Wird das LSST-Teleskop (Vera C. Rubin) alle 20 oder 35 Sekunden seine Position ändern?

Wie das Vera C. Rubin-Teleskop die eigentliche Vermessung des Himmels physisch durchführen wird (Legacy Survey of Space and Time; LSST), unterliegt noch der Entwicklung und Verfeinerung. Die allgemeine Erhebungsstrategie ist im LSST System Science Requirements Document dargelegt, das (absichtlich) locker ist, wie es tatsächlich durchgeführt wird. Die wichtigsten Anforderungen sind:

• Die Hauptvermessung von mindestens 18.000 Quadratgrad muss gleichmäßig abgedeckt werden, damit jedes Feld des Sichtfelds der Kamera von 9,6 Quadratgrad in den 10 Jahren der Vermessung durchschnittlich 825 30-Sekunden-Besuche erhält. (Die 825 Visits werden über alle 6 Filter summiert)
• Schnelle Wiederholungen (zwischen 40 Sekunden und 30 Minuten) müssen über mindestens 2000 Quadratgrad erfasst werden, um schnelle Transienten zu entdecken. (Dies kann meistens durch leichte Überlappung der Sichtfelder benachbarter Felder erreicht werden

Andere wissenschaftliche Anforderungen wie die Notwendigkeit, sich bewegende Objekte zu erkennen (eines der vier wichtigsten wissenschaftlichen Ziele) und die Fähigkeit, die angegebenen Parallaxe- und Eigenbewegungsziele zu erreichen, erlegen ebenfalls einige Einschränkungen auf, wie oft und wann Sie ein Feld erneut besuchen müssen.

Diese Beschränkungen gelten für die Haupterhebung "Wide-Fast-Deep" (WFD), die die 18.000 abdecken wird$\deg^2$Bereich oben. Innerhalb des Haupterhebungsgebiets der WRRL sieht der Basislinienplan zwei Besuche pro Kamerafeld vor (9.6$\deg^2$) entweder in denselben oder in unterschiedlichen Filtern jede Nacht (Dadurch können sich bewegende Objekte und schnelle Transienten gefunden und Warnungen gesendet werden). Dieses Besuchspaar wird alle 3-4 Nächte wiederholt, während das Feld sichtbar ist. Jeder Besuch besteht aus 2 aufeinanderfolgenden 15-sekündigen Belichtungen im selben Filter, getrennt durch die Auslesezeit von 2 Sekunden. Diese beiden 15-Sekunden-Aufnahmen werden dann in der Pipeline kombiniert, um das endgültige 30-Sekunden-Bild zu erstellen.

Wie genau die WFD-Feldbesuche aneinandergereiht sind, wie weit sich das Teleskop zwischen den Feldern bewegt und in welchen Filtern es wann beobachtet und wofür das Observatorium die anderen ~ 10% der Zeit verbringt, ist ein sehr kompliziertes Problem und hängt sehr stark davon ab darauf, für welche Objekte Sie sensibel sein möchten und welche Art von Wissenschaft Sie betreiben möchten. Diese verschiedenen Kompromisse sind noch im Gange als Teil des Survey Cadence and Optimization Committee. Der Bericht über die große Anzahl von Umfrage-Kadenz-Simulationen ist kürzlich erschienen, aber eine endgültige Umfragestrategie wird erst im April 2023 beschlossen ( Timeline-Zusammenfassung) nach weiteren Treffen, Berichten und Simulationen. Auch wenn eine Exposition von 1 x 30 Sekunden bei jedem Besuch (anstelle von 2 x 15 Sekunden, die einen höheren Overhead hat) und eine kürzere Zeit, die für jedes Feld aufgewendet wird, bevorzugt wird (es erhöht den Vermessungsdurchsatz, sodass Sie mehr Felder/Fläche pro Nacht abdecken können), hängt dies von der ab endgültige Leistung der LSST-Kamera. Das liegt daran, dass die Anfälligkeit der CCDs der Kameras für kosmische Strahlung und ob Sie die 2x15s-Belichtungen benötigen, um sie zu entfernen, noch teilweise unbekannt ist, bis sie am Teleskop ankommt und seit einiger Zeit in Betrieb ist.

Die Simulationen basieren auf einem Teleskopmodell, dessen Code auf github verfügbar ist . Die Zeit, die benötigt wird, um von Feld zu Feld zu gehen, hängt von einer ganzen Reihe von Dingen ab, wie z sich die Kuppel bewegen muss und ob Sie Filter wechseln (ein 120s-Vorgang). Im Allgemeinen wird die Gesamtzeit, die auf einem Feld verbracht wird, sein:

$$t_{slew}+t_{settle}+t_{exp}\times num. exp. + t_{shutter}\times num. exp. + t_{readout }\times (num. exp.-1)$$ Wo$t_{slew}$ist die Schwenkzeit (hängt davon ab, wie weit Sie sich bewegen),$t_{settle}$ist die Einschwingzeit (hängt auch davon ab, wie weit Sie sich bewegen, aber mindestens 3 Sekunden),$t_{exp}$ist die Belichtungszeit,$t_{shutter}$ist die Öffnungs- / Schließzeit des Verschlusses (1 s; es ist wirklich groß ...) und$t_{readout}$ist die Auslesezeit (2s; die$(num. exp.-1)$kommt zustande, weil man beim Auslesen der letzten Belichtung zum nächsten Halbbild schwenken kann).

Für 2x15s-Belichtungen haben wir also ein Minimum von$3s+(15s\times2)+(1s\times2)+(2s\times1)=37s$zwischen Feldern. Für die 1x30s haben wir mindestens$3s+(30s\times1)+(1s\times1)+(2s\times0)=34s$zwischen Feldern. Wie oft sich das Teleskop zu einem neuen Feld bewegt, hängt von der wie oben umrissenen Vermessungskadenz ab, aber es wird eine starke Präferenz bestehen, die Schwenkzeiten kurz und die Anzahl der Filterwechsel klein zu halten, um die Menge zu maximieren Felder und Himmel pro Nacht bedeckt.