Космическая инфракрасная астрономия: Страница 2

Оглавление статей
Космическая инфракрасная астрономия
Страница 2

Страница 2 из 2

 

Самое большое космическое зеркало

Новый телескоп Herschel, запущенный Европейским космическим агентством (ESA) 14 мая 2009 г., еще более раздвинет границы ИК-астрономии. Этот телескоп с диаметром главного зеркала 3,5 м в настоящий момент стал самым большим рефлектором в космосе, «перекрыв» рекорд 2,4-метрового телескопа Hubble.

Вначале проект назывался FIRST (Far InfraRed and Submillimetre Telescope) и разрабатывался как «краеугольная миссия №4» научной программы ESA Horizon 2000 (Cornerstone 4, CS4). Она предполагала отправку в космос телескопа для изучения Вселенной в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне, продолжающего исследования европейской обсерватории ISO. Затем ему присвоили имя Herschel — в честь великого английского астронома Уильяма Гершеля, открывшего инфракрасное излучение.

Аппарат было решено разместить в точке либрации Ц, системы Солце-Земля — в 1,5 млн. км от последней в стороне, противоположной Солнцу, так что три основные «помехи» — Солнце, Земля и Луна — будут постоянно расположены с одной и той же стороны, и «закрыться» от них не составит большого труда. Кроме того, в этой точке достаточно устойчивый температурный режим: находящиеся в ней объекты никогда не заходят в земную тень. Собственно, конус этой тени сюда и «не дотягивается»: из второй точки Лагранжа Земля выглядит чуть меньшей, чем Солнце. Строго говоря, Herschel в середине июля прибыл не в саму точку L2, а в ее окрестности, и начал описывать вокруг  нее  замысловатые  замкнутые кривые, называемые «фигурами Лиссажу». Характерная амплитуда этих колебаний составляет около 800 тыс.км.

Высота неровностей поверхности зеркала не превышает 3 мкм. Материалом для вторичного зеркала телескопа также послужил карбид кремния, точность его изготовления — втрое выше. Оба зеркала покрыты тонким слоем алюминия, от которого и происходит отражение инфракрасных лучей.

Herschel интересен своей системой охлаждения. Бак со сверхтекучим гелием замораживает центральную часть аппарата до 1,65 К, а непосредственно детекторы телескопа будут работать при температуре всего 0,3 К, что позволит регистрировать излучение объектов с температурой вплоть до 10 К -263°С).

На обсерватории установлены 3 научных прибора для регистрации излучения в избранных областях инфракрасного спектра.

1. Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) — фотометр и спектрометр среднего разрешения на длинах волн от 60 до 210 мкм, т.е. в диапазоне, который является оптимальным для изучения удаленна х молодых галактик, соде ежащих много пыли и характеризующихся бурными процессами звездообразованя: их линии излучения и максимум непрерывного спектра за счет расширения Вселенной смещены в более длинноволновую область.

2. Spectral and Fhoto-metric Imaging REceiver (SPIRE) — фотометр и спектрометр среднего разрешения диапазона 194-672 мкм. Он предназначен для изучения очень далеких галактик и ранних стадий формирования звезд, на которых они окружены плотной газово-пылевой оболочкой, не пропускающей коротковолновую часть спектра. Кроме того, этот прибор будет исследовать образование и ранние стадии эволюции активных ядер галактик и квазаров, а также крупномасштабные структуры молодой Вселенной.

3. Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFi) — гетеродинный спектрометр высокого разрешения дальней инфракрасной области спектра. Он покрывает диапазоны 480-1250 и 1410-1910 ГГц (что соответствует длинам волн 157-625 мкм). Основная задача инструмента — изучение химического состава, а также скоростей движения, температур и других характеристик атомов и молекул вещества наблюдаемых объектов.

Задействовав все инструменты, обсерватория Herschel может вести наблюдения в широком диапазоне длин волн, в том числе и на участке спектра, до сих пор «не охваченном» орбитальными телескопами — от 60 до 672 мкм. Эта спектральная область на данный момент практически не изучена.

Приборы телескопа сконструированы таким образом, чтобы дополнять возможности друг друга. SPIRE и PACS представляют собой спектрометры, показывающие пространственное распределение изучаемых объектов, в то время как HIFI имеет очень высокое спектральное разрешение. Поскольку разрешающая способность астрономического инструмента пропорциональна отношению длины волны к диаметру объектива (главного зеркала), с точки зрения «зоркости» новый космический телескоп ненамного превосходит способности невооруженного человеческого глаза. Зато он «видит» объекты несравним: солее слабые и представляющие большой интерес для астрономов — например, «зародыши» звезд, укрытые плотными пылевыми коконами, непрозрачными для видимого света. Herschel будет исследовать химический состав межзвездной среды и объектов нашей Солнелой системы, а также поможет лучше разобраться  в  том,  как образовались первые галактики в ранней Вселенной и как уже в наши дни в ней возникают звезды и планеты.

 

Миссии ближайшего будущего

На декабрь 2009 г. NASA запла нировала   запуск   новой   низкоор битальной  обзорной  миссии WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) — Широкоугольного инфракрасного исследовательского телескопа. Его апертура будет равна 40 см, а чувствительность в несколько сот раз превысит показатели подобных астрономических инструментов, ранее работавших на околоземной орбите. Телескоп должен в течение 7 месяцев произвести еще более подробный обзор неба в четырех спектральных линиях ИК-диапазона (3.3,4,7, 12 и 23мкм).

Дополнительное охлаждение научного оборудования до температуры около 7 К (-266°С) обеспечит специально разработанная автономная криогенная система — это позволит регистрировать фотоны с длиной волны до 29 мкм.

Двигательная установка предназначена для коррекции траектории перелета и орбиты вокруг точки L2,  а также для частичной разгрузки гироскопов. Так как давление солнечных лучей на экран будет весьма значительным, гироскопам придется работать очень активно, чтобы поддерживать заданную ориентацию телескопа. После длительных дискуссий его решено было сделать «ремонтопригодным»: NASA не исключает возможности осуществления пилотируемых сервисных миссий в лагранжеву точку, несмотря на то, что подобные полеты по технической сложности сравнимы с высадкой человека на Луну.

JWST задуман, прежде всего, для поиска самых отдаленных и, следовательно, самых древних объектов Вселенной, которые физически невозможно обнаружить в оптическом диапазоне. В результате космологического расширения пространства их спектры сильно сдвигаются «влево», в сторону уменьшения частот. Когда излучение древнейших звезд и квазаров достигает Земли, длина его волны из-за красного смещения увеличивается в десятки раз, так что максимум его интенсивности попадает в диапазон 1-3 мкм. К тому же проходящий очень большие расстояния видимый свет практически полностью поглощается межзвездным водородом.

Но главная причина, по которой все крупнейшие космические телескопы ближайшего будущего «переориентированы» на инфракрасный диапазон, достаточно проста. Именно на этот диапазон приходится максимум излучения планетоподобных объектов, среди которых могут быть и каменистые планеты, похожие на нашу Землю. На них, в свою очередь, собираются с помощью ИК-спектроскопии искать «следы жизни» — по современным представлениям, одним из самых надежных ее признаков может быть одновременное наличие в атмосфере кислорода и метана. В отсутствие живых организмов эти газы достаточно быстро прореагируют друг с другом, оставив после себя углекислый газ, воду, и, возможно, одно из исходных веществ, присутствовавшее в избытке. Все эти соединения имеют характерные «отпечатки» в инфракрасных спектрах.

 

Дмитрий Рогозин

« Предыдущая — След.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: