Early Telescope Throughput Results from the Collimated Beam Projector at the Vera C. Rubin Observatory

कल्पना कीजिए कि वेरा सी. रुबिन ऑब्जर्वेटरी चिली में एक पहाड़ पर स्थित एक विशाल, अत्यंत संवेदनशील कैमरे की तरह है, जिसे अगले दशक में ब्रह्मांड की अरबों तस्वीरें लेने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये तस्वीरें वैज्ञानिक रूप से उपयोगी हों—विशेष रूप से विस्फोट होने वाले तारों (टाइप Ia सुपरनोवा) का उपयोग करके ब्रह्मांड के विस्तार को मापने के लिए—कैमरे को अत्यधिक सटीकता के साथ कैलिब्रेट (अंशांकन) करने की आवश्यकता है। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसे किसी तराजू से पंख का वजन मापने की कोशिश करना जो खुद थोड़ा सा भी गलत हो; यदि तराजू एकदम सटीक नहीं है, तो आपका माप बेकार है।

यह शोध पत्र एक नए उपकरण जिसे कोलिमेटेड बीम प्रोजेक्टर (CBP) कहा जाता है, का परिचय देता है, जो ऑब्जर्वेटरी के गुंबद (डोम) के भीतर एक "टेस्ट लाइट" के रूप में कार्य करता है। यह कैसे काम करता है और टीम ने क्या पाया, इसे सरल भाषा में यहाँ समझाया गया है:

समस्या: हमें एक नए उपकरण की आवश्यकता क्यों है?

आमतौर पर, एक टेलीस्कोप को कैलिब्रेट करने के लिए, खगोलशास्त्री आकाश में मानक सितारों को देखते हैं या कैमरे के माध्यम से एक विसरित प्रकाश (जैसे एक विशाल, कोमल चमक) बिखेरते हैं। लेकिन इन विधियों में कुछ कमियां हैं:

• तारे: वायुमंडल इस बात को बदल देता है कि तारे कैसे दिखते हैं, और हमारे पास जो मॉडल हैं कि तारों को कैसा दिखना चाहिए, वे थोड़े गलत (1% से अधिक का अंतर) साबित हुए हैं।
• विसरित प्रकाश (Diffuse Light): एक बड़ी, कोमल रोशनी चमकाने से "घोस्ट्स" (छवियों के भ्रम) या बिखरे हुए प्रतिबिंब उत्पन्न हो सकते हैं जो डेटा को खराब कर देते हैं।

टीम को एक ऐसा तरीका चाहिए था जिससे वह वायुमंडल के हस्तक्षेप के बिना और भ्रामक प्रतिबिंबों को बनाए बिना टेलीस्कोप की संवेदनशीलता का परीक्षण कर सके।

समाधान: "लेजर पॉइंटर" की उपमा

CBP को एक अत्यंत सटीक, ट्यूनेबल लेजर पॉइंटर के रूप में समझें जो तुरंत अपना रंग (वेवलेंथ) बदल सकता है।

• एक विस्तृत, धुंधली रोशनी दिखाने के बजाय, CBP एक ही शुद्ध रंग की एक संकीर्ण, सीधी किरण सीधे टेलीस्कोप के मुख्य दर्पण में भेजता है।
• यह एक दूर स्थित तारे की सटीक नकल करता है।
• चूंकि यह गुंबद के अंदर है, इसलिए यह मौसम और वायुमंडल को अनदेखा कर देता है।
• यह गहरे बैंगनी से लेकर निकट-इन्फ्रारेड तक के रंगों को बदल सकता है, जो कैमरे द्वारा देखे जाने वाले रंगों की पूरी रेंज को कवर करता है।

उन्होंने क्या किया

टीम ने इस प्रोजेक्टर को स्थापित किया और टेलीस्कोप के कैमरे (LSSTCam) पर इन "टेस्ट स्टार्स" को दागना शुरू किया। उन्होंने मुख्य रूप से दो चीजें कीं:

1. कैमरे की आँखों (डिटेक्टर्स) का परीक्षण: उन्होंने मापा कि कैमरे के 189 व्यक्तिगत सेंसरों (CCDs) में से प्रत्येक अलग-अलग रंगों के प्रकाश के प्रति कितना संवेदनशील है। वे यह देखना चाहते थे कि क्या एक सेंसर अपने पड़ोसी की तुलना में "अंधा" या "कम तेज" है।
2. कैमरे के चश्मे (फिल्टर्स) का परीक्षण: टेलीस्कोप विभिन्न बैंडों (जैसे लाल, हरा, नीला) में प्रकाश को अलग करने के लिए रंगीन फिल्टर का उपयोग करता है। टीम ने जांच की कि क्या ये फिल्टर बिल्कुल सही मात्रा में और सही रंगों के प्रकाश को गुजरने देते हैं।

परिणाम: उन्होंने क्या पाया

1. "टेस्ट लाइट" को ट्यून-अप की जरूरत है
टीम को यह एहसास हुआ कि टेलीस्कोप कितना प्रकाश एकत्र करता है, इसका पूर्णतः सटीक माप प्राप्त करने के लिए, उन्हें यह जानना होगा कि CBP स्वयं कितना प्रकाश उत्सर्जित कर रहा है। उन्होंने एक विसंगति पाई: जब उन्होंने शिपिंग से पहले लैब में प्रोजेक्टर का परीक्षण किया, और जब उन्होंने इसे पहाड़ पर सेट करने के बाद फिर से परीक्षण किया, तो संख्याएं पूरी तरह से मेल नहीं खाती थीं (विशेष रूप से लाल/इन्फ्रारेड रंगों में)।

