Надо Знать

добавить знаний



Гершель (космический телескоп)


Herschel Space Observatory.jpg

План:


Введение

Космический телескоп "Гершель" ( англ. Herschel Space Observatory ) - Астрономический спутник, созданный Европейским космичниму агентством, первоначально предложенный консорциумом европейских ученых в 1982 году. Запуск состоялся 14 мая 2009 года, в 13:12 по универсальному времени (UT) с космодрома Куру с помощью ракеты-носителя "Ариан-5". [1] Миссия названа в честь сэра Уильяма Гершеля, первого исследователя инфракрасного спектра.

Спутник размещен на гелиоцентрической орбите вблизи второго точки Лагранжа (L2) системы Земля - Солнце, то есть все время находиться над ночной стороной Земли. Вместе с телескопом "Гершель" этой же ракетой-носителем был выведен на орбиту астрономический спутник "Планк". Стоимость проекта (со стоимостью объединенного запуска) составляет примерно 1,9 миллиарда евро [2].

Основная наземная станция, обеспечивающая функционирование телескопа - антенна глубокого космоса в Нью Норсии ( Австралия), тоже принадлежащая ЕКА.


1. История

Идея создания огромного орбитального инфракрасного телескопа родилась еще 1982 года в европейских ученых. Через 27 лет ракета-носитель Ariane-5 стартовала с космодрома в французской Гвиане. В разработке телескопа, "ответственным" за который имеются Европейское космическое агентство, приняли участие десять стран, в частности США и Россия.

Изначально планировалось, что телескоп называться FIRST ( англ. Far InfraRed and Submillimetre Telescope - Телескоп для изучения дальнего инфракрасного и субмиллиметрового диапазонов). Позже конструкторы решили дать аппарата имени британского ученого Уильяма Гершеля, открывшего инфракрасное излучение.


2. Обзор миссии

"Гершель" имеет самый большой телескоп, выведенный за пределы Земли. Диаметр его главного зеркала - одной из важнейших компонентов оптической системы - составляет 3,5 метра. Для сравнения, главное зеркало "Хаббл" примерно на метр меньше - его диаметр составляет 2,4 метра. По площади зеркало "Гершеля" превышает зеркало "Хаббла" более чем вдвое (9,6 м ? против 4,5 м ?). От площади главного зеркала прямо зависит "острота зрения" телескопа - что оно больше, тем больше излучения сможет собрать.

Диаметр зеркала - не единственное, что отличает "Гершель" от "Хаббла". Огромный телескоп видит Вселенную в оптическом, а в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах. Все созданные до сих пор космические инфракрасные телескопы по своим размерам даже не приближаются к "Гершеля". Их зеркала собирали примерно в 20 раз меньше излучения, чем зеркало нового телескопа.

Человеческий глаз не способен уловить излучение в инфракрасном диапазоне. Наше зрение ограничено узким интервалом длин волн от 360 до 730 нанометров, получивший название видимого света. Наблюдая видимый свет, пришедший из глубин Вселенной, можно получить большое количество информации о звезды, кометы и даже некоторые планеты. Именно видимый свет служило основным источником информации о космосе до середины XX века.

По мере накопления новых знаний астрономы убедились в том, что наши глаза, даже усиленные мощными телескопами, является малопригодным инструментом для изучения Вселенной. Видимого света в космосе очень мало и оно несет лишь малую толику информации о свойствах космических тел. Одним из главных препятствий для видимого света является пыль, которого полно в космическом пространстве. Диаметр частиц пыли сравним с длиной волны видимого света, поэтому пылинки эффективно отражают и поглощают его.

Пыль неизменно окружает рождаемые звезды и планеты по той простой причине, что именно из маленьких частиц космической пыли и газа формируются огромные космические тела. Пыль не задерживает излучение навсегда - он излучает, но уже не в оптическом, а в инфракрасном диапазоне. Для телескопов, работающих в оптическом диапазоне, пыль является непреодолимым препятствием, скрывает объекты наблюдения.

Именно в инфракрасном диапазоне светят холодные области Вселенной. Недавние исследования доказали, что многие галактик излучают только инфракрасное излучение. Всего около половины света звезд за все время существования Вселенной, было излучений в инфракрасном диапазоне.

В первую очередь, инфракрасный телескоп позволяет астрономам увидеть Вселенную без пыли. "Гершель" улавливает выпущено пылинками излучение, полученное от других космических тел. Анализируя его, ученые могут составить представление о первоначальном свет. Например, о свет, излучаемый при рождении звезд и планет.

Еще один объект изучения нового телескопа - это кометы. Они состоят преимущественно из водяного льда, метана и углекислого газа и несут в себе материал, из которого состоял молодой Вселенной. На протяжении эволюции Вселенной вещества, образовавшиеся в результате Большого Взрыва и вскоре после него, испытывали многочисленных преобразований. Кометы несут в себе частицы первичного космоса, поэтому их исследования является критически важным для составления картины Вселенной.

"Гершель" сможет изучать не только эволюцию, но и химию Вселенной. Большой Взрыв произвел лишь три легких элемента - водород, гелий и литий - а все другие образовались в звездных печах. Включая элементы, из которых построены живые существа. Изучение химического состава различных областей космоса поможет не только уточнить законы развития звезд, но и (вероятно) прояснить вопрос о механизмах появления жизни.


3. Конструкция

Прибор, в котором заложены такие большие возможности, состоит из трех частей. Первая часть - это собственно телескоп, основной деталью которого является 3,5-метровое главное зеркало. Оно защищено от чрезмерного излучения специальным экраном, на котором расположены солнечные батареи, питающие "Гершель". Главное зеркало изготовлено из карбида кремния и отполированное почти до идеальной гладкости (размер неровностей не превышает тысячных долей миллиметра). Небольшие искажения формы главного зеркала приводят к тому, что телескоп становится "корокозорим". Самый известный пример ограниченного зрения телескопа - это знаменитый "Хаббл" [3].

Вторая часть "Гершеля" состоит из трех детекторов, на которые попадает собрано зеркалом свет. Детектор HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared) улавливает излучение в диапазонах от 157 до 212 микрометров и от 240 до 625 микрометров. HIFI способен различать отдельные молекулы и изучать характер их движения, температуру и другие физические характеристики.

Детектор PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer) работает в диапазоне от 55 до 212 микрометров. Этот инструмент идеально приспособлен для изучения молодых галактик с активным звездообразованием и пылевых облаков.

Инструмент под названием SPIRE (Spectral and Photometric Imaging REceiver) предназначен для изучения излучения в диапазоне длин волн от 194 до 672 микрометров. Используя SPIRE, астрономы будут изучать, как формировались звезды в юном Вселенной.

Детекторы расположены внутри криостата, что обеспечивает им очень низкую и стабильную температуру. Криостат содержит жидкий сверхтекучее гелий с температурой -271 ? C (2 ? К). Для детекторов SPIRE и PACS требуется дополнительное охлаждение (до 0,3 ? K). По образному сравнению создателей телескопа, наблюдать инфракрасное излучение с использованием теплых инструментов - это все равно, что наблюдать далекую звезду против полуденного солнца.

Поддерживать на "Гершель" космический холод будут около двух тысяч литров жидкого гелия. Роль криостата - ключевая для жизненного цикла обсерватории. Постепенно гелий будет испаряться, через три года детекторы начнут нагреваться и Гершель не сможет в дальнейшем выполнять наблюдения.

Назначение третьей части "Гершеля" - выполнение технических функций по поддержанию работы телескопа, обработки данных наблюдений, изменения орбиты и связи с Землей.

"Гершель" будет собирать данные в течение 21 часов в сутки. Полученная информация будет записываться на компьютер телескопа и передаваться на Землю в течение остальных суток (3 часа). Параллельно с приемом данных, специалисты на Земле задавать программу работы телескопа на следующие сутки. Столь интенсивный режим работы позволит ученым собрать максимально возможное за три года количество данных. Анализ такого количества информации потребует не менее десятка лет. Учитывая, что все эти данные будут уникальными, можно только позавидовать астрономам, которые получат такой подарок.


4. Расположение

Инфракрасный телескоп будет вращаться вокруг так называемой лагранжевой точки L 2. Солнце, Земля и L 2 расположены на одной прямой, Земля лежит между Солнцем и L 2. Эта точка удалена от Земли на 1,5 миллиона километров (почти вчетверо дальше, чем Луна). Телескоп все время находиться над ночной стороной Земли. Такое расположение имеет целый ряд преимуществ:

  • Инструменты телескопа изолированы от мощного инфракрасного излучения дневной стороны Земли (и Луны)
  • Поскольку Земля и Солнце будут на одном направлении от аппарата, это будет создавать хорошие условия для астрономических наблюдений (в любых других направлениях);
  • Телескоп будет находиться вне земных радиационных поясов, которые могут нарушить наблюдения.

Аппарат вращаться вокруг виртуальной точки L 2 орбитой, по размерам превышает месячную. Расстояние от Земли изменяться от 1,2 до 1,8 млн. км Эта орбита (так называемая "орбита Лиссажу") нестабильная, для удержания на ней "Гершель" будет ежемесячно выполнять небольшие маневры коррекции.


5. Научная цель

Телескоп предназначен для изучения инфракрасной части излучения от объектов Солнечной системы, Млечного пути, а также от внегалактических объектов, расположенных за миллиарды световых лет от Земли (например, новорожденных галактик). Также предусматриваются исследования по следующим темам:

  • Формирование и развитие галактик в ранней вселенной;
  • Звездные скопления и их взаимодействие с межзвездной средой;
  • Химический состав атмосфер и поверхностей тел Солнечной системы, в частности планет, комет и спутников планет.

6. Первые фото

Фотографии были сделаны почти сразу после открытия крышки телескопа, которое состоялось 14 июня 2009 года. Как пробную цель была выбрана галактику M51 [4], которая расположена на расстоянии примерно 35 миллионов световых лет от Земли. Эта галактика была первой, в которой исследователи обнаружили выраженную спиральную структуру.

Фотографии были выполнены в микроволновом диапазоне на различных частотах: 70, 100 и 160 микрометров. По словам специалистов, приборы телескопа еще не начали работать в полную мощность, но уже видно, что получаемые им изображения беспрецедентного качества.


Литература


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам