Космическая обсерватория гершель: Космический телескоп Гершель

Содержание

Космическая обсерватория «Гершель» завершила свою работу • Ольга Кочина • Новости науки на «Элементах» • Астрономия, Космические исследования

29 апреля 2013 года космическая инфракрасная обсерватория «Гершель» истощила запас гелиевого охладителя, и самый полномасштабный проект по исследованию Вселенной в инфракрасном диапазоне был официально завершен. В силу особенностей исследуемых объектов, причина завершения работы обсерватории «Гершель», как и в случае с предшествующими миссиями, — невозможность её дальнейшего охлаждения.

Запущенная почти четыре года назад, 14 мая 2009 года, космическая обсерватория за время своей работы в полной мере оправдала имя, данное ей в честь первого исследователя недоступной человеческому глазу инфракрасной области спектра — Уильяма Гершеля.

Обсерватория «Гершель» не была первой в своем роде. Её предшественниками в исследовании инфракрасной картины неба были обсерватории IRAS, запущенная в 1983 году, и ISO, запущенная в 1995 году, а также телескопы «Спитцер» и Akari, начавшие свою работу соответственно в 2003-м и 2006 годах. Однако «Гершель» представлял собой не просто очередной шаг вперед, а настоящий прорыв: телескоп «Гершеля» с диаметром зеркала 3,5 метра, наибольший среди космических обсерваторий, по своим техническим характеристикам значительно превосходил телескопы предшественников, что позволило получить более точные и детализированные данные. Широта спектрального охвата делала «Гершель» своеобразным мостом, перекрывающим оба диапазона — инфракрасный диапазон космических обсерваторий-предшественников и субмиллиметровый диапазон наземных телескопов. «Гершель» работал в диапазоне от субмиллиметрового до дальнего инфракрасного (672–55 микрон) и был единственной полноценной космической обсерваторией, исследования которой были посвящены данной части спектра, что сделало полученные с его помощью данные уникальными.

Космические объекты являются источниками излучения в различных областях спектра, от длинноволнового радиоизлучения до коротковолнового рентгеновского и гамма-излучения. Один и тот же объект может оказаться доступным для исследования в различных областях спектра, однако процессы, индикаторами которых является излучение в той или иной области, различны. Инфракрасный и субмиллиметровый диапазоны позволяют получить информацию о холодных объектах, излучение которых представляет собой либо переизлучение поглощенных фотонов внешних источников, либо собственное тепловое излучение. Такие объекты либо не излучают в диапазонах более высоких энергий, например оптическом или ультрафиолетовом, либо излучают очень слабо, и их обнаружение и исследование оптическими и ультрафиолетовыми телескопами затруднено, а то и вовсе невозможно. Так, основной «специализацией» инфракрасных телескопов являются галактики, области звездообразования и протозвезды, пылевые диски, астероиды. В инфракрасном диапазоне наблюдаются и холодные звезды — коричневые карлики. Термоядерные процессы в коричневых карликах не нагревают звезду достаточно для яркого излучения в оптическом диапазоне, и потому наблюдают их также в основном при помощи инфракрасных телескопов.

Многие холодные объекты имеют температуру, близкую к абсолютному нулю, и пытаться наблюдать их при помощи более теплого инструмента аналогично попытке увидеть звезду на залитом Солнцем полуденном небе. Потому ключевым элементом для работы инфракрасной обсерватории является охлаждение, а срок ее работы определяется запасом охладителя. Все три прибора «Гершеля» (HiFi, PACS и SPIRE) охлаждались криостатом (рис. 1). При запуске обсерватории в особый сосуд Дьюара было помещено более 2000 литров сверхтекучего гелия, имевших температуру ниже –271°C. Гелий, испаряясь с постоянной температурой, постепенно опустошал сосуд. Для определения момента достижения EoHe (end-of-helium) — исчерпания запасов гелия — на обсерватории был установлен ряд температурных датчиков. 29 апреля 2013 года превышение допустимой температуры зарегистрировали два из них, что позволило официально заявить о том, что момент EoHe достигнут.

За время своей работы «Гершель» провел исследования множества объектов: галактик (рис. 2), молекулярных облаков, пылевых дисков вокруг звезд, астероидов, в том числе астероида Апофис (рис. 3), который пройдёт вблизи Земли в 2029 году, комет.

Уникальные изображения, полученные на «Гершеле», послужили своеобразной иллюстрированной историей звездообразования (рис. 4). Они позволили по-новому взглянуть на механизм возмущения газа турбулентностью, приводящий к образованию волокнистой структуры в холодных молекулярных облаках. Если условия подходящие, то впоследствии гравитация, начиная преобладать, дробит волокна на компактные ядра. Протозвезды, находящиеся глубоко внутри таких ядер, слегка нагревают окружающую пыль. Всего на несколько градусов выше абсолютного нуля, однако достаточно для того, чтобы чувствительные приборы «Гершеля» выявили их расположение.

Также «Гершель» обнаружил водяной пар в протопланетных дисках, окружающих новорожденные звезды, и еще большее количество воды во льдах на поверхности пылинок и в кометах. Полученные «Гершелем» сведения о составе водяного льда кометы Хартли-2, принадлежащей Солнечной системе, позволили сделать вывод о том, что изотопное отношение в воде льдов кометы почти такое же, как в водах океанов Земли.

Изучая звездообразования в далеких галактиках, обсерватория обнаружила, что в некоторых из них этот процесс происходил гораздо более интенсивно, чем в Млечном пути, даже в те времена, когда Вселенная была совсем молода. Как галактика могла поддерживать такие темпы звездообразования в первые миллиарды лет жизни Вселенной — пока неразрешенная загадка для ученых, изучающих формирование и эволюцию галактик.

Хотя обсерватория прекратила свою работу, объем данных, полученных с ее помощью, настолько велик, что астрономы еще долгие годы будут заниматься их обработкой и осмыслением. Научные данные, полученные «Гершелем», доступны на сайте Европейского космического агенства, где с ними может ознакомиться любой желающий.

Можно надеяться, что пауза в инфракрасных наблюдениях продлится недолго. Уже скоро, в 2018 году, планируется запуск новой космической инфракрасной обсерватории — телескопа имени Джеймса Вебба, который будет исследовать Вселенную в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне. В России же рассматривается проект более длинноволнового инструмента — космической обсерватории «Миллиметрон».

Источники:
1) Информация по исследованиям при помощи обсерватории «Гершель» на сайте Европейского космического агенства.
2) Сайт астрономических исследований при помощи «Гершеля» (Herschel Astronomers’ website), основанный Центром исследований при помощи «Гершеля» (Herschel Science Centre, HSC).

Ольга Кочина

Гершель (космическая обсерватория) | это… Что такое Гершель (космическая обсерватория)?

У этого термина существуют и другие значения, см. Гершель.

Косми́ческий телескóп «Гершель» (англ. Herschel Space Observatory), ранее FIRST^[1] (англ. Far Infrared and Submillimetre Telescope) — астрономический спутник, созданный ЕКА, первоначально предложен консорциумом европейских ученых в 1982 году. Запуск состоялся 14 мая 2009 года, в 13:12 по всемирному координированному времени (UTC) с космодрома Куру с помощью ракеты-носителя «Ариан-5». Миссия названа в честь сэра Уильяма Гершеля, первого исследователя инфракрасного спектра.

Спутник размещен на гелиоцентрической орбите вблизи второй точки Лагранжа (L2) системы Земля — Солнце, то есть постоянно находится в полутени Земли. Вместе с телескопом «Гершель» этой же ракетой-носителем был выведен на орбиту астрономический спутник «Планк». Стоимость проекта (со стоимостью объединенного запуска) составляет примерно 1,1 миллиарда евро.