• उपमा: यह बिल्कुल वैसा ही है जैसे यदि आपने एक स्केल खरीदा, उसे दुकान में चेक किया, और फिर घर पर दोबारा चेक किया, तो पाया कि उसके निशान थोड़े खिसक गए हैं। जब तक वे इसे ठीक नहीं करते, वे यह नहीं कह सकते कि टेलीस्कोप वास्तव में कितना प्रकाश देखता है, लेकिन वे अभी भी सेंसरों की आपस में तुलना कर सकते हैं।

2. सेंसर ज्यादातर अच्छे हैं, लेकिन पूर्ण नहीं हैं
भले ही वे सटीक कुल प्रकाश को न जानते हों, फिर भी उन्होंने सेंसरों की आपस में तुलना की। उन्होंने पाया कि सेंसर बहुत सुसंगत व्यवहार करते हैं, लेकिन फैक्ट्री के डेटा शीट की तुलना में वास्तविक प्रदर्शन में लगभग 1% का एक छोटा, व्यवस्थित अंतर है।

• निष्कर्ष: फैक्ट्री का डेटा रुबिन ऑब्जर्वेटरी के लिए आवश्यक अत्यधिक सटीकता के लिए पर्याप्त नहीं है। उन्हें इन नए "इन-डोम" परीक्षणों पर भरोसा करने की आवश्यकता है।

3. "फ्रिंजिंग" (Fringing) की गड़बड़ी
स्पेक्ट्रम के लाल/इन्फ्रारेड छोर पर (800 nm से ऊपर की वेवलेंथ), प्रकाश हस्तक्षेप पैटर्न (interference patterns) बनाने लगता है, जैसे तालाब में लहरें उठती हैं। इसे "फ्रिंजिंग" कहा जाता है।

• उपमा: कल्पना करें कि आप एक पतली प्लास्टिक की शीट के माध्यम से टॉर्च की रोशनी डाल रहे हैं; आपको इंद्रधनुषी पैटर्न दिखाई देते हैं। CBP ने दिखाया कि यह प्रभाव इमेज को विकृत कर देता है, जिससे लाल बैंड में सटीक माप प्राप्त करने के लिए कुछ हिस्से चमकदार या धुंधले दिखाई देने लगते हैं। इसे सॉफ्टवेयर के माध्यम से ठीक करने की आवश्यकता है।

4. फिल्टर्स का "ब्लू शिफ्ट" (Blue Shift)
यह एक दिलचस्प खोज है। टेलीस्कोप के फिल्टर घुमावदार (curved) हैं। जब प्रकाश एक घुमावदार फिल्टर से अलग-अलग कोणों पर टकराता है, तो वह रंग जिसे वह गुजरने देता है, स्पेक्ट्रम के नीले छोर की ओर थोड़ा झुक जाता है।

• उपमा: अपने धूप के चश्मे के बारे में सोचें। यदि आप सीधे देखते हैं, तो वे एक निश्चित रंग को रोकते हैं। यदि आप अपना सिर थोड़ा झुकाते हैं, तो वे जिस रंग को रोकते हैं वह थोड़ा बदल जाता है।
• निष्कर्ष: क्योंकि टेलीस्कोप बहुत चौड़ा है, इसलिए प्रकाश अलग-अलग कोणों पर फिल्टर से टकराता है, जो इस बात पर निर्भर करता है कि वह कैमरा पर कहाँ गिर रहा है। टीम ने पाया कि फिल्टर की रंग सीमा का "किनारा" कैमरे के माध्यम से कई नैनोमीटर तक शिफ्ट होता है। इसका मतलब है कि टेलीस्कोप इमेज के केंद्र में केंद्र की तुलना में किनारों पर थोड़े अलग रंग देखता है।

मुख्य निष्कर्ष

कोलिमेटेड बीम प्रोजेक्टर एक शक्तिशाली नया उपकरण है जो रुबिन ऑब्जर्वेटरी को वायुमंडल की जटिलताओं को दरकिनार करते हुए, अंदर से बाहर की ओर खुद को कैलिब्रेट करने की अनुमति देता है। हालांकि उन्हें अभी भी प्रोजेक्टर के अपने प्रकाश आउटपुट को फाइन-ट्यून करने और लाल प्रकाश में "फ्रिंजिंग" की गड़बड़ियों को ठीक करने की आवश्यकता है, उन्होंने सफलतापूर्वक यह सिद्ध कर दिया है कि:

1. कैमरा सेंसरों में मामूली भिन्नताएं हैं जिन्हें फैक्ट्री डेटा मिस कर गया था।
2. फिल्टर का व्यवहार इस बात पर निर्भर करता है कि प्रकाश कहाँ गिर रहा है ("ब्लू शिफ्ट")।

यह कार्य टेलीस्कोप को उन अत्यंत सटीक मापों को लेने के लिए आधार तैयार करता है जो ब्रह्मांड के विस्तार को समझने के लिए आवश्यक हैं।