Teleskop Gershel' - proryv v novuyu real'nost'.20.02.2009 20:20 | N.T. Ashimbaeva/GAISh, Moskva
16 aprelya 2009 goda na orbitu budet vyveden kosmicheskii teleskop Gershel', sozdannyi Evropeiskim kosmicheskim agentstvom dlya izucheniya Vselennoi v shirokom diapazone voln infrakrasnogo i submillimetrovogo diapazonov. Etot teleskop s diametrom zerkala 3.5 m stanet samym bol'shim zerkal'nym teleskopom v kosmose, perekryv 2.4 metrovyi teleskop Habbla.
Evropeiskoe kosmicheskoe agentstvo (ESA), bezuslovno, ochen' gorditsya svoei novoi observatoriei. Podgotovka k zapusku dlilas' bolee 20 let. Pervye nametki i tehnologicheskie trebovaniya k namechaemoi missii datiruyutsya nachalom 1980 goda. V 1983 godu byl zapushen infrakrasnyi sputnik IRAS, v kachestve itoga raboty kotorogo bylo polucheno 250 tysyach izobrazhenii infrakrasnyh istochnikov. V 1995 godu ESA zapustil sputnik ISO, pozvolivshii sushestvenno uluchshit' kachestvo poluchaemoi informacii ob ob'ektah v IK-oblasti izlucheniya. V avguste 2003 goda v rabotu byl vveden Spitzer Space Telescope, a v fevrale 2006 goda - AKARI. Oba etih sputnika funkcioniruyut do sih por.
Chetvertaya missiya ESA - teleskop Gershel' - byl splanirovan kak sleduyushii progressivnyi etap v issledovanii Vselennoi v infrakrasnom diapazone dlin voln: samyi bol'shoi teleskop kogda-libo vyvedennyi na orbitu i s takim shirokim ohvatom po diapazonu voln - ot dalekogo ik-izlucheniya do submillimetrovyh voln. 10 stran, vklyuchaya SShA, prinimali uchastie v razrabotke i realizacii proekta. Predpolagaemoe vremya raboty observatorii na orbite - 3 goda.
Pochemu zhe "Gershel'" (Herschel)? Iznachal'no predpolagalos' nazvat' teleskop FIRST ("Far InfraRed and Submillimetre Telescope"). Zatem bylo prinyato reshenie prisvoit' emu imya Herschel, v chest' velikogo angliiskogo uchenogo Uil'yama Gershelya, kotoryi v 1800 godu otkryl, chto krome vidimogo sveta sushestvuet i infrakrasnoe izluchenie. Gershel' obnaruzhil povyshenie temperatury termometra, razmeshennogo za krasnoi polosoi vidimogo spektra, kogda provodil eksperiment po izucheniyu rasshepleniya solnechnogo sveta prizmoi, chem byl ves'ma shokirovan. Dal'neishie eksperimenty priveli ego k vyvodu, chto dolzhen sushestvovat' nevidimyi svet vne polosy privychnogo vidimogo sveta, kotoryi i otvetstvennen za povyshenie temperatury.
Risunok 1. Zerkalo teleskopa Gershel' diametrom 3.5 metra, izgotovlennoe iz karbida kremniya. Zerkal'naya poverhnost' imeet otkloneniya ot ideal'noi ne bolee, chem odin mikron. (Izobrazhenie: ESA)
Herschel Space Observatory imeet razmery primerno 9 metrov na 4.3 metra, massu v 3.25 tonn. Na bortu raspolozhen infrakrasnyi teleskop diametrom 3.5 m sistemy Richi-Kret'en, nastroennyi na dlinu volny v 10 mkm. Zerkalo izgotovleno iz karbida kremniya, legkogo keramicheskogo materiala, kotoryi ustoichiv k nagruzkam i ekstremal'nym temperaturam. Poverhnost' otpolirovana nastol'ko ideal'no, chto ochen' pohozha na steklyannuyu (otkloneniya ot ideal'noi poverhnosti ne bolee odnogo mikrona, chtoby izbezhat' iskazheniya izobrazhenii).
