宇宙的暗能量。

HETDEX 專案是當今第一個進行探索宇宙「暗能量」的大型嘗試。借助於特殊攝譜儀,可以3D方式繪製百萬個銀河系的位置圖。在2012年的夏天,霍比-埃伯利 (Hobby-Eberly) 望遠鏡開始對外太空進行掃描-maxon馬達全程陪伴。

霍比-埃伯利望遠鏡 (Hobby-Eberly Telescope,HET) 位於美國德克薩斯州西部的麥克唐納天文台(McDonald Observatory)。這架望遠鏡的球面主鏡由 91 塊完全相同、直徑為1公尺的六邊形子鏡面組成。這些六角型互相連結成為一個直徑幾乎長達11公尺的大型鏡片-亦是世界之最。當孔徑角呈 4 角分* 時,主鏡的實際口徑為9.2公尺。總面積達11.1公尺乘以9.8公尺,HET 為世界上第四大光學望遠鏡。除此之外,由於其創新設計,因此建構費用相當符合成本效益:造價共為1350萬美元-僅僅為一般與其相等尺寸的望遠鏡的四分之一。如此精簡的費用部份歸功於簡化設計並且使用一般市售的元件。

這架用於觀測天文的光譜望遠鏡安裝在所謂的「主焦檢測儀系統」 (Prime Focus Instrument Package,PFIP) 上。其具有兩個分別為中解析度和高解析度的攝譜儀。另外一個實現大幅節省費用的原因則是放棄採用第二根軸來移動85噸重的望遠鏡。也就是說,主鏡面與地平線維持在 55 度角,但同時卻能完全水平轉動,因而可以觀察到 70% 的天空。主鏡面所聚集的光線將在主鏡上方收集成束,然後由特殊光學輔助元件截取,經由光纖引導至攝譜儀上。這個光學輔助元件安裝在一個所謂的「追縱器」裡(見圖3)。追縱器在6根軸內進行移動。因此並不是鏡面追縱目標物體,而是物體在圓周上移動。

目前HET正在加裝廣角,目的在於將視角提高至 22角分,以及將可用光圈口徑擴大至10公尺。在未來的研究項目中,將利用光纖耦合技術收集更大量的光線,使光譜觀察有跨時代的突破。科學家們希望透過全新裝備的HET對所謂的「暗能量」有更進一步的瞭解。依據目前的假設,「暗能量」幾乎佔宇宙物質和能量的四分之三,而且也被視為一股神秘的力量,促使年齡不斷增長的宇宙加速膨脹。

HETDEX 仰望宇宙
為了追縱這個謎題,「霍比-埃伯利望遠鏡暗能量實驗」 (Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment,HETDEX) 計劃因此誕生。在2012年至2015年期間,HET 將對大熊星座地帶進行密集的掃描。研究專案的目標是:將離地球約100到110億光年之遙的100萬個銀河系繪製成圖-直至最小的細節。這個計劃是由美國德州大學奧斯汀分校、賓夕法尼亞州立大學、德州A&M大學、德國慕尼黑 Sternwarte 大學、波茨坦天文物理研究所、以及馬克斯•普朗克太空物理學研究所聯合建立。

國際學者都希望對宇宙的發展有更多的認識。透過這項大型研究計劃,除了釐清目前所假設的重力交互作用是否正確之外,另外也希望能揭開更多在天文學上有關宇宙大爆炸尚未發現的細節。在這個任務中,位於德州福爾基斯山 (Mount Fowlkes) 上的天文台並非將 HETDEX 攝影機裡的光線傳導至影像晶片,而是傳至 33400 條光纖上。專家們希望的是,使宇宙不斷膨脹的並不是暗能量,而是至今未明的重力作用。最早至 2016 年將會得到些許關於暗能量的初始線索--或是一個答案:經過證明,這個現象不存在。

PFIP 的結構
《主焦檢測儀系統》 (Prime Focus Instrument Package,PFIP) 安裝在望遠鏡上的一個追縱裝置上,其中包含了廣角修正功能、偵測攝影機、測量儀器、以及一套焦平面系統。PFIP是獨立的自動化單元,具有12個子系統和 24根運動軸。運動調節器和模組式輸入/輸出系統透過CANopen訊息協定相互連接。地面系統和PFIP子系統之間的整體通訊是經由乙太網以點對點 (Point-to-Point) 方式,或是透過乙太網/CAN 閘道器進行。

PFIP的24根運動軸中有15根配備了驅動裝置。在各種速度下,所有動作都必須平穩精確地執行,特別是極度緩慢的速度。運動控制系統必須在各種情形下執行不同的任務,例如準確追縱速度曲線(光圈控制)、絕對位置的精確啟動和停止、或是追縱多軸位置/速度曲線。

PFIP子系統所採用的驅動裝置是maxon無刷EC馬達系列;根據應用需求可搭配減速機、磁性增量編碼器和電動煞車器。在低速運轉時利用正弦換向可產生平均穩定的運動,因此,可為標準內建於maxon馬達的霍爾效應感應器選擇搭配一個增量編碼器。增量編碼器用於為運動控制系統提供額外的位置數據。
 

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