Едно посещение в НАО Рожен

Предлагам на вниманието Ви кратък разказ за НАО Рожен - това което един посетител може да види в рамките на двудневно посещение.

Първо няколко думи за пътуването до НАО. Най-лесно се стига до там, като се хване автобус от Асеновград за Мадан в 11:50h, минаващ през гр. Чепеларе, село Проглед и Роженските поляни, където се организира съборът. До поляните има един мотел и автобусът спира там при желание на пътниците. Трябва да се знае обаче, че село Проглед, което е преди спирката на Рожен, всъщност остава встрани от пътя и не се разбира кога автобусът го подминава, т.е. няма табели за начало/край на селото.

След като се слезе на мотела, се хваща едно шосе нагоре - не може да се сбърка - и се започва изкачването по връх Рожен, 6 км криволичещ път нагоре, не много стръмен - нормално асфалтирано шосе, по което обикновено минават по няколко автомобила на ден, на хора от обсерваторията или на посетители.

За посещения писмено на портала на обсерваторията е обявен деня четвъртък, но идваха отделни групи и през останалото време. Към средата на пътя до НАО се достига до един разклон за някакво картофено хранилище. Необходимо е тогава да се избере лявото шосе.

Когато стигнах горе заварих и други групи от по няколко човека, които чакаха реда си и се разхождаха около кулата на 2-метровия и около близкото до нея параклисче "Свети дух". Допускаха посетителите до подкуполната зала на кулата (6-тия най-горен етаж), където е 2-метровия, но само до няколко метра около вратата - не повече. Там човек от персонала представяше кратка информация за инструментите на обсерваторията и отговаряше на въпроси на посетителите. В интерес на истината, това понякога бе съпроводено с известна досада от страна на персонала - проблемът е, че когато дежурните на пулта на двуметровия телескоп или членовете на екипите трябва да спят през деня поне до обяд, за да са бодри през нощта, точно тогава се ангажират да показват на посетителите инструментите на обсерваторията. Аз влязох тогава за първи път в кулата на 2-метровия и започнах да снимам. Вътре е достатъчно светло при отворен процеп на купола. Снима се като при облачно време: скорост 1/60s при бленда f/8 например.

Телескопа беше паркиран като за през деня - обърнат на север, така че да натоварва най-малко монтировката си: той отгоре, противотежестта му - отдолу. Двама алпинисти с въжета на кръста работеха по процепа на купола - сменяха уплътненията, защото при дъжд капело в подкуполната зала. Куполът е доста внушителен, с маса 250 тона на подвижната част, с диаметър около 20 метра поне (по моя преценка, по вътрешното видимо пространство). Иначе е дебелостенен с поне 60 см дебелина, като вътре бил с разни изолации и то от няколко слоя. Върти се от 2 големи електродвигателя, но с грубо управление, като при включване се разтриса леко цялата сграда (кулата). Електромоторите получават 3-фазно захранване подобно на трамваите - с плъзгачи опиращи се по неподвижни шини с напрежение. Куполът се върти на колела по релса - като трамвайните релси. Височината на купола не можах да я преценя точно. но май си беше над 10 метра, щом телескопа в паркирано състояние беше на около 6 - 7 метра над пода на залата. Самия телескоп тежи 80 тона, като огледалото е около 2 тона, с D=2m, изработено от пирекс или зеродур - човекът от екипа не беше сигурен точно. По-късно имах възможността да вляза в едно от "секретните" помещения, където беше южният (петовия) лагер на часовата ос. Лагера е затворен в нещо като метален кожух с диаметър около 2 - 2.5 метра. Той представлявал сфера, която лежи в легло точно оразмерено по нея. В средата на леглото имало отвор, през който постъпва масло под налягане 80 атмосфери. Това масло повдига съвсем леко сферата от леглото й и така образува маслена възглавница. Налягането на маслото се поддържа от зъбна помпа.

В това същото помещение бяха и въртоците за настройка за часовата ос - разни шарнири с винтове за регулиране, до които абсолютно никой не бива да се докосва, освен ако не се прави нова настройка. Една такава настройка се правила в продължение на няколко вечери и била много неприятна и трудоемка процедура. Настройката се проверявала след земетресения или след други тежки манипулации с телескопа - снемане/слагане на огледалото например. Огледалото е било в лошо състояние до скоро, с изпопадало покритие по края, и е работило като огледало почти с D=1 метър. Тогава са го пратили в Карл Цайс за ново алуминизиране срещу някаква сериозна сума и сега било като ново. От това помещение успях да погледна нагоре към част от монтировката на телескопа (част от часовата ос), която е облечена в бял ламаринен кожух и затова от подкуполната зала не се вижда нищо от нея.

