Spicera kosmiskais teleskops: skenē debesis infrasarkanajā starā

NASA attēls

NASA Spicera teleskops skatās caur Visuma putekļiem, lai redzētu infrasarkanās debesis. (Attēla kredīts: Spitzer zinātnes centrs)





NASA kosmosa teleskops Spitzer novēroja Visumu infrasarkanā gaismā vairāk nekā 16 gadus, sākot no neilgi pēc tā palaišanas 2003. gadā līdz tā ilgstoši pastāvējušajai misijai lidojumu kontrolieri slēdza 2020. gadā. Spitzers bija pēdējais no NASA Lielajām observatorijām, četri specializēti teleskopi (ieskaitot Habla kosmiskais teleskops ) tika palaists laikā no 1990. līdz 2003. gadam. Spitzer turpina riņķot pa sauli, lai gan tas vairs nedarbojas.

Lielo observatoriju mērķis bija novērot Visumu papildu gaismas viļņu garumos. Spitzer tika izstrādāts infrasarkanajiem viļņu garumiem, kas parasti attēlo objektu siltuma starojumu. Pārējās observatorijas aplūkoja redzamo gaismu (Habls, joprojām darbojas), gamma starus (Compton Gamma-Ray Observatory, vairs nedarbojas) un rentgena starus (Chandra X-Ray Observatory, joprojām darbojas).

Saistīts: Skatiet burbuļvannas galaktiku ar NASA Lielo observatoriju acīm



'Spicera ļoti jutīgie instrumenti ļauj zinātniekiem ielūkoties kosmiskajos reģionos, kas ir paslēpti no optiskajiem teleskopiem, ieskaitot putekļainas zvaigžņu audzētavas, galaktiku centrus un jaunizveidotās planētu sistēmas.' NASA rakstīja Spitzer vietnē . 'Spicera infrasarkanās acis arī ļauj astronomiem redzēt vēsākus objektus kosmosā, piemēram, neveiksmīgas zvaigznes (brūnie punduri), ārpus saules planētas, milzu molekulāros mākoņus un organiskās molekulas, kas var glabāt noslēpumu dzīvībai uz citām planētām.'

Infrasarkano gaismu izstaro jebkurš objekts, kura temperatūra ir augstāka par absolūto nulli (nulle Kelvins, aptuveni mīnus 460 grādi pēc Fārenheita vai mīnus 273 grādi pēc Celsija). Bet mūsu debesis filtrē daudzus infrasarkanos viļņu garumus, liekot astronomiem meklēt iespējas nosūtīt kosmosa teleskopus, lai noķertu pārējo.

Teleskops ir nosaukts pēc Lyman Spitzer Jr. , astrofiziķis, kurš saskaņā ar NASA biogrāfiju sniedza lielu ieguldījumu zvaigžņu dinamikas, plazmas fizikas, kodolsintēzes un kosmosa astronomijas jomās. Špicers bija pirmais cilvēks, kurš ierosināja ideju par liela teleskopa izvietošanu kosmosā, un bija Habla kosmiskā teleskopa attīstības virzītājspēks.



Galerija: Infrasarkanais Visums, ko redz Špicera teleskops

NASA uzņemto attēlu montāža

NASA Spicera kosmosa teleskopa gadu gaitā uzņemto attēlu montāža.(Attēla kredīts: NASA/JPL-Caltech)



Garš ceļš līdz starta laukumam

Pirmie infrasarkanie teleskopi lidoja uz tādiem transportlīdzekļiem kā Lear strūklas un raķetes ar skaņas signālu īsos lidojumos, kas nokļuva virs atmosfēras lielākās daļas, saskaņā ar NASA vietni Spitzer . 1979. gadā NASA ierosināja Shuttle Infrared Space Telescope Facility (SIRTF), kas lidos uz kosmosa kuģa. Tajā laikā tika pieņemts, ka maršruta autobusu misijas ilgs 30 dienas un lidojumi notiks katru nedēļu, kas ir optimistiska prognoze, kas ievērojami pārsniedz programmas sasniegto. Vēlāk tika atklāts arī tas, ka transporta tvaiki traucēs teleskopa darbībai.

Tikmēr NASA, Apvienotā Karaliste un Nīderlande sadarbojās ar infrasarkano staru teleskopu ar nosaukumu The Infrared Astronomical Satellite (IRAS), kas 1983. gadā lidoja 10 mēnešus, gūstot lielus panākumus, un izraisīja aicinājumus veikt papildu misiju. NASA nolēma mainīt SIRTF uz brīvi lidojošu koncepciju un nomainīja nosaukumu uz Kosmosa infrasarkanā teleskopa objektu (saglabājot to pašu akronīmu).

Infrasarkanais astronomiskais pavadonis (IRAS) riņķo ap Zemi.

Infrasarkanais astronomiskais pavadonis (IRAS) riņķo ap Zemi šajā attēlā.(Attēla kredīts: NASA)

1991. gadā ASV Nacionālās pētniecības padomes ziņojums deviņdesmitos gadus raksturoja kā 'Infrasarkanā desmitgade' astronomijā. Padome ieteica NASA uzbūvēt trīs infrasarkanos teleskopus: SIRTF; lidmašīnas teleskops ar nosaukumu SOFIA; un infrasarkano staru teleskops Mauna Kea, Havaju salās. Pēc šī ziņojuma NASA budžets tika samazināts. Tā rezultātā SIRTF dizains tika veikts divos galvenajos pārskatījumos, mainot to no 2,2 miljardu dolāru vērtās observatorijas uz tādu, kuras būvniecība izmaksāja aptuveni pusmiljardu dolāru.

Spicera kosmiskais teleskops, kā tas beidzot tika uzcelts, ir apmēram 13 pēdas (4 metrus) garš un sver aptuveni 1900 mārciņas. (865 kilogrami). Instrumenta optiskā sirds ir teleskops ar galveno spoguli, kura platums ir 33,5 collas (0,85 m). Lidojuma laikā tika kontrolēta kosmosa kuģa orientācija, lai teleskops paliktu kosmosa kuģa lielo saules paneļu ēnā.

Izbraukšana šis attēls no Habla teleskopa, atkārtoti apskatīts infrasarkanajā starā.

Neskatoties uz budžeta samazināšanu un dramatisku pārveidošanu, virkne inovatīvu inženiertehnisko lēmumu saglabāja Spicera zinātnisko integritāti, saskaņā ar NASA . Starp šiem lēmumiem bija silts Spicera kriogēno instrumentu starts un unikāla orbīta.

“Siltās palaišanas” ideja ir saistīta ar infrasarkanā teleskopa galveno prasību: tam jābūt pēc iespējas aukstākam, lai tā mērījumus un attēlus neapgrūtinātu infrasarkanais starojums no pašas teleskopa struktūras. Sākotnējās misijas laikā Spicera instrumenti tika turēti apmēram 5 grādus virs absolūtās nulles (-450 grādi pēc Fārenheita vai -268 grādi pēc Celsija), piegādājot šķidru hēliju. Taču gājienā, kas ietaupīja palaišanas operāciju izmaksas, hēlija sistēma nesāka aktīvi dzesēt teleskopu, kamēr Spiterss nebija pavadījis vairākus mēnešus kosmosā, pēc iespējas atdzesējot, lēnām izstarojot siltumu kosmosā.

Špicera unikālā orbīta ir Zemes ceļš, kas iet ap sauli, nevis ap Zemi. Gadu gaitā Spiceram tika ļauts dreifēt arvien tālāk un tālāk no Zemes , tāpēc infrasarkanais starojums no Zemes netraucētu jutīgiem novērojumiem.

Palaišanas laikā teleskopam bija trīs instrumenti: infrasarkanā bloka kamera (IRAC), infrasarkanais spektrogrāfs un daudzjoslu attēlveidošanas fotometrs.

Infografika parāda, kā NASA

Infografika, kurā parādīts, kā NASA kosmosa teleskops Spitzer darbojas ar uz zemes esošiem teleskopiem, lai atrastu tālu eksoplanētas, izmantojot tehniku, ko sauc par mikrolensu.(Attēla kredīts: NASA/JPL-Caltech)

Spicera trīs karjeras

Spitzer tika palaists ar raķeti Delta (nevis kosmosa kuģi) 2003. gada 25. augustā. Teleskops tika oficiāli pārdēvēts no tehniskākā SIRTF uz Spitzer kosmosa teleskopu četrus mēnešus pēc starta, kad tika pierādīts, ka tas darbojas pareizi.

Spicera novērošanas dzīvei bija trīs fāzes: “kriogēnā” (aukstā) fāze, kad instrumentus atdzesēja ar šķidro hēliju, kā sākotnēji paredzēts; “siltā” fāze, kas sākas 2009. gadā pēc šķidrā hēlija beigām; un “pēc” posms - no 2016. līdz 2020. gadam.

Sākotnēji bija paredzēts, ka misija ilgs divarpus gadus, darbojoties kriogēniem instrumentiem. Ekonomiski izmantojot šķidro hēlija dzesēšanas šķidrumu, inženieri pagarināja kriogēno fāzi līdz piecarpus gadiem.

“Ja tas ilgtu tikai divarpus gadus, mēs būtu sasnieguši savus misijas mērķus. Mēs bijām ekstātiski ar pieciem, ”sacīja Spicera zinātnes centra vadītājs Šons Kerijs publiska lasīšana .

Šķidrais hēlijs beidzot beidzās 2009. gada maijā. Spitzer atgriezās pasīvajā dzesēšanā. Instrumentu temperatūra pieauga par dažiem grādiem līdz aptuveni 30 kelviniem (243 grādi zem nulles pēc Celsija, 406 zem Fahrenheita). Taču, pat būdams „silts”, Spiterss joprojām varēja izmantot divus savas infrasarkanās kameras kanālus, lai novērotu tādus mērķus kā asteroīdi mūsu Saules sistēmā, putekļainās zvaigznes, planētas veidojošie diski, gāzu milzu planētas un tālas galaktikas. NASA paziņojums presei izsniegts, sākoties siltajai fāzei. Turklāt Špicers joprojām spēja redzēt caur putekļiem, kas caurvij mūsu galaktiku un bloķē redzamās gaismas skatus.

2016. gadā NASA piešķīra Spiceram vēl divarpus gadu misijas pagarinājumu , uzsākot fāzi, kas tika dēvēta par “beyond”. Tā kā Spitersa orbītā tālu aiz Zemes, teleskops bija jāpagriež jaunos leņķos, lai saules paneļos būtu pietiekami daudz saules gaismas, vienlaikus saglabājot sakarus ar Zemi un saglabājot instrumentus pēc iespējas aukstākus. Šī situācija lika inženieriem pārrakstīt drošības procedūras, kas sākotnēji bija paredzētas Spicera aizsardzībai no saules karstuma. Šajā fāzē astronomi vērsa Spitzeru uz mērķiem, kurus sākotnēji nebija paredzēts pētīt, piemēram, melnais caurums Piena ceļa centrā, galaktikas agrīnajā Visumā un eksoplanētas.

Šis jaunais skats parāda NASA redzēto Karīnas miglāju

Karīnas miglājs, ko redz NASA Spicera kosmiskais teleskops. Spilgtā zvaigzne miglāja centrā ir Eta Carinae, viena no masīvākajām zvaigznēm galaktikā. Tās aklais atspulgs veido un iznīcina apkārtējo miglāju. Attēls publicēts 2013. gada 23. augustā.(Attēla kredīts: NASA/JPL-Caltech)

'Tagad es varētu apgalvot, ka zinātne dažos veidos ir labāka, jo cilvēku idejas ir labākas, jo mēs katru gadu arvien vairāk uzzinām par Visumu,' Kerija sacīja 'ārpus' fāzē.

