مسیر را برای توسعه سایر پروژه‌های علمی در کشور هموار خواهد کرد.

تاریخچه

مقدمات

طرح رصدخانه ملی ایران در سال ۱۳۷۸ در شورای پژوهش‌های علمی کشور مطرح شد. در ابتدا استفاده از آینه‌ای ۲ متری برای تلسکوپ این رصدخانه در نظر گرفته شده بود ولی در ادامه، ساخت تلسکوپی با آینه ۳.۴ متری به تصویب رسید. مطالعات مکان یابی آن از همان سال، پیش از تخصیص بودجه، زیر نظر دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان آغاز شد.

در سال ۱۳۸۲، با کوشش‌های رضا منصوری (معاون پژوهشی وقت وزارت علوم) طرح رصدخانه ملی در هیئت دولت تصویب و بودجه‌ای برای طرح مکان یابی اختصاص داده شد.

با وجود تصویب طرح در سال ۸۲، بودجه‌ای در سال بعد به آن اختصاص داده نشد. با روی کار آمدن دولت نهم، روند پیشرفت طرح کند شد. سه سال پس از تصویت در هیات دولت، طرح رصدخانه ملی در سال ۱۳۸۵ به پژوهشگاه دانش‌های بنیادی ابلاغ شد.

در سال ۱۳۸۷ مکان یابی مقدماتی رصدخانه ملی به پایان رسید و مطالعات مکان یابی تکمیلی بر دو مکان متمرکز شد.

در سال ۱۳۸۸ با دستور رهبری جمهوری اسلامی، طرح دوباره به جریان افتاد و با اختصاص بودجه‌ای محدود، فرایند طراحی و ساخت آن آغاز شد.

مکان یابی

طرح مکان یابی رصدخانه ملی در سال ۱۳۷۸ به دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان به ریاست پروفسور یوسف ثبوتی واگذار شد. او سعدالله نصیری قیداری را برای مدیریت کمیته مکان یابی رصدخانه ملی انتخاب کرد. با توجه به اینکه تجربه‌ای در این زمینه در کشور وجود نداشت، از دانشمندان نام آشنایی چون پروفسور مارک سارازین (سرپرست تیم مکان یابی تلسکوپ VLT)، دکتر کِرسی از رصدخانه پیرِنه میانه فرانسه، ادوارد خاچیکیان از رصدخانه بیوراکان ارمنستان و شیام تاندون از هند برای برگزاری کارگاهی با حضور نزدیک به ۶۰ نفر از منجمان آماتور، دانشجویان فیزیک و نجوم، دعوت شد. ۳۲ نفر از افرادی که در این کارگاه آموزش دیدند، در گروه‌های چهار نفره، برای مطالعات هواشناسی، زلزله شناسی و بررسی پارامتر‌های دید نجومی انتخاب شدند.

پس از ۳ سال بررسی داده‌های هواشناسی ایستگاه‌های سینوپتیکی کشور و داده‌های ماهواره‌ای در بازه زمانی ۵۰ ساله، از مولفه‌های سرعت و جهت وزش باد، رطوبت، تعداد روز‌های آفتابی، ابرناکی و غبار، ۴ منطقه مستعد در کشور شناسایی شدند. این ۴ منطقه در جنوب استان خراسان (خراسان جنوبی فعلی)، کرمان، قم و کاشان قرار داشتند.

برای شناسایی بهترین نقطه در هر یک از این ۴ منطقه، ۴ گروه با استفاده از ابزار DIMM راهی این مناطق شدند. ابزار DIMM از یک ماسک دارای دو سوراخ به قطر ۸ سانتی‌متر روی یک تلسکوپ ۱۱ اینچی سلسترون ساخته شده بود. این ابزار می‌تواند با مقایسه تصویر بدست آمده از هر سوراخ، میزان تلاطم جو (دید نجومی) را اندازه گیری کند. در این مرحله ۶ نقطه در استان قم، ۸ نقطه در کاشان، ۲۱ نقطه در کرمان و ۷ نقطه در بیرجند مورد سنجش قرار گرفتند. با بررسی نتایج، ۴ نقطه برای پایش بلند مدت انتخاب شدند.

پس از دو سال داده برداری، در نهایت دو قله کلاه برفی با ارتفاع ۳۲۰۰ متر در کاشان و دینوا با ارتفاع ۳۰۸۰ متر در قم با نتایج تقریباً مشابه به‌عنوان نقاط نهایی برای شروع مکان یابی تکمیلی انتخاب شدند. در بازدید مشاوران خارجی طرح مکان یابی از این دو قله، پروفسور آرنه آردِبِرگ از دانشگاه لنود سوئد به قله دیگری در نزدیکی آن دو به نام گَرگَش اشاره کرد. قله گرگش به علت دشواری صعود مورد بررسی قرار نگرفته بود. کمیته مکان یابی تصور می‌کرد، قله گرگش با ارتفاع ۳۶۰۰ متر، میزبان باد‌های قدرتمندی باشد، ولی بررسی‌های بعدی پس از نصب سامانه DIMM، این دیدگاه را تأیید نکردند. ۵۰۰ متر ارتفاع بیشتر گرگش نسبت به دینوا باعث برتری دید نجومی در آن می‌شد و با در نظر گرفتن تشابه سایر پارامتر‌های دو قله به دلیل مجاورت، قله گرگش در سال ۱۳۸۸ به‌عنوان مکان نهایی ساخت رصدخانه ملی ایران انتخاب شد.

طراحی مفهومی

در سال ۱۳۸۶، با همکاری آرنه آردبرگ و توربِن اَندِرسن، اساتید دانشگاه لوند سوئد، مراحل طراحی مفهومی رصدخانه ملی ایران آغاز شد. در کارگاهی با حضور ستاره شناسان ایرانی و خارجی، دیدگاه‌ها و خواسته‌های آن‌ها از رصدخانه ملی و ابزارهای مورد نیاز در آن دریافت و ارزیابی شد.

در طراحی مفهومی، کلیاتی مانند اهداف ساخت رصدخانه، تخمین کلی هزینه، زمان‌بندی مورد نظر، طراحی اپتیکی تلسکوپ، طول موجی کاری آن، رفتار سازه‌ها درمقابل باد و زمین‌ لرزه و … مورد بررسی قرار میگیرند.

در این مرحله، قطر مناسب برای آینه اصلی تلسکوپ، ۳.۴ متر انتخاب شد.

طرح مفهومی پروژه به بازبینی مشاوران و متخصصان بین‌المللی گذاشته شد و مورد پذیرش قرار گرفت. این مرحله در سال ۱۳۹۱ پایان یافت.

طراحی تفصیلی

طراحی تفصیلی بلافاصله پس از پایان طراحی مفهومی آغاز شد. در این مرحله، هر یک از اجزای طرح رصد خانه ملی از جمله ساختمان‌ها، آینه‌ها، پایه، سامانه کنترل نرم‌افزاری و … بصورت جداگانه طراحی شدند تا توسط پژوهشگران پژوهشگاه دانش‌های بنیادین یا پیمان‌کاران ساخته شوند.

جلسه‌ی بازبینی طرح تفصیلی رصدخانه ملی با حضور مشاوران بین‌المللی

هر یک از اجزا پس آزمون‌های نهایی باید با ویژگی های درج شده در طرح تفصیلی مطابقت داشته باشند.

آینه‌ها

برای انتخاب شیشه خام آینه اصلی تلسکوپ رصدخانه ملی، دو شیشه سیتال (Sitall) از شرکت روسی لیتکارینو اپتیکال گلس (LZOS) و زیرُدُر (Zerodur) از شرکت آلمانی شوت (Shott) بررسی شدند. با ارزیابی مشخصات فنی و خدمات پیشنهادی، شیشه Zerodur انتخاب شد و پس از چند ماه مذاکره با شرکت شوت درباره مسائل فنی، مالی و حقوقی، قرارداد خرید آن به مبلغ ۲ میلیون یورو در سال ۱۳۸۸ بسته شد.

یک سال بعد، در سال ۱۳۸۹، شیشه آینه اصلی تلسکوپ برای سایش و صیقل به شرکت فنلاندی اُپتیون (Opteon) سپرده شد. این شرکت در کارنامه خود سابقه تراش و صیقل دادن آینه تلسکوپ فضایی هرشل متعلق به سازمان فضایی اروپا را داشت. این فرایند تا سال ۱۳۹۳ ادامه داشت و در ۲ اسفند این سال، آینه اصلی تلسکوپ رصدخانه ملی ایران، پس از طی مسیر زمینی سه هفته‌ای از فنلاند به ایران منتقل شد.

آینه ثانویه نیز از جنس Zerodur انتخاب شد و فرایند ساخت آن از ۱۳۹۵ تا ۱۳۹۷ در جریان بود.

پایه و نگهدارنده

مراحل ساخت پایه و نگهدارنده آینه اصلی تلسکوپ از زمستان سال ۱۳۹۶ توسط شرکت خاور پرِس، پیمانکار این طرح آغاز شد. پایه تلسکوپ مانند همه تلسکوپ‌های بزرگ، با ساختار سمتی-ارتفاعی طراحی شد. چهار یاتاقان هیدوراستاتیکی مورد نیاز برای چرخش تلسکوپ در محور سمت، سال‌ها پیش (۱۳۹۲) به‌عنوان نخستین قطعه تکمیل شده برای تلسکوپ رصدخانه ملی، ساخته شده بود. این یاتاقان ها، نخستین نمونه از چنین قطعاتی با دقت زیاد است که در کشور طراحی و ساخته شده‌اند.

نگهدارنده آینه اصلی علاوه بر نگه داشتن آینه، میزبان اجزای مکانیکی سامانه اپتیک فعال است. این سازه از مهم‌ترین بخش‌های تلسکوپ است که با اعمال نیرو بر آینه اصلی، تغییر شکل ناشی از وزن آینه و وزش باد را خنثی می‌کند. بدون این بخش، آینه‌های بزرگ تلسکوپ‌های امروزی تحت وزن خود از شکل اولیه خارج شده و کارایی خود را به کلی از دست می‌دهند.

همچنین آداپتور-روتیتور تلسکوپ که ابزارهای تلسکوپ مانند تصویر بردار، نورسنج و طیف نگار را در محل صفحه کانونی تلسکوپ نگه می‌دارد، به نگهدارنده متصل می‌شود.

ساخت پایه و نگهدارنده در سال ۱۳۹۹ به پایان رسید و پس از گذراندن آزمون‌ها در محل کارخانه، به سایت رصدخانه در قله گرگش منتقل شد.

عملیات عمرانی

برای آغاز ساخت محوطه و ساختمان‌های رصدخانه ملی، ناهمواری‌های طبیعی قله گرگش باید حذف می‌شد. براساس طراحی انجام شده، ارتفاع ۱۰ متر پایین‌تر از نوک اولیه قله به‌عنوان سطح مبنا انتخاب و عملیات تسطیح قله در سال ۱۳۹۱ انجام شد.