Май по-интересното беше под пода на залата - в куде фокуса на петия етаж, където работеха екипите със куде-спектрографа. Сега работили около 6 - 7 екипа от по няколко астронома върху различни типове звезди - двойно-затъмнителни или други видове взаимодействащи си двойки.

Екипите се редуват на смени от по няколко нощи, като всеки от тях работи при добро време сам, разбира се заедно с дежурния оператор на пулта на 2-метровия, който обикновено е момче за всичко - и оператор, и метеоролог, и всичко останало, докато самите екипи са външни за обсерваторията хора, слабо познаващи апаратурата /стори ми се дори много слабо/. Преди наблюдения се измерва влажността на въздуха и скоростта на вятъра. Влажността се изчислява от разликата в показанията на един сух и един мокър термометър, а скоростта на вятъра - с едно симпатично устройство, измерващо преминалия покрай него въздух в метри за произволно време - оператора сам преценява за колко време ще измерва и после пресмята показанията в метри за секунда. Тези данни се записват в журнал - една тетрадка, която стои близо до пулта.

Пултовете са 3: един на "количката" (подемното устройство, с което обслужващите телескопа се издигат до необходимата височина, удобна за работа), един в стаичката не дежурния, разположена в северния край на подкуполната зала и един на долния етаж, където е гида и куде-спектрографа. Електрониката е унгарска, морално остаряла - на около 20 години, но работеща. Преди по долните етажи на кулата е имало някаква стара изчислителна машина, работила съвместно с тези пултове, но сега тя вече не се ползва. Пултът представлява шкаф със светещи в тъмното бутони, стоящ на една маса. Яркостта на светещите символи по бутоните се регулира с потенциометър до 0. Има и малка локална лампа, която се показва/скрива от пулта, за да осветява масата наоколо в случаи че се чете или пише наблизо. Насочването на телескопа става, като от пулта се задават деклинацията и ректасцензията на обекта. Данните от трите пулта се пращат в сложно електронно устройство работещо в помещение с постоянна температура. Устройството наподобява голям процесор реализиран с ТТЛ логики. Разбира се това е морално остаряла техника, но за модернизацията й на този етап не можело да се мисли. В сайта на НАО Рожен има обявен конкурс за модернизиране на управлението на телескопа, но с тази работа явно може да се заеме само голяма и сериозна фирма, разбира се и за немалка сума.

Осветлението по време на наблюдения е възможно, само като всеки от екипа се разхожда в купола със собствен прожектор.

За двата фокуса и пътя на светлината:

Фокусите на телескопа са два: Куде и RC /Ричи-Кретиен/. Kуде фокуса слиза под пода на подкуполната зала на 5-тия по-долен етаж. От друга страна RC-фокуса е на задния край на самия телескоп, зад главното огледало, където в средата на леглото му има една четириъгълна касета за прикачане на CCD камерата или на разни други устройства (като при касегрен-изхода). При смяната на фокусите се сменя вторичното огледало с друго, с различна степен на изпъкналост (и двете са хиперболични, а не параболични, както и главното огледало, което било форма много трудна за изработване). Различната изпъкналост на вторичното огледала естествено променя резултантния фокус на цялата система. В режим Куде между вторичното и главното огледало се слага едно плоско диагонално, под ъгъл 45 градуса, което отбива светлината в страни по куха тръба в деклинационната ос, след което тя се отразява надолу към пода и преминава през него в долния етаж. Освен вторичното огледало, при смяна на фокуса от Куде на RC, диагоналното огледало се прибира ръчно в страни, в някакво гнездо от вътре на тубуса, за да не пречи на светлината да преминава назад към централния отвор на главното огледало. Фокусировката се извършва чрез движение на вторичното огледало (независимо кое от двете е монтирано) напред-назад по протежение на главната оптична ос на инструмента. Това се извършва от зъбен гребен и цилиндрично колело, задвижвани вероятно от стъпков електродвигател. Фокусът може да се настройва в някакви относителни единици, като сверяване се извършва при рязка промяна на температурата. Правели се няколко пробни експозиции със CCD камерата по някоя звезда, за да се намери кога нейният образ е с най-малък диаметър т.е най-точно фокусиран. След работа, фокусът (разбирайте вторичното огледало) се паркира на някакво средно положение.