Содержание

1 Оборудование
2 Цели
3 Завершение миссии
4 Примечания
5 Ссылки

Оборудование

Телескоп «Гершель» — первая космическая обсерватория для полномасштабного изучения инфракрасного излучения в космосе. Телескоп с зеркалом диаметром 3,5 метра — самый крупный космический телескоп, работающий в инфракрасном спектре, из когда-либо запущенных. Зеркало отполировано в мастерской обсерватории Туорла в Финляндии фирмой Opteon Oy.^[2]Материалом для зеркала послужил карбид кремния. Благодаря этому вес телескопа составил лишь 300 кг при толщине 20 см, в то время как телескоп из традиционных материалов весил бы 1,5 тонны. Кроме того, физические свойства карбида кремния позволяют контролировать форму зеркала с точностью до 10 мкм. Зеркало «склеено» из 12 элементов^[3]. Излучение будет фокусироваться на три прибора с датчиками, имеющими температуру ниже 2 K. Датчики будут охлаждаться жидким гелием при низком давлении, что позволяет уменьшить температуру кипения до 1,4 K. Количеством гелия на борту спутника будет ограничено время его работы на орбите (ожидаемая продолжительность — примерно 3 года).

Датчики телескопа:

Фотокамера со спектрометром низкого разрешения (англ. PACS, Photodetecting Array Camera and Spectrometer). Диапазон спектрометра по длине волны от 55 до 210 микрометров. Спектральное разрешение R от 1000 до 5000. Чувствительность на уровне −63 дБ. Фотокамера способна давать одновременно изображения в двух диапазонах: 60÷85/85÷130 мкм и 130÷210 мкм при спектральной плотности потока излучения в несколько Янский.
Ресивер спектральных и фотометрических изображений (англ. SPIRE, Spectral and Photometric Imaging Receiver). Спектрометр низкого разрешения на диапазон длин волн 194÷672 мкм. Спектральное разрешение R от 40 до 1000 (при длине волны 250 мкм). Спектрометр способен фиксировать объекты со спектральной плотностью потока 100 миллиЯнский (мЯн) для точечных источников и 500 мЯн — для протяжённых. Фотокамера имеет три элемента на длины волн 250, 350 и 500 мкм, с числом точек (пикселей) 139, 88 и 43 соответственно. Она способна фиксировать точечные объекты с плотностью потока 2 мЯн и протяжённые объекты с плотностью потока 4÷9 мЯн. Прототип этого устройства прошёл проверку на высотном стратостате «BLAST».
Гетеродинный датчик для излучения в дальнем инфракрасном диапазоне (англ. HIFI, Heterodyne Instrument for the Far Infrared). Этот спектрограф имеет очень высокое спектральное разрешение — на уровне R=10⁷. Имеет два рабочих диапазона: от 157 до 212 мкм и от 240 до 625 мкм.

Цели

Телескоп предназначен для изучения инфракрасной части излучения от объектов в Солнечной системе, в Млечном пути, а также от внегалактических объектов, находящихся в миллиардах световых лет от Земли (например, новорожденных галактик). Также предполагаются исследования по следующим темам:

Формирование и развитие галактик в ранней вселенной;
Образование звезд и их взаимодействие с межзвездной средой;
Химический состав атмосфер и поверхности тел Солнечной системы, включая планеты, кометы и спутники планет;

Завершение миссии

К марту 2013 года на телескопе должен закончиться жидкий гелий, необходимый для охлаждения его инфракрасной ПЗС-матрицы. На борту около 2300 литров жидкого гелия, но он постепенно испаряется.

Специалисты ЕКА рассматривают две возможности: отправить «Гершель» на гелиоцентрическую орбиту, где он не встретится с Землей несколько сот лет, или разбить его о лунную поверхность. Последний вариант будет повторением эксперимента, проведенного с аппаратом LCROSS и разгонным блоком «Центавр», которые специально разбили об лунную поверхность в районе южного полюса. В результате падения поднимется шлейф газа и обломков, который даст возможность изучить состав поверхности Луны в области вечной тени, в частности, наличие там воды и других летучих веществ.

Этот проект прорабатывается группой из 30 ученых, работу которых координирует Нил Боулз (Neil Bowles) из Оксфордского университета. В ноябре 2012 года планируется начать выбирать возможные места для удара. Если решение о таком использовании «Гершеля» будет принято, он сможет добраться до Луны в июне-июле 2013 года^[4].

Примечания

↑ ESA: FIRST Space Telescope to be Re-named ‘Herschel Space Observatory’
↑ Новости финского канала YLE
↑ ESA: Herschel Primary Mirror Fabrication
↑ Новости космонавтики. Архивировано из первоисточника 27 октября 2012. Проверено 27 октября 2012.