مغزه‌های بدست‌آمده از عملیات حفاری در سایت گرگش

پس از آن، مطالعات ژئوتکتونیکی برای بررسی وضعیت زمین شناسی قله در سال ۱۳۹۳ انجام شد. تلسکوپ رصدخانه ملی تقریباً ۱۰۰ تن وزن دارد و نیروی زیادی بر زمین زیر خود وارد می‌کند. به همین دلیل باید لایه‌ها و ساختار‌های زمین شناسی قله به دقت بررسی شده تا از نشست یا تغییر شکل احتمالی پس از نصب تلسکوپ پیشگیری شود. پس از انجام حفاری‌ها و بررسی مغزه ها، نقاط از پیش تعیین شده برای ساختمان‌های قله مناسب تشخیص داده شدند.

عملیات ساخت جاده رصدخانه ملی از سال ۱۳۹۰ آغاز شده بود. این جاده به طول ۱۱ کیلومتر، سایت گرگش بر فراز این قله را به جاده کاشان به میمه متصل می‌کند. این جاده باید علاوه بر تأمین دسترسی به رصدخانه، امکان انتقال تجهیزات، قطعات و ابزارهای مکانیکی و اپتیکی آسیب پذیر با اندازه و وزن غیر متعارف را در شرایط آب و هوایی این قله با حداکثر ایمنی فراهم می‌کرد.

تا پیش از احداث جاده دسترسي خاكي اولیه، ۹۰ تن تجهيزات با قاطر به بالای قله برده شده بود كه شامل چند دکل به ارتفاع ۱۳ تا ۲۰ متر، ایستگاه هواشناسی، ایستگاه ‌های الکترونیکی داده برداری و ارسال داده به کاشان و تهران، کانکس محل استقرار منجمان برای اندازه ‌گیری دید نجومی و تلسکوپی کوچک براي اندازه ‌گیری پارامتر دید می‌شد.

با پایان یافتن عملیات ساخت جاده در سال ۱۳۹۵، مراحل ساخت ساختمان‌ها در قله آغاز شد.

طرح رصدخانه ملی ایران دارای ۳ ساختمان محفظه تلسکوپ، ساختمان خدمات و لایه نشانی و ساختمان پشتیبانی است که دو ساختمان اول بر بالای قله و ساختمان پشتیبانی که «رصدسرا» نامیده شده در ارتفاعی پایین‌تر و دور تر از قله قرار دارند.

مجموعه رصدسرا شامل بخش‌های مختلفی از جمله کارگاه‌های فنی، کتابخانه، بخش اداری و خوابگاه برای منجمان می‌شود.

ساختمان پشتیبانی رصدخانه در ابتدا قرار بود در نزدیکی و ۳۰۰ متر پایین‌ تر از نوک قله ساخته شود، ولی با مخالفت مشاوران بین‌ المللی پروژه رو‌به‌رو شد. کارشناسان هشدار دادند که نباید در ارتفاع بیش از ۳ هزار متر امکانات خوابگاهی برای منجمان در نظر گرفته شود زیرا نتایج برخی پژوهش‌ها نشان می‌دهند که ۳ درصد افرادی که در این ارتفاع می‌خوابند، دیگر بیدار نمی‌شوند.

پس از آن تصمیم گرفته شد ساختمان کوچک خدمات برای بخش‌های کنترل محفظه و لایه نشانی آینه تلسکوپ در کنار تلسکوپ، و ایستگاه شماره ۳ به نام «رصدسرا» در نزدیکی شهر «کامو و چوگان» احداث شود.

طراحی مجموعه رصدسرا در سال ۱۳۹۱ به اتمام رسیده و زمین آن به مساحت ۱۱ هکتار در سال ۱۳۹۴ خریداری شده است ولی بدلیل محدودیت بودجه اختصاص یافته به طرح رصدخانه ملی، اولویت به تکمیل سازه‌های سایت گرگش داده شد.

محفظه تلسکوپ و ستون بتنی پایه‌ی تلسکوپ رصدخانه ملی در حال ساخت

عملیات عمرانی دو ساختمان محفظه تلسکوپ و خدمات و لایه نشانی در سال ۱۳۹۹ به پایان رسید.

در سال ۱۴۰۱ روکش آسفالت جاده اختصاصی رصدخانه ملی ایران به طول ۱۱.۵ کیلومتر و خط انتقال برق و فیبر نوری به قله گرگش تکمیل شد.

نورگیری و بهره‌برداری

در تیر ماه سال ۱۴۰۰، در روز‌های پایانی دولت دوازدهم، مراسم افتتاح رصدخانه ملی برگزار شد. این خبر با واکنش‌های گسترده در داخل کشور رو‌به‌رو شد، زیرا بنابر گزارش ها، بخش‌هایی از تلسکوپ مانند آینه اصلی تلسکوپ هنوز تکمیل نشده یا در مکان خود نصب نشده بودند.

در تابستان ۱۴۰۱، آینه اصلی پس از تکمیل فرایند لایه نشانی، از سالن لایه نشانی به محفظه تلسکوپ منتقل شد و مراحل نصب و تنظیم آن آغاز شد.

۵ مهر ۱۴۰۱، گنبد تلسکوپ رصدخانه ملی ایران برای کالیبره شدن با آسمان گشوده شد و یک شب بعد، نخستین تصویر خود را از یک جفت کهکشان در حال برخورد در صورت فلکی اندرومدا به نام Arp ۲۸۲ در فاصله ۳۱۹ میلیون سال نوری ثبت کرد. این تصویر با توان تفکیک ۰.۸ ثانیه قوسی و تصویر رنگی بعدی از کهکشان NGC ۲۳ با توان تفکیک ۰.۶۵ ثانیه قوسی، جزئیاتی نزدیک به حداکثر توان تفکیک ممکن در شرایط دید نجومی قله گرگش را نشان می‌دهند که با توجه به ثبت این تصاویر در مرحله نورگیری مهندسی و پیش از تکمیل مراحل تنظیم و آزمون‌های آن، کیفیت اپتیکی و دقت مکانیکی این تلسکوپ را تأیید می‌کنند.