Sākotnēji NASA plānoja beigt Spicera misiju 2018. gadā, paredzot Džeimsa Vēba kosmosa teleskopa (JWST) palaišanu. Šis instruments būtu bijis lēciens uz priekšu infrasarkano staru novērošanas tehnoloģijā. Kad JWST tika atlikts, Spitzer tika pagarināts, bet beidzot sasniedza punktu, ko vadītāji uzskatīja par pārāk tālu no tā, kas bija paredzēts. Misijas komanda beidza zinātniskās operācijas un 2020. gada 30. janvārī ievietoja kosmosa kuģi pastāvīgā ziemas guļas stāvoklī.

Galvenie atklājumi

Spicera novērojumi paplašinājās no mūsu pašu Saules sistēmas līdz pat novērojamā Visuma robežai.

Savas misijas sākumā Špicers vēroja Tempel 1 komētu, kamēr NASA kosmosa zonde ar nosaukumu Deep Impact tika apzināti iegrūsta komētā. Trieciens izmeta komētas materiālu kosmosā, un Spicera instrumenti analizēja tā sastāvu. Rezultāts atklāja pārsteidzošu māla, karbonātu un kristalizētu silikātu maisījumu, saskaņā ar a 2005. gada preses relīze no NASA . Tā kā tiek uzskatīts, ka šīs ķīmiskās vielas ir izveidojušās siltā vidē, piemēram, tuvu saulei, to klātbūtne vēsā komētā bija negaidīta, un tas varēja būt saistīts ar agrīnu Saules sistēmas sajaukšanos.

Šo attēlu iemūžināja NASA lidojošais kosmosa kuģis Deep Impact 67 sekundes pēc tam, kad misijas triecienelementa zonde 2005. gada 4. jūlijā ietriecās Tempel 1 komētā.

Šo attēlu iemūžināja NASA lidojošais kosmosa kuģis Deep Impact 67 sekundes pēc tam, kad misijas triecienelementa zonde 2005. gada 4. jūlijā ietriecās Tempel 1 komētā.(Attēla kredīts: NASA/JPL-Caltech/UMD)

2009. gadā Špicers ap Saturnu atrada milzīgu gredzenu, kas pirms tam bija paslēpts. Gredzens neatspoguļo pietiekami daudz redzamās gaismas, lai to varētu redzēt no Zemes, taču tas ir pietiekami silts, lai Spicera infrasarkanie detektori to redzētu. Gredzena daļiņas aizpilda zonu, kas atrodas no 3,7 miljoniem līdz 7,4 miljoniem jūdžu (6 miljoniem līdz 12 miljoniem kilometru) no planētas, un, iespējams, nāk no neliela, tāla Saturna mēness, ko sauc par Fēbi, norāda NASA.

Viens no Spicera skaistākajiem izstrādājumiem bija mūsu Piena ceļa galaktikas 2014. gadā izdotais vairāku gigabaitu panorāmas attēls. Šaurā josla, kas aptver visu Piena ceļa joslu ap debesīm, parāda putekļainās zvaigžņu veidošanās vietas, kas strukturētas kā ūsiņas un burbuļi. Tā kā Spicera infrasarkanā kamera var skatīties caur putekļu mākoņiem, lai redzētu zvaigznes, attēlā ir vairāk nekā puse no visām Piena ceļa zvaigznēm, ieskaitot zvaigznes galaktikas tālākajā malā, NASA pavēstīja preses relīze . 360 grādu skatu veido vairāk nekā 2 miljoni momentuzņēmumu, kurus Špicers uzņēmis desmit gadu laikā, sākot ar 2003. gadu.

Spiters pētīja daudzas galaktikas ārpus Piena ceļa. Starp svarīgākajiem bija pārsteidzošs jauns skats no diska ikoniskajā “Sombrero” galaktikā un ar Habla kosmisko teleskopu-GN-z11 novērošana, līdz šim atklātā galaktika , to redzēja gaisma, ko tas izstaroja, kad Visums bija tikai trīs procenti no tā pašreizējā vecuma.

