Obserwatorium Kosmiczne Herschela - Herschel Space Observatory

Obserwatorium Kosmiczne Herschela
Kosmiczne Obserwatorium Herschela.jpg
Wrażenie artysty dotyczące statku kosmicznego Herschel
Nazwy Teleskop dalekiej podczerwieni i submilimetrowy
Typ misji Teleskop kosmiczny
Operator ESA  / NASA
ID COSPAR 2009-026A
SATCAT nr. 34937
Stronie internetowej http://www.esa.int/herschel
Czas trwania misji Planowany: 3 lata
Finał: 4 lata, 1 miesiąc, 2 dni
Właściwości statku kosmicznego
Producent Thales Alenia Space
Rozpocznij masę 3400 kg (7500 funtów)
Masa ładunku Teleskop: 315 kg (694 funtów)
Wymiary 7,5 m × 4,0 m (25 stóp × 13 stóp)
Moc 1 kW
Początek misji
Data uruchomienia 14 maja 2009, 13:12:02  UTC ( 2009-05-14UTC13:12:02 )
Rakieta Ariane 5 ECA
Uruchom witrynę Centrum Kosmiczne w Gujanie ,
Gujana Francuska
Kontrahent Arianespace
Koniec misji
Sprzedaż Wycofany z eksploatacji
Dezaktywowany 17 czerwca 2013, 12:25  UTC ( 2013-06-17UTC12:26 )
Parametry orbitalne
System odniesienia L 2  punkt
(1 500 000 km / 930 000 mil)
Reżim Lissajous
Główny teleskop
Rodzaj Ritchey-Chrétien
Średnica 3,5 m (11 stóp)
f / 0,5 (zwierciadło główne)
Długość ogniskowa 28,5 m (94 stopy)
f/ 8,7
Obszar zbierania 9,6 m 2 (103 sq ft)
Długości fal 55 do 672 µm ( daleka podczerwień )
Insygnia Herschela.png
Insygnia astrofizyki ESA dla Herschel
←  Rozeta
Planck  →
 

Herschel Space Observatory było obserwatorium przestrzeń budowane i eksploatowane przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). Był aktywny od 2009 do 2013 roku i był największym teleskopem na podczerwień, jaki kiedykolwiek wystrzelono, wyposażonym w 3,5-metrowe lustro i instrumenty czułe na daleką podczerwień i submilimetrowe zakresy fal (55-672 µm). Herschel była czwartą i ostatnią misją podstawową w programie Horizon 2000 , po SOHO / Cluster II , XMM-Newton i Rosetta . NASA jest partnerem misji Herschel , w której uczestniczą uczestnicy z USA; dostarczanie technologii instrumentów umożliwiających misję i sponsorowanie NASA Herschel Science Center (NHSC) w Infrared Processing and Analysis Center oraz Herschel Data Search w Infrared Science Archive .

Obserwatorium zostało przeniesione na orbitę w maju 2009 roku, osiągając drugi punkt Lagrange'a (L2) układu Ziemia-Słońce , 1 500 000 kilometrów (930 000 mil) od Ziemi, około dwa miesiące później. Herschel nosi imię Sir Williama Herschela , odkrywcy widma podczerwieni i planety Uran , oraz jego siostry i współpracowniczki Caroline Herschel .

Obserwatorium było w stanie zobaczyć najzimniejsze i najbardziej zakurzone obiekty w kosmosie; na przykład chłodne kokony, w których tworzą się gwiazdy, a zakurzone galaktyki dopiero zaczynają się powiększać o nowe gwiazdy. Obserwatorium przeszukiwało obłoki tworzące gwiazdy – „powolne gotowanie” składników gwiezdnych – w celu prześledzenia ścieżki, którą tworzą się potencjalnie tworzące życie molekuły, takie jak woda.

Żywotność teleskopu była zależna od ilości chłodziwa dostępnego dla jego instrumentów; kiedy ten płyn chłodzący się skończy, instrumenty przestaną działać poprawnie. W momencie uruchomienia działalność szacowano na 3,5 roku (do mniej więcej końca 2012 roku). Kontynuował pracę do 29 kwietnia 2013 r. o godzinie 15:20 UTC, kiedy w Herschel zabrakło płynu chłodzącego.

Rozwój

W 1982 roku zaproponowano ESA Teleskop Dalekiej Podczerwieni i Submilimetrowy ( FIRST ) . Długoterminowy plan polityczny ESA „Horizon 2000”, opracowany w 1984 roku, wzywał do misji spektroskopii heterodynowej o wysokiej przepustowości jako jednej z kluczowych misji. W 1986 r. jako podstawowa misja przyjęto FIRST. Został wybrany do wdrożenia w 1993 roku, po badaniach przemysłowych w latach 1992-1993. Koncepcja misji została przeprojektowana z orbity ziemskiej na punkt Lagrange'a L2, w świetle doświadczeń zdobytych w Obserwatorium Podczerwonym [(2,5–240 µm) 1995–1998]. W 2000 roku FIRST został przemianowany na Herschel . Po ogłoszeniu przetargu w 2000 roku działalność przemysłowa rozpoczęła się w 2001 roku. Herschel został uruchomiony w 2009 roku.

Od 2010 r. misja Herschel szacowana jest na 1100 mln euro. Liczba ta obejmuje statki kosmiczne i ładunek, wydatki na start i misje oraz operacje naukowe.

Nauka

Herschel specjalizował się w zbieraniu światła z obiektów Układu Słonecznego, a także z Drogi Mlecznej, a nawet obiektów pozagalaktycznych oddalonych o miliardy lat świetlnych, takich jak nowo narodzone galaktyki , i był odpowiedzialny za cztery główne obszary badań:

Podczas misji Herschel „wykonał ponad 35 000 obserwacji naukowych” i „zgromadził ponad 25 000 godzin danych naukowych z około 600 różnych programów obserwacyjnych”.

Oprzyrządowanie

Misja obejmowała pierwsze obserwatorium kosmiczne, które obejmowało pełne pasmo dalekiej podczerwieni i submilimetrowe . Przy szerokości 3,5 metra (11 stóp) Herschel miał największy teleskop optyczny, jaki kiedykolwiek został rozmieszczony w kosmosie. Wykonano go nie ze szkła, lecz ze spiekanego węglika krzemu . Puste lustro został wyprodukowany przez Boostec w Tarbes , Francja ; szlifowane i polerowane przez Opteon Ltd. w Obserwatorium Tuorla , Finlandia ; i pokryty metodą osadzania próżniowego w Obserwatorium Calar Alto w Hiszpanii .

Światło odbite przez zwierciadło skupiało się na trzech instrumentach, których detektory były utrzymywane w temperaturach poniżej 2 K (−271 °C). Przyrządy chłodzono ponad 2300 litrami (510 galonów gal; 610 galonów US) ciekłego helu , wrzącego w niemal próżni w temperaturze około 1,4 K (−272°C). Zaopatrzenie w hel na pokładzie statku kosmicznego było podstawowym ograniczeniem okresu eksploatacji obserwatorium kosmicznego; pierwotnie oczekiwano, że będzie działał przez co najmniej trzy lata.

Herschel posiadał trzy detektory:

PACS (fotodetekcja aparatu macierzowego i spektrometr)
Kamera obrazowa i spektrometr niskiej rozdzielczości obejmujący fale o długości od 55 do 210 mikrometrów . Spektrometr miał rozdzielczość widmową między R=1000 a R=5000 i był w stanie wykryć sygnały tak słabe jak -63  dB . Pracował jako integralny spektrograf polowy , łączący rozdzielczość przestrzenną i spektralną. Kamera obrazująca była w stanie obrazować jednocześnie w dwóch pasmach (60–85/85–130 mikrometrów i 130–210 mikrometrów) z limitem detekcji wynoszącym kilka milijanskich .
Model instrumentu SPIRE.
Herschel w czystym pokoju
SPIRE (odbiornik obrazowania spektralnego i fotometrycznego)
Kamera obrazująca i spektrometr o niskiej rozdzielczości obejmujący długość fali od 194 do 672 mikrometrów. Spektrometr miał rozdzielczość między R=40 a R=1000 przy długości fali 250 mikrometrów i był w stanie obrazować źródła punktowe o jasności około 100  milijansky (mJy) oraz źródła rozszerzone o jasności około 500 mJy. Kamera obrazująca miała trzy pasma , wyśrodkowane na 250, 350 i 500 mikrometrów, każde z odpowiednio 139, 88 i 43 pikselami. Był w stanie wykryć źródła punktowe o jasności powyżej 2 mJy i od 4 do 9 mJy dla źródeł rozszerzonych. Prototyp kamery do obrazowania SPIRE poleciał na balonie BLAST na dużej wysokości. Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Pasadenie w Kalifornii opracowało i zbudowało bolometry „pajęczyny” dla tego instrumentu, który jest 40 razy czulszy niż poprzednie wersje. Instrument Herschel-SPIRE został zbudowany przez międzynarodowe konsorcjum składające się z ponad 18 instytutów z ośmiu krajów, z których wiodącym był Uniwersytet Cardiff.
HIFI (instrument heterodynowy do dalekiej podczerwieni)
Heterodyny detektor zdolny do elektronicznego oddzielnym promieniowanie o różnej długości fali, co daje rozdzielczość widmowa tak wysokie, jak 10 R = 7 . Spektrometr pracował w dwóch pasmach długości fal od 157 do 212 mikrometrów i od 240 do 625 mikrometrów. SRON Holenderski Instytut Badań Kosmicznych kierował całym procesem projektowania, budowy i testowania HIFI. Za pozyskiwanie i analizę danych odpowiadało Centrum Kontroli Przyrządów HIFI, również pod kierownictwem SRON.

NASA opracowała i zbudowała miksery, lokalne łańcuchy oscylatorów i wzmacniacze mocy dla tego instrumentu. NASA Herschel Science Center , część przetwarzania i analizy Centrum podczerwieni w California Institute of Technology w Pasadenie, także, przyczynił planowanie Nauki i oprogramowania do analizy danych.

Moduł serwisowy

Wspólny moduł serwisowy (SVM) został zaprojektowany i zbudowany przez Thales Alenia Space w zakładzie w Turynie dla misji Herschel i Planck , ponieważ zostały one połączone w jeden program.

Strukturalnie SVM Herschel i Planck są bardzo podobne. Obydwa SVM mają kształt ośmiokątny, a każdy panel jest przeznaczony do pomieszczenia wyznaczonego zestawu jednostek ciepłych, biorąc pod uwagę wymagania dotyczące rozpraszania ciepła różnych jednostek ciepłych, instrumentów, a także statku kosmicznego.

Ponadto na obu statkach kosmicznych osiągnięto wspólny projekt systemów awioniki, systemów kontroli położenia i pomiarów (ACMS), systemów dowodzenia i zarządzania danymi (CDMS), podsystemów zasilania oraz podsystemu śledzenia, telemetrii i dowodzenia (TT&C).

Wszystkie jednostki kosmiczne na SVM są zbędne.

Podsystem zasilania

W każdym statku kosmicznym podsystem zasilania składa się z panelu słonecznego , wykorzystującego potrójne ogniwa słoneczne , baterii i jednostki sterującej mocą (PCU). Jest zaprojektowany do współpracy z 30 sekcjami każdego panelu słonecznego, zapewnia regulowaną magistralę 28 V, dystrybuuje tę moc przez zabezpieczone wyjścia oraz obsługuje ładowanie i rozładowywanie akumulatora.

W przypadku firmy Herschel panel słoneczny jest zamocowany w dolnej części przegrody zaprojektowanej w celu ochrony kriostatu przed słońcem. Trójosiowy system kontroli położenia utrzymuje tę przegrodę w kierunku Słońca. Górna część tej przegrody pokryta jest zwierciadłami optycznego reflektora słonecznego (OSR), które odbijają 98% energii słonecznej , zapobiegając nagrzewaniu się kriostatu.

Kontrola postawy i orbity

Ta funkcja jest realizowana przez komputer kontroli położenia (ACC), który jest platformą dla systemu ACMS. Został zaprojektowany, aby spełnić wymagania dotyczące wskazywania i obracania ładunku Herschel i Planck .

Herschel statek ma trójosiowy stabilizowane . Bezwzględny błąd celowania musi być mniejszy niż 3,7 sekundy kątowej.

Głównym czujnikiem linii widzenia w obu statkach kosmicznych jest tropiciel gwiazd .