Risunok 2. Dostavka Observatorii Gershel' na samolete ANT-124 iz Evropy na kosmodrom Kuru vo Francuzskoi Gviane. (Izobrazhenie: ESA)
ESA zapuskaet dve krupnye nauchnye missii s pomosh'yu odnoi rakety. Krome observatorii Gershel' drugim passazhirom na rakete Arian-5 budet teleskop Plank, kotoryi prednaznachen dlya issledovaniya kosmosa na eshe bol'shih dlinah volny - v mikrovolnovom diapazone spektra. Odnoi iz prichin dlya takogo sovmestnogo starta yavilos' to, chto oba teleskopy byli sproektirovany dlya raboty v tak nazyvaemoi tochke Lagranzha-2, odnoi iz gravitacionno "optimal'nyh" tochek prostranstva, gde telo mozhet nahodit'sya nepodvizhno otnositel'no Zemli i Solnca.
Sputnik Gershel' zaimet tochku primerno na rasstoyanii v 1.5 millionah kilometrov ot Zemli, pri etom rasstoyanie budet menyat'sya ot 1,2 do 1,8 mln. km. Kazhdyi mesyac budut provodit'sya malye korrekcii orbity, chtoby kompensirovat' snos sputnika s orbity. Vse vremya raboty sputnik budet napravlen v protivopolozhnuyu storonu ot Zemli, Luny i Solnca, chtoby chuvstvitel'nye pribory stancii byli zashisheny ot sil'nogo infrakrasnogo izlucheniya etih ob'ektov.
Eshe odna prichina sovmestnogo zapuska obeih observatorii sostoit v tom, chto oba pribora byli izgotovleny vmeste, po edinoi tehnologii i v odni sroki, chto estestvenno skazalos' polozhitel'no s ekonomicheskoi tochki zreniya. I dazhe nesmotrya na eto, obshaya stoimost' observatorii Gershel' i Plank sostavlyaet okolo 1.7 mlrd. evro. Poetomu mozhno horosho predstavit', naskol'ko riskovanna takaya strategiya - zapusk dvuh observatorii odnoi raketoi.
Nauchnaya apparatura.
Observatoriya Herschel Space Observatory byla sozdala usiliyami uchenyh 10 stran i bolee chem 40 nauchnyh centrov pod egidoi Evropeiskogo kosmicheskogo agentstva. Na teleskope ustanovleno 3 nauchnyh pribora dlya issledovaniya izlucheniya v vybranoi oblasti infrakrasnogo spektra.
The Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) - fotometr i spektrometr srednego razresheniya na dlinah voln ot 60 do 210 mikron, t.e. v diapazone, kotoryi yavlyaetsya optimal'nym dlya izucheniya molodyh, udalennyh, soderzhashih mnogo pyli galaktik s burnym formirovaniem zvezd, t.k. ih linii izlucheniya i maksimum nepreryvnogo spektra smesheny v krasnuyu storonu spektra.
The Spectral and Photometric Imaging REceiver (SPIRE) - fotometr i spektrometr srednego razresheniya na dlinah voln 194-672 mkm. On prednaznachen dlya izucheniya ochen' dalekih galaktik i rannih stadii formirovaniya zvezd - kogda protozvezda okruzhena plotnoi pylevoi i gazovoi obolochkoi. Krome togo, dlya izucheniya obrazovaniya i rannei evolyucii aktivnyh yader galaktik i kvazarov, a takzhe dlya izucheniya krupnomasshtabnoi struktury Vselennoi v rannie epohi.
The Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) - geterodinnogo spektrometr vysokogo razresheniya dlya dal'nei infrakrasnoi oblasti spektra. On pokryvaet diapazon v 480-1250 i 1410-1910 GGc (chto sootvetstvuet 157-625 mkm). Osnovnaya zadacha instrumenta - izuchenie himicheskogo sostava nablyudaemyh ob'ektov: dvizheniya, temperatur i drugih harakteristik atomov i molekul veshestva v nih.
S uchetom vseh instrumentov, observatoriya mozhet provodit' nablyudeniya v shirokom diapazone dlin voln, v tom chisle i teh, chto do sih por ne nablyudalis' orbital'nymi teleskopami - v diapazone dlin voln v 60-670 mikron. Oni skonstruirovany takim obrazom, chtoby dopolnyat' vozmozhnosti drug druga. SPIRE i PACS predstavlyayut soboi spektrometry, dayushie prostranstvennoe raspredelenie izuchaemyh ob'ektov, v to vremya kak HIFI daet ochen' vysokoe spektral'noe razreshenie v linii.
Izluchenie ob'ektov v vybrannom diapazone spektra oznachaet to, chto eti samye ob'ekty nahodyatsya pri nizkih temperaturah, inogda pri ochen' nizkih (v predelah ot 5 do 50K ili -268° do -223°C), a dlya etogo trebuetsya special'noe ohlazhdenie dlya priemnoi apparatury. Instrumenty budut pogruzheny v gigantskii kriostat, zapolnennyi bolee chem 2000 litrami zhidkogo geliya. Tehnologiya izgotovleniya i ispol'zovaniya takogo kriostata byla otrabotana dlya sputnika ISO; ona dast vozmozhnost' ohlazhdat' instrumenty do temperatur -271°S i dazhe nizhe, t.e. prakticheski priblizhayas' k absolyutnomu nulyu. Naprimer, bolometry na priborah PACS and SPIRE budut ohlazhdat'sya do -273.3°S, t.e. vsego na neskol'ko desyatyh gradusa vyshe absolyutnogo nulya.
Osnovnye celi zapuska teleskopa Gershel'.
Chelovechestvo s momenta svoego vozniknoveniya smotrelo na nebo. Posle togo, kak v 1609 godu (rovno chetyresta let tomu nazad) byl izobreten teleskop i vpervye napravlen v nebesa, vozmozhnosti uznavat' tainy Vselennoi vozrosli mnogokratno. Pravda, vse eto proishodilo tol'ko v vidimom svete, v opticheskom diapazone. I tol'ko v poslednei polovine proshlogo veka poyavilis' vozmozhnosti izuchat' kosmos v infrakrasnom svete. Pervyi IK-obzor byl opublikovan v 1965 godu: eto bylo 10 ob'ektov, kotorye nel'zya bylo razglyadet' v optike. V 1969 godu takih ob'ektov stalo izvestno uzhe bol'she tysyachi. Iz poslednih otkrytii infrakrasnoi astronomii: Yupiter, Saturn i Neptun imeyut vnutrennie istochniki tepla; obnaruzheny sotni tysyach krasnyh gigantov v central'nom baldzhe nashei Galaktiki; molekuly vody, metana, dioksida ugleroda, formal'degida, oksida ugleroda v mezhzvezdnoi srede. Starye, horosho izvestnye ob'ekty, okazyvayutsya vidimymi sovershenno v drugom svete, esli nablyudat' ih v infrakrasnoi oblasti.
Risunok 3. Klassicheskie "Stolpy sozidaniya", bol'shie kolonny-stolby gaza i pyli. Esli rassmatrivat' oblasti formirovaniya zvezd na vse bolee dlinnyh volnah, to postepenno proyavlyayutsya vse novye detali: (A) vidimyi svet: viden otrazhennyi svet ot tumannosti (0.5 mkm); (B) blizhnya IK-oblast': tumannost' vnezapno stanovitsya prozrachnoi (1-2mkm); (C) dlina voln bol'she: mozhno uzhe uvidet' vybrosy iz tumannosti (7 mkm); (D) eshe bolee dlinnye volny: stanovyatsya vidny razlichnye struktury (50 mkm). (Izobrazhenie: ESA)
Pochemu izuchenie infrakrasnogo izlucheniya tak vazhno dlya astronomov?
Potomu chto bol'shaya chast' izlucheniya vo Vselennoi proishodit na dlinah voln bol'she opticheskih. Potomu chto tela, otvetstvennye za eto izluchenie, imeyut temperaturu nizhe, chem trebuetsya dlya izlucheniya v optike i bolee korotkih volnah. Chtoby ponimat', kak formirovalis' i evolyucionirovali zvezdy, nam nado issledovat' atomy i molekuly v mezhzvezdnom prostranstve. A eto kak raz tot diapazon, na kotoryi nastroeny pribory teleskopa Gershel'. Analiziruya poluchennye spektry, mozhno poluchit' informaciyu o temperature, plotnosti, svetimosti, sostave, magnitnyh polyah, dinamike i himsostave mezhzvezdnoi sredy. V nashei Solnechnoi sisteme holodnye ob'ekty takie kak komety, asteroidy, da i sami planety izluchayut v infrakrasnom diapazone.
Korichnevye karliki, protozvezdy, pylevye diski vokrug molodyh zvezd, ekzoplanety dostatochno holodnye, i poetomu tozhe izluchayut na dlinnyh volnah. Krome togo, ochen' mnogo ob'ektov, kotorye deistvitel'no interesny uchenym, ochen' chasto skryty oblakami pyli ili gaza. Zvezdy i planety na rannih stadiyah formirovaniya, moshnye aktivnye yadra galaktik, centr nashei Galaktiki, ob'ekty rannei Vselennoi, udalennye ot nas, skryty veshestvom v prostranstve mezhdu nami i etimi ob'ektami.
Pyl' blokiruet vidimyi svet, potomu chto razmery granul pyli takogo zhe poryadka, chto i dliny voln v optike, okolo 1 mikrona i men'she, i poetomu otrazhayut ili pogloshayut svet. No dlinnye infrakrasnye volny uspeshno ih ogibayut. Vidimyi svet i ul'trafioletovoe izluchenie nagrevayut pyl', ona v svoyu ochered' pereizluchaet energiyu v infrakrasnom diapazone. Takim obrazom, k IK-izlucheniyu, kotoroe prohodit skvoz' pyl', dobavlyaetsya izluchenie samoi pyli, kotoraya sama izluchaet v etom zhe diapazone. Analiziruya izluchenie, mozhno poluchit' informaciyu o teh istochnikah, kotorye lezhat za pylevymi oblakami.
Risunok 4. Mezhzvezdnye oblaka pyli i gaza svobodno propuskayut izluchenie s dlinoi volny bol'she 1 mikrona (1); pogloshayut izluchenie na bolee korotkih dlinah voln (2) i pereizluchayut v infrakrasnom diapazone (3); pyl' sama izluchaet v IK i submillimetrovoi oblastyah spektra (4). (Izobrazhenie: ESA).
Voda takzhe izluchaet v teh polosah v dal'nei infrakrasnoi i submillimetrovoi oblastyah, na kotorye nastroeny datchiki teleskopa Gershel'. Voda imeet dve osobennosti, kotorye delayut ee obnaruzhenie ves'ma cennoi dlya astronomov: ona shiroko rasprostranena v kosmose, i po izucheniyu ee spektral'nyh linii mozhno poluchit' informaciyu ob okruzhayushei srede.
Odnoi iz prioritetnyh celei missii Gershelya yavlyaetsya izuchenie tak nazyvaemyh "Temnyh vekov" Vselennoi, kogda pervye galaktiki tol'ko nachali formirovat'sya. Svet iz etoi rannei epohi shel do nas 8,5 mlrd. let i iz-za kosmologicheskogo rasshireniya Vselennoi spektr ego izlucheniya smestilsya v krasnuyu oblast', kak raz v tot diapazon dlin voln, na kotoryi nastroeny pribory observatorii Gershel'.
Spektrometr Gershelya s ul'travysokim razresheniem (HIFI) obladaet unikal'nymi vozmozhnostyami dlya opredeleniya himicheskogo sostava mezhzvezdnoi sredy, a takzhe atmosfer komet i planet v nashei Solnechnoi sisteme. On pomozhet uchenym ponyat' himicheskuyu istoriyu nashei Galaktiki i Solnechnoi sistemy. Bolee 130 himicheskih elementov i soedinenii obnaruzheno v mezhzvezdnoi srede, i bol'shinstvo imeyut spektral'nye linii, vyzvannye vrashatel'nymi perehodami v molekulyarnyh urovnyah, a maksimumy takih linii prihodyatsya kak raz na millimetrovyi diapazon.
Issleduya Vselennuyu na raznyh dlinah voln, mozhno uznat' mnogie ee tainy. Unikal'nost' teleskopa Gershel' sostoit v tom, chto s pomosh'yu nego mozhno budet uvidet' takie ob'ekty v dal'nei infrakrasnoi i submillimetrovoi chastyah spektra, kotorye do etogo eshe nikogda ne nablyudalis'. Ozhidanie neozhidannyh i sensacionnyh otkrytii - samaya bol'shaya nadezhda, vozlagaemaya na etu missiyu.
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
teleskop - Gershel' - infrakrasnoe izluchenie - infrakrasnye nablyudeniya
Publikacii so slovami: teleskop - Gershel' - infrakrasnoe izluchenie - infrakrasnye nablyudeniya | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