Spitzer nebija paredzēts, lai aplūkotu ārpus saules planētas, taču izrādās, ka teleskops ir bijis arī diezgan noderīgs, ļaujot mums aplūkot citas saules sistēmas, nevis mūsu pašu.

Lasīt vairāk: Spicera lielākie eksoplanētu atklājumi.

'Teleskops bija pirmais, kas atklāja gaismu, kas nāk no planētas ārpus mūsu Saules sistēmas, un tas nav iekļauts misijas sākotnējā dizainā,' NASA rakstīja paziņojumā presei 2013 . 'Ar Spicera notiekošajiem pētījumiem par šīm eksotiskajām pasaulēm astronomi ir spējuši pārbaudīt to sastāvu, dinamiku un daudz ko citu, radot revolūciju eksoplanētu atmosfēras izpētē.'

Tas ietver pat klimata modeļu kartēšanu a mazāka super-Zeme , atklājums, ko Spitzer komanda paziņoja 2016. gadā. Turklāt Spitzer apstiprināja a ļoti tuvu akmeņaina planēta -tikai 21 gaismas gadu attālumā-2015. gadā, atkal parādot teleskopa spēju spektru.

Gandrīz gala galaktika NGC 5746 ir daļēji aizēnota redzamās gaismas fotogrāfijās, padarot precīzu klasifikāciju neiespējamu. Šis Spicera kosmosa teleskopa attēls atklāj galaktiku

Gandrīz gala galaktika NGC 5746 ir daļēji aizēnota redzamās gaismas fotogrāfijās, padarot precīzu klasifikāciju neiespējamu. Šis Spicera kosmosa teleskopa attēls atklāj galaktikas patieso dabu, parādot dramatisku siltu putekļu gredzenu, kas ieskauj galaktikas spožo kodolu.(Attēla kredīts: NASA/Spitzer; Hārvarda-Smitsona astrofizikas centrs)

Tā kā Spitzers atradās tālu no Zemes, viena no tās priekšrocībām bija spēja skatīties uz vienu mērķi daudzas stundas bez Zemes bloķēšanas. Tas palīdzēja izprast eksoplanētu sistēmu ar nosaukumu TRAPPIST-1, kur uz Zemes esošie teleskopi jau bija atraduši trīs planētas. Vērojot sistēmu 500 stundas 21 dienas laikā , Spitzers spēja savākt pietiekami daudz datu, lai parādītu, ka sistēmā ir ne tikai trīs, bet septiņas planētas. Rūpīgi nosakot planētu orbītas, Špicers varēja izmērīt to masu un blīvumu, kas dod norādes uz to sastāvu. Pateicoties Spiceram, 'mēs tagad zinām vairāk par TRAPPIST-1 sistēmu nekā jebkura cita Saules sistēma, izņemot mūsu pašu,' sacīja Varužans Goržjans, Spicera zinātniskais pētnieks reaktīvo dzinēju laboratorijā. lekcija misijas beigās .

Izbraukšana ko mēs zinām par TRAPPIST-1 sistēmu .

Lai gan Spicera novērošanas dienas ir beigušās, astronomi turpina paziņot par jauniem atklājumiem, pamatojoties uz savāktajiem datiem. Piemēram, 2020. gada oktobrī NASA paziņoja ka Spitzera novērojumi tika izmantoti, lai izmērītu eksoplanētas LTT9779b - retā tipa, ko dēvē par “karsto Neptūnu” - temperatūru un atmosfēras sastāvu, ko pavisam nesen atklāja cits kosmosa teleskops - NASA Tranzitējošais eksoplanetu izpētes satelīts (TESS).

Papildu resursi:

Šo rakstu 2020. gada 3. novembrī atjaunināja guesswhozoo.com līdzstrādnieks Stīvs Fentress.