Start i orbita

Animacja Kosmiczne Obserwatorium Herschela „s trajektorii od 14 maja 2009 do 31 sierpnia 2013 r
  Obserwatorium Kosmiczne Herschela  ·   Ziemia

Statek kosmiczny, zbudowany w Cannes Mandelieu Space Center , w ramach kontraktu kosmicznego Thales Alenia , został pomyślnie wystrzelony z Centrum Kosmicznego Gujany w Gujanie Francuskiej o 13:12:02 UTC w dniu 14 maja 2009 r., na pokładzie rakiety Ariane 5 wraz z Planck statek kosmiczny i umieszczony na bardzo eliptycznej orbicie w drodze do drugiego punktu Lagrange'a . Orbity perygeum było 270,0 km (zamierzone270,0 ± 4,5 ), apogeum 1 197 080 km (zamierzone)1 193 622 ± 151 800 ), nachylenie 5,99 stopni (zamierzone)6,00 ± 0,06 ).

W dniu 14 czerwca 2009 r. ESA z powodzeniem wysłała polecenie otwarcia kriopokrywy, co pozwoliło systemowi PACS zobaczyć niebo i przesłać obrazy w ciągu kilku tygodni. Pokrywka musiała pozostać zamknięta, dopóki teleskop nie znalazł się daleko w przestrzeni, aby zapobiec zanieczyszczeniu.

Pięć dni później ESA opublikowała pierwszy zestaw zdjęć testowych, przedstawiający Grupę M51 .

W połowie lipca 2009 r., około sześćdziesiąt dni po wystrzeleniu, wszedł na orbitę Halo o średnim promieniu 800 000 km wokół drugiego punktu Lagrange'a (L2) układu Ziemia-Słońce , 1,5 miliona kilometrów od Ziemi.

Odkrycia

Zdjęcie Mgławicy Rozeta uchwycone przez Herschela

W dniu 21 lipca 2009 roku uruchomienie Herschela zostało uznane za udane, co umożliwiło rozpoczęcie fazy operacyjnej. Oficjalne przekazanie ogólnej odpowiedzialności firmy Herschel zostało ogłoszone z kierownika programu Thomasa Passvogela kierownikowi misji Johannesowi Riedingerowi.

André Brahic , astronom, podczas konferencji w Cannes Mandelieu Space Center

Herschel odegrał kluczową rolę w odkryciu nieznanego i nieoczekiwanego kroku w procesie formowania gwiazd. Wstępne potwierdzenie i późniejsza weryfikacja za pomocą naziemnych teleskopów ogromnej dziury pustej przestrzeni, wcześniej uważanej za ciemną mgławicę , w obszarze NGC 1999 rzuciły nowe światło na sposób, w jaki nowo formujące się regiony gwiazd odrzucają otaczającą ją materię. im.

W lipcu 2010 ukazało się specjalne wydanie Astronomy and Astrophysics z 152 artykułami na temat wstępnych wyników z obserwatorium.

Drugie wydanie specjalne Astronomy and Astrophysics zostało opublikowane w październiku 2010 r. i dotyczyło jedynego instrumentu HIFI, ze względu na jego awarię techniczną, która skróciła go o ponad 6 miesięcy między sierpniem 2009 a lutym 2010 roku.

Ogłoszono 1 sierpnia 2011 r., że tlen cząsteczkowy został ostatecznie potwierdzony w kosmosie za pomocą Kosmicznego Teleskopu Herschela , po raz drugi naukowcy odkryli cząsteczkę w kosmosie. Zostało to wcześniej zgłoszone przez zespół Odina .

Z października 2011 raport opublikowany w Nature stwierdza, że Herschel „s pomiary stężenia deuteru w komety Hartley 2 sugeruje, że dużo wody Ziemi może mieć początkowo pochodzić z komet uderzenia. 20 października 2011 r. doniesiono, że w dysku akrecyjnym młodej gwiazdy odkryto zimną parę wodną o wartości oceanów. W przeciwieństwie do ciepłej pary wodnej, wcześniej wykrytej w pobliżu formujących się gwiazd, zimna para wodna byłaby zdolna do formowania komet, które następnie mogłyby przenosić wodę na wewnętrzne planety, jak teoretycznie mówi się o pochodzeniu wody na Ziemi .

18 kwietnia 2013 r. zespół Herschel ogłosił w innym gazecie Nature , że zlokalizował wyjątkową galaktykę, która wytwarzała ponad 2000 mas Słońca gwiazd rocznie. Galaktyka, nazwana HFLS3 , znajduje się w punkcie z = 6,34 i powstała zaledwie 880 milionów lat po Wielkim Wybuchu .

Zaledwie kilka dni przed zakończeniem swojej misji ESA ogłosiła, że Herschel „s obserwacje doprowadziły do wniosku, że wody na Jowiszu została dostarczona w wyniku zderzenia Shoemaker-Levy 9 w 1994 r.