تصویر تلسکوپ رصدخانه ملی از Arp ۲۸۲

دو تن از مشاوران بین‌المللی طرح رصدخانه ملی در نوشته‌ای که در سایت Science درباره نخستین تصاویر تلسکوپ INO۳۴۰ منتشر شد، از کیفیت این تصاویر ابراز رضایت کردند.

نخستین تصویر رنگی تلسکوپ رصدخانه ملی از NGC ۲۳

دریافت نخستین نور، آغاز مجموعه‌‌ای از فعالیت ‌ها است که هدف از آن‌ها شناخت رفتار اپتیکی، کنترلی و مکانیکی تلسکوپ و سنجش ویژگی ‌های اپتیکی تلسکوپ نظیر ابعاد لکه نوری در کانون و قابلیت‌های کنترلی آن مانند هدف‌ گیری و ردیابی تلسکوپ و همچنین عملکرد اپتیک فعال است.

این فرایند با انجام تنظیمات نهایی تلسکوپ و تجمیع نرم افزار‌ها به بهره‌برداری علمی از تلسکوپ منتهی می‌شود.

مشخصات فنی

مکان (سایت گرگش)

سایت گرگش در بالای قله گرگش در مختصات جغرافیایی ۳۳.۶۷۴ شمالی و ۵۱.۳۱۹ شرقی قرار دارد. ارتفاع این سایت از سطح دریا‌های آزاد، ۳۶۰۰ متر است و بر فراز یک از بلندترین قله‌های رشته کوه کرکس واقع شده. نزدیک ترین شهر به این سایت، شهر کامو و چوگان در ۷ کیلومتری جنوب غربی آن است. فاصله هوایی رصدخانه ملی ایران از شهر کاشان ۳۵ کیلومتر، اصفهان ۱۱۰ کیلومتر و تهران ۲۲۰ کیلومتر است.

دید نجومی

براساس اندازه گیری‌های انجام شده، دید نجومی در سایت گرگش در ۷۰ درصد از سال بین ۰.۵۵ تا ۰.۷ ثانیه قوسی است که قابل مقایسه با بهترین رصدخانه‌های دنیا است. دید نجومی متوسط در قله مونا کیا هاوایی و قله سرو پارانال شیلی تقریباً ۰.۶۵ ثانیه قوسی است.

سامانه Auto DIMM مسئول اندازه گیری خودکار دید نجومی در سایت گرگش است.

تغییرات ریز دمایی

برای سنجش میزان تلاطمات جوی، رصدخانه ملی تغییرات دمایی قله گرگش را با فرکانس بالا (۱kHz) و توان تفکیک دمایی بالا (۰٫۰۱ درجه سلسیوس) اندازه‌گیری می‌کند. سنسور‌هایی از جنس سیم‌های خالص پلاتینی، به صورت جفتی در ۸ سطح از ارتفاع ۳ الی ۱۵ متر و با فاصله افقی ۲ متر از یکدیگر روی ۶ دکل در قله گرگش نصب شده‌اند.

وضعیت آب و هوایی سایت گرگش بصورت زنده در وب سایت رصدخانه ملی گزارش می‌شود.

ساختمان‌ها

محوطه بالای قله نزدیک به ۳۰۰۰ متر مربع مساحت دارد که ۲۰۰۰ متر مربع آن به دو ساختمان محفظه و خدمات اختصاص دارد.

محفظه تلسکوپ

ساختمان محفظه تلسکوپ وظیفه محافظت از تلسکوپ و ابزارها دربرابر شرایط بد آب و هوایی، غبار، صاعقه و پالس‌های الکترومغناطیسی آن را دارد و باید شرایط دمایی مورد نیاز را حفظ کند. همچنین در هنگام رصد، باید با گردش گنبد، دریچه آن را همراستا با تلسکوپ به گردش در آورد و هم‌زمان که از تلسکوپ درمقابل باد‌ها محافظت می‌کند، با تهویه و گردش هوای مناسب، شرایط رصدی بهینه را فراهم آورد.

ساختمان محفظه به همراه گنبد، ۲۲ متر ارتفاع و ۱۶ متر قطر دارد. بخش ثابت آن که سازه‌ای بتنی به ارتفاع ۱۰ متر است. این سازه دارای چهار طبقه است که دو طبقه زیرین به تجهیزات مکانیکی و کنترلی اختصاص داده شده‌اند؛ طبقه میانی، طبقه سرد است که مانع انتقال حرارت ایجاد شده در طبقات پایینی به طبقه رصد که تلسکوپ در آن قرار دارد، می‌شود.

گنبد تلسکوپ رصدخانه ملی، سازه‌ای استوانه‌ای به وزن تقریبی ۲۵۰ تن است که به وسیله ۴ چرخ محرک و ۴ چرخ هرزگرد روی ریل مستقر روی سازه بتنی قرار گرفته و می‌چرخد.

حدود ۲۰ قطعه متحرک غول پیکر دیگر مانند شاتر ها، پنجره‌های هواشویی، سپر باد، سپر ماه و جرثقیل روی این سازه عظیم، که با دقت دهم درجه می‌چرخد و با تلسکوپ همگام است، قرار دارند.

گنبد رصدخانه ۵ دریچه هواشویی دارد که باعث می‌شوند جریان هوا در هنگام رصد از روی آینه‌ تلسکوپ رد شود و ریز تلاطم‌‌هایی که به خاطر اختلاف دمای آینه و محیط به وجود می‌ آیند، شسته شوند. پنجره‌‌های گنبد به گونه‌ای طراحی شده‌اند که هیچ تغییری در مسیر حرکت باد ایجاد نکنند و باد بدون اغتشاش از روی آینه تلسکوپ عبور کند.

کل سازه دربرابر باد‌هایی به سرعت ۲۲۰ کیلومتر بر ساعت مقاوم ‌است.

ساختمان خدمات و لایه نشانی

این ساختمان با زیربنای ۱۰۰۰ متری، شامل اتاق‌های مجزا برای تیم کنترل و رصدگران، اتاق جلسات،‌ اتاق سرور و مکانیک و امکانات رفاهی مورد نیاز افراد است. همچنین سالن لایه نشانی به مساحت ۲۰۰ متر مربع، مجهز به جرثقیل سقفی ۱۵ تنی، سامانه لایه نشانی شامل محفظه ۴۰ متر مکعبی خلا را در بر خواهد گرفت. شستشو و لایه نشانی تلسکوپ در این سالن به انجام می‌شود.

جانمایی و طراحی این ساختمان به گونه‌ای انجام شده که علاوه بر دسترسی آسان و کم هزینه‌ برای انتقال آینه از گنبد به آن، مشکلی در فرایند داده گیری و رصد تلسکوپ ۳.۴ متری ایجاد نکند. همچنین در جانمایی این ساختمان پیش نیاز‌های کنترل سایر تجهیزات رصدی موجود و آتی مورد توجه قرار گرفته است.

تلسکوپ رصدخانه ملی ایران (INO۳۴۰)

اپتیک

آینه اصلی (M۱) یک آینه هذلولوی یکپارچه با قطر ۳.۴ متر، ضخامت ۱۸ سانتی‌متر و جرم ۴ تن است. حفره‌ای به قطر ۷۰۰ میلی متر در مرکز این آینه وجود دارد که به نور بازتابیده از آینه ثانویه، امکان عبور می‌دهد تا به ابزارهای علمی در پشت آینه اصلی برسد.

این آینه دارای نسبت کانونی f/۱.۵ است. نسبت کانونی کم این آینه باعث می‌شود نور بیشتری در زمان یکسان نسبت به آینه‌ای با همین قطر ولی نسبت کانونی بیشتر دریافت کند که باعث کاهش نوردهی مورد نیاز برای ثبت اجرام کم نور و کاهش تأثیر خطا‌های ردیابی پایه می‌شود. همچنین نسبت کانونی کم تر به معنی کوتاه بودن فاصله کانونی و کاهش ابعاد سازه تلسکوپ و وزن آن است. M۱ از جنس شیشه سرامیکی Zerudor ساخته شده است. این شیشه ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینی دارد و به ازای هر درجه تغییر دما، فقط ۷ نانومتر تغییر ابعاد می‌دهد. این ویژگی آینه تلسکوپ را دربرابر تغییر شکل ناشی از تغییرات دمایی در زمان ثبت تصاویر، مقاوم می‌کند و باعث صحت داده‌های ثبت شده توسط تلسکوپ در طول بازه زمانی فعالیت رصدی می‌شود.

مقایسه‌ی اندازه‌ی آینه تلسکوپ رصدخانه ملی ایران با تلسکوپ های بزرگ جهان

M۱ با دقت ۴ نانومتر تراش خورده و تا زبری سطحی ۰.۶ نانومتر صیقل داده شده است که یکی از دقیق ترین نمونه‌ها در جهان است. این زبری سطح علاوه بر ایجاد تصاویر بسیار با کیفیت در طول موج مرئی و فروسرخ، امکان رصد در طول موج‌های کوتاه تر یعنی فروسرخ را فراهم می‌کند. این آینه توسط سامانه اپتیک فعال پشتیبانی می‌شود تا تغییرات شکل آینه را که ممکن است ناشی از تغییر زاویه و درجه حرارت باشند، اصلاح کند.

تبدیل شیشه‌های تراش و صیقل خورده به آینه، طی فرایندی به نام «لایه نشانی» با پوشش دادن آن‌ها توسط لایه‌ای نازک از جنس آلومینیوم در شرایط خلاء انجام می‌شود. کیفیت آینه ها به مرور زمان کاهش می یابد و باید هر ۲ سال یکبار لایه زدایی و مجددا لایه نشانی شوند. بنابراین ساخت سامانه لایه نشانی و کارگاه شستشو و لایه نشانی آینه ها از زیرساخت فنی مهم رصدخانه‌های امروزی است.

سامانه لایه نشانی از زیرسامانه‌های محفظه، پمپ‌های خلاء، لایه نشانی، کنترل، منبع تغذیه، تخلیه الکتریکی و سامانه سرمایش تشکیل شده است. سامانه لایه نشانی رصدخانه ملی ایران در اولین آزمون خود خلاء یک میلیونیوم میلی بار را تأمین کرد. قطر این سامانه که از بدنه استیل ساخته شده، ۴.۲۰ متر و ارتفاع آن ۳ متر است و فرایند طراحی، ساخت و آزمون آن توسط شرکت‌های خصوصی و صنتعگران کشور و تیم مهندسی رصدخانه ملی ایران در پژوهشگاه دانش‌های بنیادی انجام شده است.

پیش از انجام فرایند لایه نشانی، شستشوی آینه‌ها انجام شد و سپس آینه‌ها در محفظه قرار داده شدند تا پوششی از آلومینیوم با خلوص بالا به ضخامت ۸۰ نانومتر و یکنواختی ۵ درصد به روش «کندوپاش» روی آن‌ها نشانده شود.

