A Lendület program

Pál András Lendület-ösztöndíjas kutató

Pál András mta.hu

Kutatási téma

Egy 19 egyedi kamerából álló műszer - egy úgynevezett Légyszem-kamera - építése, amellyel a teljes égbolton, a gyakorlatban 30 foknál nagyobb horizont feletti magasságnál tudják megfigyelni a 15 magnitúdónál fényesebb égitestek fényváltozásait - a percestől akár több éves időskálán átívelve.

Szokatlan koncepción alapul az a 19 egyedi kamerából álló csillagászati műszer, amelyet Pál András asztrofizikus és csoportja épít az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpontjában. Az úgynevezett Légyszem-kamera a csillagászati megfigyelések mellett lendületet adhat például az adattárolással és feldolgozással összefüggő fejlesztéseknek is.

A műszert szinte bármire lehet majd használni, amihez jó időbeli lefedettségű fotometriai mérésekre van szükség. Ez rengeteg új felfedezés lehetőségét rejti magában, hiszen igen kevés olyan égitest van, amelyről széles, mintegy hat nagyságrendet átfogó időskálán készülnek mérések – sok újdonságot hozhat például az aktív csillagok, pulzáló változók, exobolygók és a fiatal csillagok kutatásában is. Tranziens, vagyis átmeneti jelenségek (gamma-kitörések, szupernóvák) gyors és akár visszamenőleges megfigyelése is lehetséges lesz, hiszen a kutatóknak nem kell értékes perceket pazarolniuk azzal, hogy a távcsövet a forrás felé fordítsák. A tranziens jelenségekhez hasonlóan a Föld mellett elhaladó, esetlegesen veszélyes kisbolygók is detektálhatóak lehetnek.

A program hatása a konkrét csillagászati megfigyelések mellett meglehetősen szerteágazó lehet. A műszer igen nagy mennyiségű adatot fog termelni: ezek megbízható tárolása és feldolgozása komoly kihívást jelent. Az egyik lehetséges megoldás ez utóbbi problémára egy GPU-alapú (a számítógépek grafikus vezérlőkártyájának központi egysége) adatfeldolgozás kifejlesztése lenne. Emellett a hexapod megépítése során is adódhatnak olyan eredmények, amelyeknek lehetséges a közvetlen ipari felhasználásuk, így akár új szabadalmak is születhetnek.

Befogadó intézet

MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont

A kutatócsoport működési időszaka

2012–2017.

A kutatócsoport tagjai

Csépány Gergely (MSc); Jaskó Attila (eng. BSc); Mészáros László (MSc); Mező György (MSc); Oláh Katalin (DSc); Regály Zsolt (PhD); Vida Krisztián (PhD)

Interjú a kutatóval

Az interjú 2013. február 12-én jelent meg az mta.hu-n.

Szokatlan koncepción alapul az a 19 egyedi kamerából álló csillagászati műszer, amelyet Pál András asztrofizikus és csoportja épít az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpontjában. Az úgynevezett Légyszem-kamera a csillagászati megfigyelések mellett lendületet adhat például az adattárolással és feldolgozással összefüggő fejlesztéseknek is.

A csillagászatban elterjedt műszerek jelenleg az égboltnak csak kis területét tudják megfigyelni. A nagyobb távcsövekre ráadásul hatalmas a túljelentkezés, ezért egy-egy érdekes objektumot nem lehetséges hosszabb időn át észlelni. Erre a problémára adhatnak megoldást az olyan programok, mint például a nagy égboltfelmérő projekt, a Large Synoptic Survey Telescope (LSST), amely néhány naponként készít felvételeket a teljes látható égboltról.

Hasonló célt tűztek ki az MTA CSFK CSI kutatói is, akik Pál Andrásnak, az MTA Lendület programja nyertesének vezetésével egy 19 egyedi kamerából álló műszert – egy úgynevezett Légyszem-kamerát - fognak építeni. A csoport tagjai, Csépány Gergely (MSc), Jaskó Attila (eng. BSc), Mészáros László (MSc), Mező György (MSc), Oláh Katalin (DSc), valamint Pál András (PhD), Regály Zsolt (PhD), illetve Vida Krisztián (PhD) olyan műszert terveznek és készítenek, amellyel a teljes égbolton, a gyakorlatban 30 foknál nagyobb horizont feletti magasságnál tudják megfigyelni a 15 magnitúdónál fényesebb égitestek fényváltozásait – a percestől akár több éves időskálán átívelve.