Ссылки

Информация о проекте
Официальный сайт
Информация о запуске — вабсайт Herschel Science Centre
Инфракрасный космический телескоп Herschel начал свою миссию.
Первый научный результат от телескопа Herschel
Телескоп Herschel открывает скрытую сторону рождения звезд

Космическая обсерватория Гершеля

Миссия космической обсерватории Гершеля была разработана, чтобы раскрыть лицо ранней Вселенной, которое ранее было скрыто. Благодаря своей способности обнаруживать излучение в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах, Гершель смог наблюдать закрытые пылью и холодные объекты, невидимые для других телескопов.

Главной целью Гершеля было выяснить, как образовались первые галактики и как они эволюционировали, чтобы дать начало современным галактикам, подобным нашей собственной. Дополнительные цели для Гершеля включали облака газа и пыли, в которых рождаются новые звезды, диски, из которых могут образовываться планеты, и атмосферы комет, заполненные сложными органическими молекулами.

Herschel был четвертой миссией Cornerstone в программе Horizon 2000 Европейского космического агентства. В его разработке и реализации участвовали десять стран, в том числе США. Herschel был запущен в мае 2009 года с ожидаемым сроком службы не менее трех лет.

Окончание криогенной фазы миссии Herschel было объявлено 29 апреля 2013 г. в 15:20:01 (UTC). В это время повышение температуры космической обсерватории Гершеля было подтверждено датчиками на борту космического корабля, указывающими на исчерпание жидкого гелия в криостате. 18 июня 2013 года космический корабль «Гершель» был выключен в последний раз, что завершило этап эксплуатации миссии.

Научные данные, открытия и люди: наследие космической обсерватории Гершеля

Миссия «Гершель», новаторская космическая обсерватория, которая за почти четыре года работы предоставила уникальный обзор нашего космоса, оставила в наследство бесценные данные, тысячи научных работ, а также новое поколение астрономов, ставших профессионалами на это замечательное усилие.

Читать рассказ

Подробнее о Наследии Гершеля

Гершель: звездообразование

Обследуя небо в течение почти четырех лет, чтобы наблюдать свечение холодной космической пыли, заключенной в межзвездных облаках газа, космическая обсерватория Гершеля предоставила астрономам беспрецедентный взгляд на звездные колыбели нашей Галактики. В результате были достигнуты гигантские успехи в нашем понимании физических процессов, которые приводят к рождению звезд и их планетных систем.

Смотреть видео

Больше о
Звездообразование

Гершель: Вода

В течение почти четырех лет наблюдений за космосом космическая обсерватория Гершеля отследила присутствие воды. Обладая беспрецедентной чувствительностью и спектральным разрешением на ключевых длинах волн, Гершель обнаружил эту важнейшую молекулу в звездообразующих молекулярных облаках, впервые обнаружил ее в семенах будущих звезд и планет и определил доставку воды из межпланетных обломков к планетам в Наша Солнечная система.

Смотреть видео

Больше о
Вода

Гершель: Галактики

Углубившись в историю нашего космоса, космическая обсерватория Гершеля тщательно изучила сотни тысяч звездообразующих галактик, заглянув в прошлое, когда Вселенной было меньше миллиарда лет. Эти наблюдения исследовали эпоху пика звездообразования, около десяти миллиардов лет назад, когда галактики формировали звезды примерно в десять раз быстрее, чем их нынешние аналоги.

Смотреть видео

Больше о
Галактики

О компании | Космическая обсерватория Гершеля

Описание миссии

Миссия космической обсерватории Гершеля была разработана, чтобы раскрыть лицо ранней Вселенной, которое до сих пор оставалось скрытым. Благодаря своей способности обнаруживать излучение в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах, Гершель смог наблюдать закрытые пылью и холодные объекты, невидимые для других телескопов.

Основная цель Гершеля заключалась в том, чтобы выяснить, как образовались первые галактики и как они эволюционировали, чтобы породить современные галактики, подобные нашей. Дополнительные цели для Гершеля включали облака газа и пыли, в которых рождаются новые звезды, диски, из которых могут образовываться планеты, и атмосферы комет, заполненные сложными органическими молекулами.

Что такое Космическая обсерватория Гершеля?

Космическая обсерватория Гершеля представляла собой космический телескоп, изучавший Вселенную в свете дальней инфракрасной и субмиллиметровой частей спектра. Он раскрыл новую информацию о самых ранних, самых далеких звездах и галактиках, а также о тех, которые находятся ближе к дому в пространстве и времени. Это также предоставило уникальный взгляд на нашу собственную солнечную систему.

Herschel был четвертой миссией Cornerstone в программе Horizon 2000 Европейского космического агентства. В его разработке и реализации участвовали десять стран, в том числе США. Herschel был спущен на воду в мае 2009 года., с ожидаемым сроком службы не менее трех лет.

Почему «Гершель»

Первоначально названный «FIRST», что означает «дальний инфракрасный и субмиллиметровый телескоп», космический аппарат был переименован в честь британца сэра Уильяма Гершеля, который в 1800 году обнаружил, что спектр простирается за пределы видимого света в область, которую мы сегодня называем «инфракрасной».

Тезка Гершеля дает ученым наиболее полный взгляд на большую часть Вселенной, которая излучает в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне длин волн.

С главным зеркалом диаметром 3,5 метра Herschel был самым большим инфракрасным телескопом, отправленным в космос на момент запуска. Он сфокусировал свет на трех инструментах, называемых HIFI, SPIRE и PACS, которые позволили Herschel стать первым космическим кораблем, осуществляющим наблюдения в полном диапазоне 60–670 микрон.

Больше, чем кажется на первый взгляд

Длины волн дальнего инфракрасного и субмиллиметрового диапазонов, на которых наблюдал Гершель, значительно длиннее привычной радуги цветов, которую может воспринимать человеческий глаз. Тем не менее, это критически важная часть спектра для ученых, потому что это диапазон частот, в котором излучает большая часть Вселенной.
Большая часть Вселенной состоит из газа и пыли, которые слишком холодны, чтобы излучать видимый свет или более короткие волны, такие как рентгеновские лучи. Однако даже при температурах значительно ниже самого холодного места на Земле они излучают в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах.

Звезды и другие космические объекты, достаточно горячие, чтобы светиться в оптическом диапазоне, часто скрыты за огромными пылевыми облаками, которые поглощают видимый свет и переизлучают его в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах.

На этих длинах волн можно многое увидеть, и многое из этого практически не исследовано. Наземные телескопы в значительной степени не могут наблюдать эту часть спектра, потому что большая часть этого света поглощается влагой в атмосфере, прежде чем он достигнет земли. Предыдущие космические инфракрасные телескопы не обладали ни чувствительностью большого зеркала Гершеля, ни способностью трех детекторов Гершеля выполнять такую всеобъемлющую работу по обнаружению этой важной части спектра.

Две трети времени наблюдений Гершеля было доступно мировому научному сообществу, а оставшееся время было зарезервировано для научных и приборных групп космического корабля.

Особая орбита

Гершель и Планк провели свои первые четыре месяца, путешествуя примерно на 1,5 миллиона километров (около 931 000 миль, примерно в четыре раза больше, чем расстояние до Луны) от Земли в направлении, противоположном Солнцу. Во время этого путешествия они были откалиброваны и проверены, чтобы убедиться, что они в идеальном рабочем состоянии.
Затем каждый космический корабль вышел на отдельную орбиту вокруг точки L2 Земля-Солнце, относительно стабильного места, где гравитационные притяжения Земли и Солнца объединяются, чтобы удерживать космический корабль в постоянном положении относительно Земли, когда они вращаются вокруг Солнца.

Поскольку он вращается вокруг L2 с амплитудой около 700 000 км, расстояние Гершеля от Земли варьировалось от 1,2 до 1,8 миллиона км. Каждый месяц выполнялись небольшие корректирующие маневры для компенсации дрейфа.

Находясь спиной к Земле, Луне и Солнцу, телескоп Гершеля смотрел наружу, во Вселенную, без помех со стороны сильного инфракрасного излучения, излучаемого этими телами.