نگهدارنده آینه اصلی

مهم ترین بخش از نگهدارنده آینه اصلی تلسکوپ رصدخانه ملی، سامانه «اپتیک فعال» است. تلسکوپ‌های مدرن با قطر آینه بزرگ، وزن زیادی دارند و نیازمند قطعات مکانیکی بسیار قدرتمند برای نگه‌داری و حرکت هستند. امروزه برای کاهش این وزن، ضخامت آینه اصلی را کاهش داده و در عوض از سامانه‌های اپتیک فعال در پشت آینه استفاده می‌کنند. این سامانه‌ها با اعمال نیرو به آینه، تأثیر وزن آینه بر شکل آن را در وضعیت‌های مختلف تلسکوپ هنگام فعالیت، خنثی می‌کنند.

سامانه اپتیک فعال رصدخانه ملی از ۶۰ عملگر (Actuator) الکترو-نیوماتیک محوری در پشت آینه اصلی و ۲۴ عملگر جانبی تشکیل شده است. هر یک از این عملگر‌ها می‌توانند نیرویی در بازه ۱۰ تا ۱۰۰۰ نیوتن تولید کنند. نیروی وارده، ۱۰ بار در هر ثانیه با دقت ۰.۱۵ نیوتن اندازه گیری می‌شود. بازه حرکتی این عملگر‌ها ۶ میلی‌متر است.

پایه

وظیفه پایه تلسکوپ، نشانه روی تلسکوپ به سمت اهداف رصدی و دنبال کردن آن‌ها در مدت داده برداری است. پایه تلسکوپ رصدخانه ملی ایران، می‌تواند با سرعت ۳ درجه از هدفی به هدف دیگر نشانه روی کند و با دقت ۰.۲ ثانیه قوسی، هدف را در مدت رصد ردیابی کند.

پایه INO۳۴۰ یک پایه سمتی-ارتفاعی است. این نوع پایه‌ها بر خلاف سامانه‌های استوایی که پس از فرایند قطبی کردن می‌توانند فقط با گردش در یک محور، مسیر قوسی شکل حرکت ستارگان در آسمان را دنبال کنند، نیازمند حرکت هم‌زمان در دو محور عمود بر هم هستند. این فرایند نیازمند کنترل هماهنگ حرکت محور‌ها است که هزینه ساخت را افزایش می‌دهد ولی پایه استوایی مناسب برای تلسکوپ‌های بزرگ، بسیار سنگین و حجیم است و ساخت آن هزینه به مراتب بیشتری نسبت به پایه سمتی-ارتفاعی خواهد داشت. پایه سمتی-ارتفاعی فضای کمتری اشغال می‌کند و همچنین، به علت عدم جابجایی محور ها، جهت نیروی وزن وارده از آینه‌ها به پایه تغییر نمی‌کند. این ویژگی، طراحی پایه و کنترل آن را ساده تر می‌کند. در تمام تلسکوپ‌های بزرگ امروزی از این طراحی برای پایه استفاده می‌شود.

پایه سمتی-ارتفاعی روی یک ستون بتنی با قطر ۵.۶ متر و ارتفاع ۱۰ متر (که ۳ متر آن داخل زمین قرار دارد) نصب می‌شود. قطر پایه تلسکوپ ۵.۵ متر است که روی ۳۶ گُوِه تراز کننده (Leveling wedge) استوار است.

محور سمتی با استفاده از یاتاقان هیدرواستاتیک در جهت محوری پشتیبانی می‌شود و یک بلبرینگ بار‌ها را در جهت شعاعی تحمل می‌کند.

یاتاقان‌های هیدرواستاتیک با تزریق تحت فشار یک سیال روان ساز (مانند روغن) بین دو سطح بسیار صاف کار می‌کنند. سیال روان ساز، لایه‌ای بسیار نازک به ضخامت ۵۰ میکرون (نصف ضخامت برگه کاغذ) بین دو سطح ایجاد می‌کند و باعث جدایی آن‌ها از یکدیگر می‌شود. درنتیجه نبود اصطکاک خشک، این دو سطح می‌تواند با کمترین نیروی ممکن روی لایه نازک روغن حرکت کنند. یاتاقان‌های هیدرواستاتیک در سازه‌هایی که به دقت زیاد و ظرفیت تحمل بار بالا نیاز دارند، استفاده می‌شوند.

بخش متحرک تلسکوپ رصدخانه ملی با جرم تقریبی ۹۰ تن (بدون ابزارها) با استفاده از یاتاقان‌های هیدرواستاتیک می‌تواند با نیروی دست یک انسان در محور سمتی حرکت کند.

محور ارتفاع پایه تلسکوپ توسط دو جفت بلبرینگ که هر جفت در یک سمت پایه قرار دارند، پشتیبانی می‌شود.

هر یک از محور‌های سمتی و ارتفاعی توسط دو سروو موتور (Servo Motor) و چرخ‌دنده‌های ساده حرکت می‌کنند. میزان جابجایی هر یک از محور‌ها توسط انکودر سنجیده شده و بازخورد آن به سروو موتور فرستاده می‌شود تا خطا‌های موجود جبران شوند. موتور‌ها برعکس هم عمل می‌کنند تا اثر واکنش دنده‌ها را حذف کنند. نسبت چرخ‌دنده‌ها برای محور ارتفاع ۲۵:۱ (۲۵ به ۱ خوانده می‌شود) و برای محور سمتی ۲۹:۱ است.

علت استفاده از چرخ‌دنده‌های ساده، عاری بودن آن‌ها از بردار سایشی است. بردار سایشی، باعث ایجاد نویز‌هایی می‌شود که سامانه کنترلی نمی تواند آن‌ها را حذف کند. سایر نویز‌ها به وسیله سامانه کنترلی با دقت خوبی حذف می‌شوند.

آداپتور-روتیتور

آداپتور-روتیتور از دو زیر سامانه آداپتور و روتیتور تشکیل شده است که در کنار یکدیگر، واحدی یکپارچه را می‌سازند.