Отвън целият телескоп прилича на голям бял цилиндър с диаметър малко над 2 метра и с дължина около 6 - 7 метра. Само търсачът е отвън и е с дължина около 2 метра, но за диаметъра на обектива му не питах. Окулярът е с настройваща се осветеност на кръста. Движенията на телескопа по двете оси /часовата и деклинационната/ става с колекторни електродвигатели, с обратна връзка към управляващата електроника чрез тахогенератори. За финото донасочване се ползват стъпкови електродвигатели.

В режим Куде, когато светлината слезе на 5-тия етаж, нейния път става сложен: тя влиза е един метален шкаф с огледала, призми, 2 окуляра и разни други устройства, който всъщност представлява гида на телескопа (от там се гидира). От там с превключване на посоката на отражението посредством едно плоско огледало, светлината се праща в съседното помещение на Куде-спектрографа, което е една немалка стая с термоизолация и дебела врата, с постоянна температура 20 град. Целзий, поддържана от.... няколко смядовски сухи радиатора включени последователно и управлявани от общ термостат! В тази стая не бива да се влиза въобще, или ако се налага влизане, не бива да се говори на глас, да се кашля или киха, защото дифракционната решетка е много фина - 740 щрихи (преградни линии) на милиметър, покрай които светлината дифрактира на различни ъгли, в зависимост от дължината на вълните на отделните цветове. Решетката е с размери около 20 на 30 см и е поставена в нещо като касета с тегло 80 килограма, снабдена с много фини устройства за корекция на ъгъла на самата решетка - винтове разграфени в градуси / минути / секунди. Освен решетката, в тази стая (в която все пак ме пуснаха след известни инструкции за предпазливост) има и едно странно по форма вдлъбнато огледало, което привежда преминалата през куде-фокуса разсейваща се светлина в успореден сноп, при това отразявайки го под някакъв ъгъл, но без да се получава наблюдавания в подобни случай астигматизъм. Формата на този огледален колиматор била като отрез от ротационен хиперболоид - нещо изключително трудно за изработка! При това огледалото е с около 20 см диаметър (до колкото успях да го видя в полумрака), сложено почти на височината на гърдите на някаква стойка. Освен него, в стаята имаше един куп други прецизни оптични устройства - огледала, лещи и др., разположени на стативи или в метални касети, поставени на пода, като самата оптика е почти на височината на гърдите. Така светлината се разкарва в цялата стая преминавайки през тези устройства по различен начин, вероятно според задачите, които си поставят работещите екипи.

Още за оптичната схема на Куде-спектрографа:

След като светлината се приведе в успореден сноп от хиперболоидния колиматор /огледалото/, тя преминава през решетката, която е разположена близо до вратата на стаята, за да може при настройката на ъгълът й да не се налага човек да влиза изцяло в помещението - само се присяга през вратата и върти винтовете за настройка. След като премине през решетката, вече дисперсираната светлина се праща от система огледала върху матрицата на CCD камерата, разположена в същата тъмна стая. CCD камерата се охлажда от течен азот с температура -170 град. Целзий, в дюаров съд, от който излиза мъркуч с изолация, чиито втори край влиза в кожуха на камерата. Така охлаждането е по топлообмен, а не чрез циркулиране на азота. Тук явно няма място за помпи и др. устройства за движение на втечнения газ от дюаровия съд в кожуха на камерата и обратно.

Когато превключващото плоско огледало в гид-шкафа праща светлината в тъмното помещение на куде-спектрографа, част от образа на получения от решетката спектър се връща обратно в гида и се вижда през втори окуляр. Това на практика няма значение, но вероятно е с цел контрол на оптиката.

Една малка част от светлинния сноп, идващ от телескопа, се отклонява от призма и реалното изображение на обекта се вижда в главния окуляр на гид-шкафа. Малко трудно се гидира през този окуляр, щото трябва да се седи неудобно на стола до него - за коленете няма място. В окуляра обекта се вижда ограден от процепа на спектрографа, който обикновено е отворен така, че да обхваща поле от 3 ъглови секунди по направление на ширината си.

Имах възможност да видя и тяхното самоделно оптично устройство "ФОРЕРО" (ФОкален РЕдуктор РОжен) изработено от лещи на телеобектив Зонар на Цайс, с f=180mm и f/2.8. Това устройство го монтирват в RC фокуса с цел постигане на по-къс резултантен фокус на телескопа. Така качвали светлосилата и инструментът ставал по-удобен за наблюдения на комети и др. мъглявинни обекти. Погледнато от вън, това устройство изглеждаше като груба кутия с дължина около 1 метър, ширина и дебелина видимо около 30 см, колкото е гнездото за закрепяне при RC фокуса.

