טלסקופ החלל ג'יימס ווב: איך שולחים קובץ ששוקל מאות מגה-בייט למרחק של מיליון וחצי ק"מ?

השבוע קיבלנו הצצה ראשונה ליכולות המרשימות של טלסקופ החלל החדש והמנצנץ של נאס׳׳א. כך הוא העביר אותן ממרחק של 1.5 מיליון קילומטר לכדור הארץ

ערפילית קארינה, כפי שצולמה ע״י טלסקופ החלל ג׳יימס ווב | מקור: NASA

העולם כולו התפעל השבוע מהתמונות הראשונות שהגיעו מטלסקופ החלל ג׳יימס ווב, ממשיך דרכו של אחד מטלסקופי החלל המוכרים ביותר – טלסקופ האבל. בשנים הקרובות צפוי הטלסקופ לספק לחוקרים מידע רב על גלקסיות בנות מיליארדי שנים, ולהציג אזורים בחלל בבהירות חסרת תקדים. אבל עצרתם רגע לחשוב איך מגיעות לכאן בכלל תמונות כבדות כל-כך שעושות מרחק עצום כל-כך?

57 גיגה-בייט ביום

טלסקופ החלל האבל שוגר בשנת 1990, ושייט בגובה של כ-550 קילומטר מכדור הארץ (שכבת LEO – בדומה לתחנת החלל הבינלאומית). מאז הוא משגר לכדור הארץ תמונות שהוא מצלם באופן קבוע. אבל במקביל להצבה שלו בחלל נאס״א כבר התחילה לעבוד על המחליף המרשים שלו – טלסקופ החלל ג׳יימס ווב (מעתה, טהג׳ו). בדצמבר האחרון שוגר סוף-סוף לחלל טהג׳ו, ואחרי כמה חודשים של כיולים וכיווננים עדינים השבוע זכינו לתמונות ראשונות ממנו.

אז אמרנו שהאבל נמצא בגובה של כ-550-570 קילומטרים בלבד מעל כדור הארץ, גובה קטן מזה של לווייני GPS, שאליהם המכשירים שלנו מתחברים כדי לסמן לנו איפה אנחנו נמצאים. מנגד, טהג׳ו נמצא במרחק של כמיליון וחצי קילומטר מכדור הארץ – או פי 3,000 ממרחקו של האבל.

אבל אלו לא כל ההבדלים והאתגרים. האבל – כיאה לפאר הטכנולוגיה של שנות ה-80 בואכה 90 – משגר ארצה תמונות ברזולוציה של 23.5 מגה-פיקסל ששוקלות כ-32 מגה-בייט. כל תמונה (לא מעובדת) ששיגר לכדור הארץ טהג'ו לעומת זאת, הייתה ברזולוציה של 132 מגה-פיקסל ושקלה 137 מגה-בייט, הבדל של בערך פי 5. על פי TechCrunch, טהג׳ו מעביר בדרך קבע דאטה בקצב הגדול פי 25 מזה של האבל.

מקור: NASA

אבל איך זה קורה? העברת המידע על תדר מאוד מסוים. טהג׳ו מעביר את המידע הרב שהוא אוגר על גבי Ka-band, שהוא תדר גלים על הספקטרום האלקטרומגנטי בטווח של 25.9 גיגה-הרץ. מדובר בתדר המשמש גם שירותים מוכרים אחרים – כמו למשל האינטרנט החללי של Starlink מבית SpaceX.

האנטנה הראשית של טהג׳ו יכולה להעביר מידע ב-28 מגה-ביט בשנייה, מה שאומר שהוא יכול להעביר – על הנייר – 57 גיגה-בייט של מידע ביממה. לצד האנטנה הזו, לטלסקופ החלל החדש והיפה של נאס״א יש אנטנה שנייה, שפועלת בתדר שונה (S-band) ומשמשת את נאס״א כדי להעביר עדכוני תוכנה, לקבלת נתוני טלמטריה מהטלסקופ וכדי לוודא שהכל תקין איתו.

חשוב לציין כי למרות שהטלסקופ יכול לשלוח לכדוה״א 57 גיגה-בייט של דאטה ביממה, בגלל תנועת הכדור – בפועל לא נשלח כל-כך הרבה דאטה באופן רציף. כדי לוודא שהטלסקופ מצליח למקסם את יכולות העברת המידע שלו ארצה, הצוות שמאחוריו מתכנן חודשים קדימה את הזמנים שבהם יועבר המידע – וכך נאס״א יודעת מראש שביום מסוים תגיע תמונה חדשה – כפי שהיה בימים שלפני חשיפת התמונות. אם תהיתם, לטהג׳ו יש נפח אחסון של סמארטפון זול בימינו – כ-68 גיגה-בייט בלבד, ולכן העברת הנתונים גם קריטית כדי לוודא שהוא אף פעם לא ״נסתם״, ודאטה שכבר הגיע לכדור הארץ יוכל להימחק ולפנות מקום לדאטה חדש.

התופעה שגילה איינשטיין

התמונות שצילם טהג׳ו וריגשו את כולנו השבוע צולמו בעזרת תופעה שנקראית עידוש כבידתי (Gravitational lensing); תופעה שנהגתה על ידי איינשטיין לפני כ-100 שנים, אבל הוכחה הרבה אחרי, ומאפשרת לצפות בגלקסיות או קוואזרים רחוקים. בקצרה, לגלקסיות שנמצאות מסביב לטלסקופ – וחוצצות בינו לבין האובייקט המבוקש – יש כח כבידה ומסה, ששוברים למעשה את קרני האור, מעוותים אותן – ולמעשה ממקדות אותן בטלסקופ. כך נוצר למעשה אפקט של עדשה "מגדילה" שמאפשרת לראות למרחקים עצומים.

התמונות שנלכדות על ידי NIRCam, מצלמת האינפרא-אדום הקרוב של הטלסקופ, עוברות לאחר הההגעה לארץ עיבוד; ובמה שקצת מזכיר תמונת HDR בסמארטפונים שלנו, נאס"א משלבת מספר תמונות אינפרא-אדום באורכי גל שונים – שנלכדו לאורך 12.5 שעות – לכדי תמונה אחת. התמונה אז עוברת צביעה, כך שתהיה "ידידותית" יותר לצופים הלא-מקצועיים. במילים אחרות, כמו כל משפיען או משפיענית באינסטגרם, גם התמונות המדעיות שלנו עוברות עיבודי תמונה ופילטרים כדי להראות טוב יותר.

אושרי אלקסלסי

Your Friendly Neighborhood Geek. יש לכם סיפור טכנולוגי? דברו איתי: [email protected]

הגב

24 תגובות על "טלסקופ החלל ג'יימס ווב: איך שולחים קובץ ששוקל מאות מגה-בייט למרחק של מיליון וחצי ק"מ?"

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* היי, אנחנו אוהבים תגובות!
תיקונים, תגובות קוטלות וכמובן תגובות מפרגנות - בכיף.
חופש הביטוי הוא ערך עליון, אבל לא נוכל להשלים עם תגובות שכוללות הסתה, הוצאת דיבה, תגובות שכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, תגובות שחורגות מהטעם הטוב ותגובות שהן בניגוד לדין. תגובות כאלו יימחקו מייד.

סידור לפי:   חדש | ישן | הכי מדורגים
ליאור
Guest

"לווייני GPS, שאליהם המכשירים שלנו מתחברים בכל רגע כדי לסמן איפה אנחנו נמצאים"
המכשירים שלנו לא מתחברים אליהם, מקבלים מידע חד כיווני, לתקן שאנשים לא יחשבו שהסלולרי שלהם משדר ללויין…

יהונתן
Guest

איך לטלפון יש קורדינטות (של עצמו)? הוא קיבל אותם מהלווין. ואיך הלווין ידע לתת לו אם הטלפון לא שידר משהו קודם ללווין?

אורן
Guest

1. לכל לוין יש מיקום קבוע שהוא משדר
2. בכל נקודה על כדור הארץ ניתן לקבל אותות מלפחות 3 לווינים
3. הטלפון מחשב את המיקום של עצמו על ידי טריאנגולציה של האותות

פאול
Guest

וגם שעון מדוייק מאוד ויציב.

יאיר אשל כהנסקי
Guest
יאיר אשל כהנסקי

תיקון: 4 לווינים. הלווינים מוסרים את מיקומם, יחד עם השעה המדוייקת. לו היה לי בטלפון שעון אטומי, הייתי יכול לדעת מה המרחק, על פי 3 לווינים בלבד – הייתי מחשב את הזמן שחלף מאז שנשלח האות, ואז הייתי יודע מהמרחק מהלווינים, ועושה טריאנגולציה.
אבל אין לי שעון אטומי סופר מדוייק בטלפון. הפתרון הוא לחשב את הפער המשוער ללווין רביעי. זה קצת יותר מורכב אבל הרעיון די דומה.
ואגב, רוב הזמן המיקום מחושב בכלל לפי המרחק והשעון של המגדל הסלולארי. Gps הוא מדוייק יותר, אבל גם איטי יותר.

רועי
Guest

היי יהונתן, זה מתבצע באמצעות טריאנגולציה.
תסתכל בויקיפדיה.

מוחמד אבו מדוזה
Guest
מוחמד אבו מדוזה

מה אתה כבר מסתיר, אפשר לחשוב, את מי אתה מעניין?