آداپتور سامانه‌ای است که وظیفه کنترل موقعیت تلسکوپ را بر عهده دارد. پیش از شروع هر برنامه رصدی، سامانه کنترل نرم‌افزاری، تلسکوپ را به سمت هدف نشانه روی می‌کند. حسگر CCD روی بازوی حسگر آداپتور، می‌تواند مرکز میدان دید تلسکوپ را برای شناسایی و تأیید موقعیت هدف بررسی کند. این عمل، برداشت (aquistion) نامیده می‌شود. در طول فعالیت رصدی، موقعیت جرم هدف باید با دقت زیادی در صفحه کانونی تلسکوپ ثابت نگه داشته شود. به این منظور، موقعیت ستاره مرجعی نزدیک به جرم هدف پیوسته بررسی می‌شود و خطا‌های بوجود آمده را به سامانه کنترل تلسکوپ گزارش می‌دهد. این عمل، ردیابی (guiding) نامیده می‌شود.

همچنین آداپتور می‌تواند به کمک حسگر CCD دیگری، نور رسیده ستاره مرجع از آینه اصلی را توسط یک سامانه اپتیکی به چند بخش تقسیم کند. هر بخش از الگوی بدست آمده، نشان‌دهنده وضعیت یکی از بخش‌های آینه تلسکوپ است. بخش الکترونیکی آداپتور، با بررسی این الگو ها، تغییر شکل بوجود آمده در آینه را تخمین می‌زند و خطا‌های موجود را به سامانه کنترل تلسکوپ گزارش می‌کند.

آداپتور-روتیتور تلسکوپ VLT، پیش از نصب ابزار

روتیتور سامانه‌ای است که به صورت فیزیکی به ابزارهای علمی متصل شده و آن‌ها را در مکان درست پشت صفحه کانونی نگه می‌دارد.

در پایه‌های سمتی-ارتفاعی، حرکت محور‌ها برای ردیابی هدف رصدی، باعث گردش تصویر در میدان دید تلسکوپ می‌شود. برای خنثی کردن این اثر، روتیتور با چرخش خود، ابزارهای علمی را می‌چرخاند تا تصویر بدون گردش باقی بماند.

در زمان نگارش این متن، موفق به پیدا کردن اطلاعاتی از سامانه آداپتور-روتیتور تلسکوپ رصدخانه ملی ایران نشدیم.

ابزارهای علمی

ابزارهای علمی مرسوم برای تلسکوپ‌های بزرگ شامل تصویر بردار‌ها (Imager)، نورسنج‌ها (Photometer) و طیف نگار‌ها (Spectrograph) می‌شوند.

تصویربردار‌ها مانند دوربین‌های معمولی عمل می‌کنند و وظیفه ثبت تصاویر را بر عهده دارند.

نورسنج‌ها وظیفه اندازه گیری شدت نور ستارگان را بر عهده دارند. اندازه‌گیری دقیق تغییرات نوری ستارگان متغیر منجر به کسب اطلاعات در مورد نوسانات ستارگان و ساختار درونی آن‌ها، حرکت ستارگان در فضا، و مدار و مشخصات ستارگان دوتایی می‌شود. ازطریق نورسنجی‌‌های بسیار دقیق، امکان آشکار سازی سیارات فراخورشیدی به روش گذر فراهم می‌شود.

در طیف نگاری با تجزیه نور رسیده از سیارات، ستارگان، سحابی‌ها و کهکشان ها، اطلاعاتی از ترکیب شیمیایی آن‌ها بدست می‌آید. همچنین با مقایسه طیف یک جرم با اجرام مشابهی که طیف آن‌ها از پیش شناخته شده است، می‌توان سرعت و دور یا نزدیک شدن آن را تخمین زد. این پدیده که انتقال به سرخ یا انتقال به آبی نام دارد، در مطالعه کهکشان‌های دوردست و کشف سیارات فراخورشیدی استفاده می‌شود.

در زمان نگارش این متن، هنوز هیچ ابزاری روی تلسکوپ رصدخانه ملی نصب نشده و اطلاعاتی درباره طراحی و ساخت یا خرید آن‌ها بدست نیاوردیم.

سامانه کنترل نرم‌افزاری

سامانه کنترل تلسکوپ اصلی رصدخانه ملی (INOCS) مسئول شناسایی هدف رصدی، نشانه‌روی و رهگیری آن و در نهایت رساندن نور دریافت شده از آینه‌ها به ابزار علمی نصب شده روی تلسکوپ است.

تلسکوپ با بخش‌های مختلفی از رصدخانه مانند محفظه و ابزارگان در ارتباط مستقیم است. برای مدیریت مناسب فعالیت‌های مجموعه رصدخانه، سامانه کنترل تلسکوپ به سامانه‌های کوچکتری تقسیم می‌شود. این سامانه شامل زیر سامانه‌های کنترلی، ایمنی، رصدی و کاربری و ابزار دقیق است و مشخصات مورد نیاز و ارتباطات بین آن‌ها را تعیین می‌کند.

INOCS از ۴ بلوک اصلی تشکیل شده که هر کدام شامل الزامات الکترونیکی، سخت‌افزاری و نرم‌افزاری و همچنین رایانه ها و اجزای شبکه هستند.

سامانه نظارت رصد (OSS)

OSS سامانه‌ای نرم‌افزاری است که مسئولیت هدایت همه‌ی زیر سامانه‌های رصدی را بر عهده دارد. منجمان از رابط کاربری OSS برای مدیریت فرایند رصدشان و همچنین ارتباط گرفتن با دیگر سامانه‌های رصدی استفاده می‌کنند.