A Légyszem-kamera mechanikus része nem megszokott: a mozgatásról, azaz a Föld forgásából adódó, látszó mozgás kompenzálásáról egy hexapod, más néven Stewart-platform gondoskodik. A hexapod maga sem hétköznapi konstrukció, egyik legismertebb alkalmazása például a repülőszimulátorok mozgatása. Mint arra a neve is utal, ez a mechanikus szerkezet egy hat lábon álló platform, amely hasznos teher – jelen esetben a 19 egyedi kamera - mozgatását a lábak hosszának változtatásával éri el. Összességében ez a megoldás, amellett, hogy igen precíz pozicionálást tesz lehetővé, hibatűrő is: ha a hat lábból három be is ragadna, a műszer még mindig mozgatható a megfigyelések igényeinek megfelelően.

"Ez a hibatűrő viselkedés, valamint számos hasonló jellegű elektronikai vagy vezérléstechnikai megoldás is azon alapelv következménye, hogy a műszerrendszerben nem lesznek egyedi vagy kitüntetett alkatrészek – magyarázta Pál András. – Azaz, ha valamelyik komponens leállna vagy meghibásodna, az eszköz továbbra is teljes értékű működésre lenne képes."

Ezenfelül – ellentétben a csillagászati műszertechnikában legelterjedtebb, úgynevezett ekvatoriális szereléstől – a műszer mechanikája független a földrajzi helyzetétől. Így szükség esetén az áthelyezése sem okoz problémát, de a további, más-más helyszínre telepítendő egységek elkészítése is lényegesebben egyszerűbb. A távcsőrendszert viszonylag olcsó, készen kapható alapanyagokat felhasználva lehet elkészíteni, ezért a fejlesztési költségek is jelentősen csökkenthetők – és így további ugyanilyen műszerek elkészítése is jóval egyszerűbbé válik.

A Légyszem-kamera fejlesztése, amelyhez az infrastrukturális hátteret az akadémiai kutatóközpont biztosítja, teljesen nyílt keretek között folyik. "Ez azt jelenti, hogy az első egység elkészülte után elérhetőek lesznek mind a gépészeti és elektronikai tervek, mind a vezérléshez és adatfeldolgozáshoz szükséges szoftverek" – mondta Pál András, aki szerint ezáltal jóval könnyebbé válik egy nemzetközi megfigyelőhálózat kiépítése is. A műszerből származó adatok pedig szabadon, mindenki által felhasználhatóak lesznek.

De mire lehet majd használni a műszert? A kutató szerint szinte bármire, amihez jó időbeli lefedettségű fotometriai mérésekre van szükség. Ez rengeteg új felfedezés lehetőségét rejti magában, hiszen igen kevés olyan égitest van, amelyről széles, mintegy hat nagyságrendet átfogó időskálán készülnek mérések – sok újdonságot hozhat például az aktív csillagok, pulzáló változók, exobolygók és a fiatal csillagok kutatásában is. Tranziens, vagyis átmeneti jelenségek (gamma-kitörések, szupernóvák) gyors és akár visszamenőleges megfigyelése is lehetséges lesz, hiszen a kutatóknak nem kell értékes perceket pazarolniuk azzal, hogy a távcsövet a forrás felé fordítsák. A tranziens jelenségekhez hasonlóan a Föld mellett elhaladó, esetlegesen veszélyes kisbolygók is detektálhatóak lehetnek.

A lendületes kutatók hosszú távú tervei között szerepel egy több Légyszem-kamerából álló hálózat kiépítése is: mintegy 10 egyforma, de megfelelő földrajzi pontra elhelyezett műszerrel a Nap közvetlen környezetét leszámítva a teljes éggömb lefedhető, időben folytonos módon. Az első lehetséges helyszín a Kanári-szigeteken, Tenerifén lenne, az IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias) által üzemeltetett Teide Obszervatóriumban, ahol a csoport lehetőséget kapott rá, hogy a prototípust tesztelje, illetve később állandó helyszínként is működhet.

A program hatása a konkrét csillagászati megfigyelések mellett meglehetősen szerteágazó lehet. A műszer igen nagy mennyiségű adatot fog termelni: ezek megbízható tárolása és feldolgozása komoly kihívást jelent. Az egyik lehetséges megoldás ez utóbbi problémára egy GPU-alapú (a számítógépek grafikus vezérlőkártyájának központi egysége) adatfeldolgozás kifejlesztése lenne. Emellett a hexapod megépítése során is adódhatnak olyan eredmények, amelyeknek lehetséges a közvetlen ipari felhasználásuk, így akár új szabadalmak is születhetnek.

(A műszer fejlesztésének részleteiről a csoport rendszeresen beszámol majd a hirek.csillagaszat.hu oldalon.)