Преди започване на работа, екипите провеждат някой подготвителни процедури: освен въвеждането на координатите на обекта и сверяването на часовника от пулта на телескопа, се прави и тъй нареченото "измерване на плоски полета" Измерването на плоски полета е процедура, при която софтуерно се игнорират разликите в чувствителността на отделни пикселни площадки или цели пикселни области от матрицата на CCD камерата - тава били фабрични дефекти, при които заради различната чистота на материала (поради наличие на примеси), чувствителността в отделни области от кристала на матрицата е различна. Софтуерно обаче се прави така, че в началото цялата матрица да дава равномерно шумово поле. Заедно с това се отстранява влиянието на замърсявания по оптиката - премахват се някои дефекти при дифракцията на светлината покрай прашинките по огледалата.

С това обикновено подготовката за наблюденията приключва. Следва една пробна 5 минутна експозиция на спектъра на обекта - обикновено звезда - в предварително избрана област от него (чрез настройка на ъгъла на решетката). След източването на паметта на CCD камерата, на екрана на компютъра се появява част от спектъра с ширина 200 ангстрьома (20 нанометра). Преди следващите експозиции, на входа на спектрографа поставят една специална газоразрядна лампа, която излъчва ярки емисионни линии, съответстващи на линиите на водорода, желязото, натрия и на др. важни хим. елементи в звездните атмосфери. Този спектър се заснема за съпоставяне със спектрите от звездите, т.е. прави се "спектър за сравнение". След това получените звездни спектри се съпоставят със спектъра за сравнение и се отчитат разликите в положенията на линиите - дали са изместени към червения или към синия край т.е. дали обекта се отдалечава или приближава към нас.

Самият спектър се вижда на екрана след "източването" на паметта на CCD-камерата не като цветно килимче, а като графика от гъсти точки, като по X е обхвата от 200 ангстрьома, а по Y е амплитудата на линиите (като пикове) в относителни единици, определящи се от броя попаднали фотони в тази част на CCD матрицата, съответстваща на положението на дадения цвят /линия/ от реалния спектър. Така височината на пиковете в графиката говорят за интензивността на линиите в получения спектър - колкото са по-интензивни линиите, в кристала на матрицата на тези места се избиват повече електрони и пиковете за тези дължини стават по-високи).

Има възможност софтуерно да се прочете само част от матрицата на CCD-камерата, където се предполага че се проектира най-интересната част от изображението. В случая екипът използва 1024 пиксела по хоризонтала (по X) и само 60 по вертикала, с което се намалява времето на източването на паметта, което за цялата матрица е около 20 секунди.

Екипите започват да работят още по светло - до 22h бяха направили всички настройки и вече работеха, и така чак до 05:30h сутринта, когато небето на изток вече бе почервеняло. При куде-фокуса светлосилата е малка и затова светенето на небето не дава толкова смущения.

Визуалното гидиране на телескопа е необходимо поради изменение на видимото положение на звездата вследствие рефракцията на атмосферата, която се променя при изменението на зенитното разстояние на обекта. Иначе телескопа си има постоянно водене от малък електродвигател, монтиран на часовата ос, долу до южния лагер, но рефракцията няма как да се предвиди и се следи визуално. При куде-фокуса от над 70 метра, явно рефракцията внася значително изместване на положението на образа във фокалата.

Надалеч от голямата кула на 2-метровия има модерна автоматична метеорологична станция поместена в едно фургонче, която измерва следните параметри: температура, влажност, атм. налягане, скорост на вятъра и радиоактивен фон. Така се редуват замерванията на всеки няколко минути. Информацията се изпраща автоматично по радио път към подобна станция на Ботев връх, заедно с информацията от още няколко подобни станции по различни планински върхове. Имало идея данните от тази автоматична метеостанция да се използват за изчисляване на рефракцията на атмосферата, като се има предвид и зенитното разстояние на следения от телескопа обект, но явно на този етап това трудно би могло да се реализира срещу заплащане от бюджета на БАН!

По време на работа периодично (и ръчно) се коригира положението на купола, така че процепът му да бъде винаги пред отвора на тубуса на телескопа. Самия телескоп не се подава навън, както мнозина си мислят - напротив, би трябвало да има метално ветроупорно перде, което да спира течението на въздуха близо до телескопа, ако вятъра влиза косо през процепа на купола. Това устройство обаче на работи въобще. Процепа на купола се регулира ръчно в зависимост от силата на вятъра - малко го притварят при силен вятър, но разбира се не и под 2 метра ширина. Самият процеп се образува между 2 тежки пердета, които се отварят/затварят настрани, плъзгайки се по релси на носачи, монтирани отвън на горния и долен край на процепа.

Още информация за кулата:

Кулата е снабдена с асансьор (с 5 бутона), който обаче не се качва най-горе до подкуполната зала, където е телескопа - значи тя си е 6-ти етаж, но с височина на поне още 2 етажа!

Тежестта на пода на подкуполната зала пада върху стените на по-вътрешна кула, викат и "колоната", която на практика носи 80 тонната тежест на самия телескоп. Нейните основи били окопани на дълбочина колкото за 2 етажа под земята, и са лежали в пясъчна възглавница като мярка против повреди при земетресения.

Тази по-вътрешна кула (колоната) съдържа помещението на гида и част от съседното на него помещение на куде-спектрографа. Дебелината на стените й са впечатляващи.

Някъде по пода на подкуполната зала имало отвори (шахти), минаващи през плочите на всички етажи, през които при нужда се сваля/вдига главното огледало с един ел. телфер. Най-долу имало възможност да влезе камион, така че огледалото да се спусне от горе направо в каросерията му.

Около самия купол има външна тераса от която се разкриват впечатляващи гледки във всички посоки. Разхождах се по нея няколко пъти, и денем, и нощем. Вертикалните метални колони на парапета на терасата са челосани отгоре и са удобни за поставяне на фотоапарат за дълги нощни експозиции, но аз не се възползвах от това.

Нощем тъмнината не ми се стори чак толкова голяма - виждат се разни светлини от юг. Вижда се добра панорама на куполите на другите 3 телескопа на обсерваторията: един 60 см Касегрен с монтиран на него електрофотометър, известният Шмидт-телескоп, с параметри 50 см Шмидт пластина и 70 см огледало. Фокалата му е някъде по средата между пластината и огледалото, поради което преди е било рисковано да се сменя касетата с фотоплаката, която е с формат видимо около 10 x 15 см. При евентуално изтърваване на касетата, тя би паднала в огледалото! Сега този телескоп е снабден с малка CCD камера, без охлаждане с течен азот.

Другият инструмент е един слънчев телескоп, към който всички се отнасяха като че ли с пренебрежение - бил почти тяхна самоделка.

Освен куполите, виждат се и сградите на жилищната част: няколко постройки в стил крайморски заведения, които обаче били крайно неподходящи за високопланинския климат (1740 метра надм. височина). Иначе условията там ми се видяха свястни: всяка стая си има баня и тоалетна заедно, 2 легла, маса, постлано е с мокети, хубави пердета и пр.

Куде-спектрографа на 2-метровия бил добър само за получаване на звездни спектри, но не и за изследване на мъглявинни обекти. Имало и друга дифракционна решетка за него, но с по-ниска разделителна способност. Научих, че оптиката на 2-метровия не е юстирана добре - това се вижда дори с просто око, когато малко се разфокусира окуляра на гида: тъмното кръгче на централното препятствие не е в центъра на светлия кръг на главното огледало! Всички се възмущават от това, но просто не са имали пари за да платят на хората от Карл Цайс за юстировка на оптиката, когато са идвали да поставят наново алуминизираното главно огледало!

Видях, че компютъра на 60 см електрофотометър (на 60 см. Касегрен) е Правец 16 заради контролера, който свързва фотоумножителя на електрофотометъра със самия компютър. Целта на този контролер е да приема импулсите от фотоумножителя и да ги предава на програмата, заредена в компютъра, регистрираща тези импулси като брой попаднали фотони за единица време (за избраната дължина на вълната). Доста се позамислих дали задачата по изработката на един такъв контролер за по-съвременен компютър не би се оказала лесна за студент от средните курсове!

Това накратко видях и научих през 2-те денонощия, които прекарах там. Беше ми много интересно, но и искрено съжалих, като разбрах за някои техни неудачи свързани най-вече с финансови проблеми.

Имах възможността да видя от терасата на кулата няколко метеора от Персеидите рано сутринта, около 04:30h на 11.VIII.2001. Луната бе малко преди последна четвърт. Планетите Венера и Юпитер бяха много ярки и близо една до друга, ниско на изток над планинските вериги. Сатурн беше на около 1.5 - 2 градуса в ляво от Алдебаран /алфа Бик/, над тях искряха Плеядите...