OSS مسئول ارائه رابط کاربر است که با داشتن پنجره‌ها و امکانات مختلف به کاربر این امکان را می‌دهد که روی کل سامانه نظارت داشته باشد. این دسترسی‌ها شامل تنظیم پارامترهای رصدی، برنامه‌ریزی رصد، تخصیص منابع، مدیریت اخطارها و … می‌شود. OSS اطلاعاتی که برای TCSS (سامانه نظارت کنترل تلسکوپ) لازم است را به وسیله ارسال دستورها مربوطه به ACS (سامانه کنترل آداپتور) منتقل می‌کند؛ اطلاعاتی مانند داده‌های ردیاب آسمان برای جهت‌یابی محور تلسکوپ.

سامانه نظارت رصدخانه (OMS)

OMS عهده‌دار نظارت سطح بالا بر تمامی فعالیت‌های رصدخانه است که شامل ورود به سامانه و سامانه آرشیو اطلاعات مهندسی و عملیاتی می‌شود. پایگاه داده اصلی اطلاعات مربوط سامانه کنترل در این بخش تولید و پیاده‌ می‌شود. OMS با بخش‌های OSS، TCSS، ILS و BMS (سامانه مدیریت ساختمان) در ارتباط است. به‌طور کلی، تمام بخش‌های سامانه کنترل برای ذخیره‌سازی و دستیابی به اطلاعات، به OMS مراجعه می‌کنند.

سامانه کنترل تلسکوپ (TCS)

TCS مسئول کنترل تلسکوپ از جمله ساختار مکانیکی آن (پایه) و همچنین آینه‌ها (اصلی و ثانیه) و سامانه‌های کمکی است. این‌ سامانه شامل سه زیرسامانه است:

سامانه نظارت کنترل تلسکوپ (TCSS)

TCSS سامانه نرافزاری اصلی برای کنترل و نظارت بر تمام فعالیت‌های سطح پایین سامانه کنترلی است. TCSS سامانه نرم‌افزاری است که وظیفه هدایت تمام زیرسامانه‌های TCS و همچنین روشن و خاموش کردن سامانه را بر عهده دارد. مهندسان و اپراتورها از رابط کاربری TCSS (که دارای پنل‌های مختلفی است) برای ارتباط و استفاده از سایر زیرسامانه‌های TCS بهره می‌برند.

سامانه کنترل پایه (MSC)

این بخش مسئولیت جهت‌گیری محور‌های اصلی، دنبال‌کردن هدف رصدی، کنترل سامانه‌های کمکی پوشش آینه‌ها و کابل‌ها را بر عهده دارد. همچنین کنترل یاتاقان‌های هیدرواستاتیک پایه بر عهده این سامانه است.

سامانه اپتیک فعال (AOS)

AOS شکل مورد نیاز آینه اولیه و محل قرارگیری آینه ثانویه را برای داشتن بهترین تصویر مشخص می‌کند و تغییرات لازم را اعمال می‌کند.

سامانه ایمنی (ILS)

ILS تمام بخش‌های لازم برای تضمین امنیت افراد و ابزارهای حاضر در رصدخانه را دربر می‌گیرد. به دلایل امنیتی لازم است که این بخش مستقل از تمام سامانه‌های دیگر باشد و از این رو دارای زیرساخت امنیتی مخصوص به خود است. به‌طور پیش‌فرض تمامی قطعات متحرک زیرشاخه ILS هستند و برای خود پایگاه‌های ورودی/خروجی با دسترسی از راه دور اختصاصی دارند.

رابط کاربری سامانه کنترل نرم‌افزاری رصدخانه ملی ایران

در طراحی رصدخانه ملی ایران چهار زیرسامانه وجود دارند که مستقیماً در محدوده فعالیت‌های INOCS قرار نمی‌گیرند اما با آن از نزدیک برهم‌کنش دارند:

سامانه کنترل آداپتور (ACS)

سامانه کنترل آداپتور ACS مسئول دریافت و پردازش داده‌های حسگر جبهه موج، ردیاب و دوربین‌های میدان است و نتایج خود را به سامانه‌های OSS و TCSS می‌دهد. همچنین محل قرارگیری تمام ابزارهای متصل به آداپتور و جلوگیری از اختلال آن‌ها با یکدیگر با ACS کنترل می‌شود.

سامانه کنترل ابزار (ICS)

ICS فعالیت ابزارگان متصل به تلسکوپ را کنترل، هدایت و نظارت می‌کند. ICS مدیریت و کنترل داده‌های علمی را ازطریق یک سامانه رسیدگی به داده‌ها بر عهده دارد و در نهایت آن‌ها را به یک سامانه پایگاه داده و قابل اعتماد تحویل می‌دهد. طراحی ICS برای هر ابزار متفاوت است و توسط تیم‌ طراحی ابزارگان تهیه می‌شود.

سامانه کنترل محفظه (ECS)

ECS فعالیت محفظه و سامانه‌های مکانیکی مربوط به آن را کنترل می‌کند. جهت‌گیری دقیق محفظه، حرکت،‌دنبال کردن هدف رصدی و تصحیح خطاهای مربوطه براساس ملزومات علمی در نظر گرفته شده،‌از جمله این فعالیت‌ها است. داده‌های مربوط به وضعیت و عملکرد محفظه به INOCS فرستاده می‌شود.

سامانه مدیریت ساختمان (BMS)

BMS مسئول مدیریت برق،‌ سامانه تهویه مطبوع،‌ کنترل و نظارت بر داده‌های محیطی، سامانه اعلام حریق، نورپردازی، حفاظت دربرابر صاعقه، سامانه ارتباطات،‌ سامانه خنک‌کننده مایع و امنیت و دسترسی به ساختمان است.