W dniu 22 stycznia 2014 roku, naukowcy ESA zgłaszane wykrywania, na pierwszym ostatecznym terminie, pary wodnej na planety karłowatej , Ceres , największy obiekt w pasie planetoid . Wykrycie został wykonany przy użyciu zdolności dalekiej podczerwieni z obserwatorium Herschel Kosmicznej . Odkrycie jest nieoczekiwane, ponieważ komety , a nie asteroidy , są zwykle uważane za „wystrzeliwujące dżety i pióropusze”. Według jednego z naukowców „Linie między kometami a asteroidami coraz bardziej się zacierają”.

Koniec misji

Animacja Kosmiczne Obserwatorium Herschela „s trajektorii wokół Ziemi od 14 maja 2009 do 31 grudnia 2049
  Obserwatorium Kosmiczne Herschela  ·   Ziemia

W dniu 29 kwietnia 2013 roku, ESA ogłosiła, że Herschel jest dostawa ciekłego helu , używana do chłodzenia detektorów i instrumentów na pokładzie, został wyczerpany, a tym samym kończąc swoją misję. W momencie ogłoszenia Herschel znajdował się około 1,5 miliona km od Ziemi. Ponieważ Herschel jest orbita w punkcie L2 jest niestabilny, ESA chciał poprowadzić statek na znanej trajektorii. Menedżerowie ESA rozważali dwie opcje:

  • Umieść Herschela na heliocentrycznej orbicie, gdzie nie napotkałby Ziemi przez co najmniej kilkaset lat.
  • Poprowadź Herschela na kursie w kierunku Księżyca, aby doszło do destrukcyjnej kolizji z dużą prędkością, która pomogłaby w poszukiwaniu wody na biegunie księżycowym . Herschelowi dotarcie na Księżyc zajęłoby około 100 dni.

Menedżerowie wybrali pierwszą opcję, ponieważ była mniej kosztowna.

W dniu 17 czerwca 2013 r. Herschel został całkowicie dezaktywowany, jego zbiorniki paliwa zostały przymusowo wyczerpane, a komputer pokładowy zaprogramowany na przerwanie komunikacji z Ziemią. Ostatnie polecenie, które przerwało komunikację, zostało wysłane z Europejskiego Centrum Operacji Kosmicznych (ESOC) o godzinie 12:25 UTC.

Faza pooperacyjna misji trwała do 2017 r. Do głównych zadań należała konsolidacja i udoskonalenie kalibracji przyrządów w celu poprawy jakości danych oraz przetwarzania danych, aby stworzyć zbiór naukowo potwierdzonych danych.

Po Herschelu

W następstwie Herschel „s śmierci, niektórzy europejscy astronomowie naciska na wspólnym europejskim japońskiej SPICA projektu Obserwatorium dalekiej podczerwieni, a także kontynuacji współpracy ESA w NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba . James Webb obejmie widmo bliskiej podczerwieni od 0,6 do 28,5 µm, a SPICA obejmuje zakres widmowy od średniej do dalekiej w zakresie od 12 do 230 µm. Natomiast Herschel jest uzależnienie od ciekłego helu chłodzącego ograniczona żywotność konstrukcji do około trzech lat, mechaniczne chłodnice Joule-Thomsona na pokładzie SPICA byłoby powoływać się na «zimno» głębokiej przestrzeni, umożliwiając ich utrzymywanie temperatur kriogenicznych na dłuższy okres czas. Czułość SPICA miała być o dwa rzędy wielkości wyższa niż Herschela .

Proponowany przez NASA Kosmiczny Teleskop Origins (OST) miałby również prowadzić obserwacje w paśmie światła dalekiej podczerwieni . Europa prowadzi badania dotyczące jednego z pięciu instrumentów OST, odbiornika Heterodyne for OST (HERO).

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Harwit, M. (2004). „Misja Herschela”. Postępy w badaniach kosmicznych . 34 (3): 568–572. Kod bib : 2004AdSpR..34..568H . doi : 10.1016/j.asr.2003.03.026 .
  • Dambeck, Thorsten (maj 2009). „Jeden start, dwóch nowych odkrywców: Planck gotowy do analizy Wielkiego Wybuchu”. Niebo i teleskop . 117 (5): 24-28.

Linki zewnętrzne