דרומי
Guest

הלווין לא נתן כלום לפני , הטלפון בא מעודכן בנתוני הלווינים כפי שהם (זה לא נתון שאמור להישתנות ) ואז הטלפון מקבל אותות מהלווינים ובעזרת חישוב קצר יודע למקם את עצמו ביחס אלהם

בייגל
Guest

מחשב טריאנגולציה + שלושה לווינים = קואורדינטות

פאול
Guest

איך מעבירים קובץ כזה?
איזו שאלה!
עם מודם אנלוגי 14,400bps

תומר
Guest

אולי די עם השטויות? קבצים כאלה מעבירים רק על גבי יונים

בייגל
Guest

תומר, זה לא הגיוני כי בחלל החיצון אין אטמוספירה כך הן אינן יכולות לעוף.

סטארטאפיסט
Guest

מציידים אותן בחליפות חלל. זה נאס"א, יש להם פתרון להכל.

לפלפיקס
Guest

טלסקופ ב-10 מיליארד דולר עם זכרון אחסון של 68 גיגה בייט בלבד? פחות מהסמארטפון הצנוע שלי? כמה נפח פיזי היה נדרש כדי להתקין זיכרון דינמי או SSD בנפח של לפחות טרה בייט בודד?
מזכיר לי את הסיפור על ביל גייטס, מייסד מייקרוסופט שטען שלדעתו אין צורך בתמיכת זכרון גדולה יותר מ-640 *קילו בייט* במערכת ההפעלה שלהם, משום שאין בנמצא משתמש או אפליקציה שתדרוש נפח זכרון *ענקי* שכזה…

רון
Guest

חח אל תחשוב שהחומרה שאתה משתמש בה יכולה להתאים לטלסקופ שאמור לשרוד לפחות 50 שנה בחלל. כונן SSD היה מחזיק גג 10 שנים וגם זה בהגזמה. אל תבלבל שכל מה שמתאים לשוק הפרטי מתאים לנאסא או לשוק עסקי אפילו.

אלכס
Guest

1. זה כונן מיוחד שיוכל לעבוד לאורך 20 שנה למרות הקרינה בחלל
2. הסיפור עם ביל גייטס לא אמיתי אלא המצאה

יאיר אשל כהנסקי
Guest
יאיר אשל כהנסקי

הטלפון שלך לא צריך לעמוד בקרינה קוסמית. הוא לא צריך לעמוד בשינויי טמפרטורה קיצוניים שאופייניים לחלל. הוא לא לעבוד 50 שנה בלי שום תקלה, לעמוד בצורה סבירה במיקרומטאוריטים ובתנאי חוסר כבידה (והיה צריך לייצר אותו בתנאי כבידה, מה שאומר שהוא צריך לעבוד גם על כדור הארץ וגם בחלל)
וכל זה משפיע על המשקל, שמשפיע על מחיר השליחה לנקודה בו הטלסקופ נמצא. זה משפיע על הדלק הנדרש. אז כנראה שזה האיזון הטוב ביותר בין צרכי המדענים להוצאה

יוני
Guest

קשקשן מקלדת בשקל בלי טיפת היגיון במ

יניב
Guest

57 ג'יגה ביום זה איכות השידור של הוט

הייקר
Guest

התמונות מהממות ביופיין ובאיכותן.

יוסי
Guest

Ka-band זהו תדר שאורך הגל שלו קטן מאד , מה שגורם לטיפות גשם להפריע לשידור . נראה לי שלמרות היתרון הגדול שלו(לא הרבה משתשים כי המכשירים לשידור מאד יקרים ובנויים בתקן צבאי גבוה מה שגורם לזליגה וקפיצת תדר בין רכיבים במעגלים עם הלחמות או רכיבים גרועים)
הסיבה שהשתמשו בו היא קליטת נתונים במשך 12.5 שעות (אובייקט הצילום הוא די סטטי) ועיבוד התמונה מתגבר על הפרעות בשידור שהיו במהלך קבלת התמונה.

רם פרס
Guest

בשביל זה המציאו את פרוטוקול SFTP.
space file transfer protocol. לא ככה? :-)

שחר עופר
Guest

לפי חישוב שלי רוחב הענן בחלקו הצר כ
50 מליון קילומטרים

אריאל
Guest

מצטער אבל די התאכזבתי מהכתבה. הכותרת הייתה מושכת ומעניינת, הייתי בטוח שתהיה סקירה טכנולוגית של האותות, קצת אלגוריתמיקה, קצת היסטוריה ורקע על הטכנולוגיה, קצת הסבר למה היא שונה מהדברים האחרים. האם עשו בה משהו חדשני? האם המציאו איזה טריק כדי למקסם את הטכנולוגיה הקיימת? כלום. הכל מסתכם בחצי משפט פשטני שלא אומר כלום ״ Ka-band כמו סטארלינק״.

wpDiscuz

תגיות לכתבה: