Rentgenová observatoř Chandra - Chandra X-ray Observatory

Rentgenová observatoř Chandra
Chandra umělec illustration.jpg
Ilustrace Chandra
Jména Advanced X-ray Astrophysics Facility (AXAF)
Typ mise Rentgenová astronomie
Operátor NASA  / SAO  / CXC
COSPAR ID 1999-040B
SATCAT č. 25867
webová stránka http://chandra.harvard.edu/
Délka mise Plánováno: 5 let
Uplynulo: 22 let, 1 měsíc, 1 den
Vlastnosti kosmických lodí
Výrobce Společnost TRW Inc.
Spustit hmotu 5860 kg (12930 liber)
Suchá hmota 4790 kg (10560 lb)
Rozměry Nasazeno: 13,8 × 19,5 m (45,3 × 64,0 ft)
složeno: 11,8 × 4,3 m (38,7 × 14,0 ft)
Napájení 2 350 W
Začátek mise
Datum spuštění 23. července 1999, 04: 30: 59,984  UTC ( 1999-07-23UTC04: 30: 59 )
Raketa Raketoplán Columbia ( STS-93 )
Spusťte web Kennedy LC-39B
Orbitální parametry
Referenční systém Geocentrický
Režim Vysoce eliptický
Poloviční hlavní osa 80 795,9 km (50 204,2 mil)
Excentricita 0,743972
Nadmořská výška 14307,9 km (8890,5 mil)
Apogee výška 134 527,6 km (83 591,6 mil)
Sklon 76,7156 °
Doba 3809,3 min
RAAN 305,3107 °
Argument perigee 267,2574 °
Střední anomálie 0,3010 °
Střední pohyb 0,3780 ot/den
Epocha 4. září 2015, 04:37:54 UTC
Revoluce č. 1358
Hlavní dalekohled
Typ Wolterův typ 1
Průměr 1,2 m (3,9 ft)
Ohnisková vzdálenost 10,0 m (32,8 stop)
Sběrná oblast 0,04 m 2 (0,43 čtverečních stop)
Vlnové délky Rentgenové záření : 0,12–12  nm (0,1–10  keV )
Řešení 0,5 arcsek
←  Compton
Spitzer  →
 

Chandra X-ray Observatory ( CXO ), dříve známý jako Advanced X-ray Astrophysics Facility ( AXAF ), je Flagship-class kosmický teleskop zahájena na palubě raketoplánu Columbia v průběhu mise STS-93 od NASA dne 23. července 1999. Chandra je citlivý na rentgenové zdroje 100krát slabší než jakýkoli předchozí rentgenový dalekohled , což umožňuje vysoké úhlové rozlišení jeho zrcadel. Jelikož zemská atmosféra pohlcuje drtivou většinu rentgenových paprsků , nejsou z pozemských teleskopů zjistitelné ; proto jsou k provedení těchto pozorování zapotřebí vesmírné teleskopy. Chandra je satelit Země na 64hodinové oběžné dráze a její mise pokračuje od roku 2021.

Chandra je jednou z velkých observatoří spolu s Hubbleovým vesmírným teleskopem , Compton Gamma Ray Observatory (1991-2000) a Spitzerovým vesmírným teleskopem (2003-2020). Dalekohled je pojmenován po indicko-americkém astrofyzikovi, nositeli Nobelovy ceny, Subrahmanyanovi Chandrasekharovi . Jejím posláním je podobný tomu ESA ‚s XMM-Newton kosmické lodi, rovněž zahájena v roce 1999, ale dva dalekohledy mají jiný design ložiska; Chandra má mnohem vyšší úhlové rozlišení.

Dějiny

Riccardo Giacconi a Harvey Tananbaum navrhli v roce 1976 NASA rentgenová observatoř Chandra (tehdy nazývaná AXAF) . Přípravné práce začaly následující rok v Marshall Space Flight Center (MSFC) a Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). Mezitím, v roce 1978, NASA vypustila na oběžnou dráhu první zobrazovací rentgenový dalekohled Einstein (HEAO-2). Práce na projektu AXAF pokračovaly v průběhu 80. a 90. let minulého století. V roce 1992 byla kosmická loď kvůli snížení nákladů přepracována. Čtyři z dvanácti plánovaných zrcadel byly odstraněny, stejně jako dva ze šesti vědeckých přístrojů. Plánovaná oběžná dráha AXAF byla změněna na eliptickou a v nejzazším bodě dosáhla jedné třetiny cesty k Měsíci. To eliminovalo možnost vylepšení nebo opravy raketoplánem, ale po většinu oběžné dráhy byla hvězdárna umístěna nad radiační pásy Země . AXAF byl sestaven a testován společností TRW (nyní Northrop Grumman Aerospace Systems) v Redondo Beach v Kalifornii .

STS-93 se uvádí na trh v roce 1999

AXAF byl přejmenován na Chandra jako součást soutěže pořádané NASA v roce 1998, která čerpala více než 6000 podání po celém světě. Vítězové soutěže Jatila van der Veen a Tyrel Johnson (tehdejší učitel na střední škole a student na střední škole) navrhli jméno na počest nositele Nobelovy ceny indicko-amerického astrofyzika Subrahmanyana Chandrasekhara . On je známý pro jeho práci v určení maximální hmotnost v bílých trpaslíků hvězd, což vede k lepšímu porozumění vysokoenergetického astronomických jevů, jako jsou neutronových hvězd a černých děr. Je vhodné, že jméno Chandra znamená v sanskrtu „měsíc“ .

Sonda měla být původně vypuštěna v prosinci 1998 a měla několik měsíců zpoždění, nakonec byla vypuštěna 23. července 1999 v 04:31 UTC raketoplánem Columbia během STS-93 . Chandra byla nasazena z Columbie v 11:47 UTC. Motor prvního stupně inerciální horní etapy se zapálil v 12:48 UTC a po vypálení 125 sekund a oddělení se druhý stupeň zapálil v 12:51 UTC a spálil 117 sekund. S hmotností 22 753 kilogramů (50 162 liber) to bylo nejtěžší užitečné zatížení, jaké kdy raketoplán vypustil, což je důsledek dvoustupňového posilovacího raketového systému Inertial Upper Stage potřebného k přepravě kosmické lodi na její vysokou oběžnou dráhu.

Chandra vrací data od měsíce po jejím spuštění. Je provozován NKÚ v rentgenovém centru Chandra v Cambridgi, Massachusetts , za pomoci MIT a Northrop Grumman Space Technology. CCD ACIS utrpěly poškození částic během raných pasáží radiačního pásu. Aby se zabránilo dalšímu poškození, je nyní nástroj během pasáží vyjmut z ohniskové roviny dalekohledu.

Přestože Chandra původně dostala předpokládanou životnost 5 let, 4. září 2001 NASA prodloužila její životnost na 10 let „na základě vynikajících výsledků observatoře“. Fyzicky by Chandra mohla vydržet mnohem déle. Studie z roku 2004 provedená v rentgenovém centru Chandra naznačila, že observatoř může trvat nejméně 15 let.

V červenci 2008 byla Mezinárodní rentgenová observatoř , společný projekt ESA , NASA a JAXA , navržena jako další velká rentgenová observatoř, ale později byla zrušena. ESA později vzkřísila zmenšenou verzi projektu jako Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATHENA) s plánovaným spuštěním v roce 2028.

10. října 2018 vstoupila Chandra do nouzového režimu kvůli závadě gyroskopu. NASA uvedla, že všechny vědecké přístroje jsou v bezpečí. Během několika dní byla pochopena 3sekundová chyba v datech z jednoho gyroskopu a byly vytvořeny plány na vrácení Chandry do plné služby. Gyroskop, který zažil závadu, byl umístěn do zálohy a je jinak zdravý.

Ukázkové objevy

Posádka STS-93 se zmenšeným modelem

Data shromážděná Chandrou výrazně pokročila v oblasti rentgenové astronomie . Zde je několik příkladů objevů podpořených pozorováním od Chandry:

CXO obrázek hnědého trpaslíka TWA 5B
  • TWA 5B, hnědý trpaslík , byl viděn obíhat kolem binárního systému hvězd podobných Slunci .
  • Téměř všechny hvězdy v hlavní sekvenci jsou rentgenové zářiče. (Schmitt & Liefke, 2004)
  • Rentgenový stín Titanu byl viděn při transitu Krabí mlhoviny.
  • Rentgenové emise z materiálů padajících z protoplanetárního disku do hvězdy. (Kastner a kol. , 2004)
  • Hubblova konstanta byla naměřena na 76,9 km/s/Mpc pomocí efektu Sunyaev-Zel'dovich .
  • 2006 Chandra našla silné důkazy o tom, že temná hmota existuje pozorováním superkolusové kolize.
  • 2006 Smyčky, prstence a vlákna emitující rentgenové záření objevené kolem superhmotné černé díry v Messieru 87 naznačují přítomnost tlakových vln, rázových vln a zvukových vln. Vývoj Messier 87 mohl být dramaticky ovlivněn.
  • Pozorování kupy Bullet omezila průřez vlastní interakce temné hmoty .
  • Fotografie „Boží ruky“ PSR B1509-58 .
  • Rentgenové paprsky Jupitera vycházející z pólů, nikoli z polárního kruhu.
  • Kolem Mléčné dráhy bylo nalezeno velké halo horkého plynu.
  • Extrémně hustá a zářící trpasličí galaxie M60-UCD1 pozorována.
  • 5. ledna 2015 NASA oznámila, že CXO pozorovala 400krát jasnější rentgenovou záři než obvykle, rekordman ze Sagittarius A* , supermasivní černé díry ve středu galaxie Mléčné dráhy . Podle astronomů může být neobvyklá událost způsobena rozpadem asteroidu spadajícího do černé díry nebo zapletením čar magnetického pole v plynu proudícím do Střelce A*.
  • V září 2016 bylo oznámeno, že Chandra detekovala rentgenové emise z Pluta , první detekci rentgenových paprsků z objektu Kuiperova pásu . Chandra provedla pozorování v letech 2014 a 2015 a podpořila kosmickou loď New Horizons pro její setkání v červenci 2015.
  • V dubnu 2021 oznámila NASA ve tweetu zjištění z legendární observatoře s nápisem „Uran vydává rentgenové záření, zjišťují astronomové“. Objev by měl „zajímavé důsledky pro porozumění Uranu“, pokud by se potvrdilo, že rentgenové paprsky pocházejí z planety a nejsou emitovány sluncem. [21]

Technický popis

Sestavení dalekohledu
Hlavní zrcadlo AXAF (Chandra)
Letová jednotka HRC Chandra

Na rozdíl od optických dalekohledů, které mají jednoduché aluminizované parabolické povrchy (zrcadla), rentgenové dalekohledy obecně používají Wolterův dalekohled skládající se z vnořených válcových paraboloidních a hyperboloidních povrchů potažených iridiem nebo zlatem . Rentgenové fotony by byly absorbovány normálními zrcadlovými povrchy, takže k jejich odrazu jsou nutná zrcadla s nízkým úhlem pastvy. Chandra používá čtyři páry vnořených zrcadel, společně s jejich podpůrnou strukturou, zvanou High Resolution Mirror Assembly (HRMA); zrcadlovým substrátem je sklo o tloušťce 2 cm, s odrážejícím povrchem 33 nm iridiový povlak a průměry jsou 65 cm, 87 cm, 99 cm a 123 cm. Silný substrát a obzvláště pečlivé leštění umožnily velmi přesný optický povrch, který je zodpovědný za bezkonkurenční rozlišení Chandry: mezi 80% a 95% energie přicházejícího rentgenového záření je soustředěno do jednosekundové kružnice. Tloušťka substrátu však omezuje podíl vyplněné clony, což vede k nízké sběrné ploše ve srovnání s XMM-Newtonem .

Vysoce eliptická oběžná dráha Chandry umožňuje nepřetržité pozorování až 55 hodin jeho 65hodinové oběžné doby . Ve svém nejvzdálenějším orbitálním bodě od Země je Chandra jedním z nejvzdálenějších satelitů obíhajících kolem Země. Tato oběžná dráha ji přenese za geostacionární satelity a za vnější Van Allenův pás .

S úhlovým rozlišením 0,5 obloukové sekundy (2,4 µrad) má Chandra rozlišení více než 1000krát lepší než u prvního rentgenového dalekohledu na oběžné dráze.

CXO používá mechanické gyroskopy , což jsou senzory, které pomáhají určit, jakým směrem je teleskop zaměřen. Mezi další navigační a orientační systémy na palubě CXO patří aspektová kamera, senzory Země a Slunce a reakční kola . Má také dvě sady trysek, jednu pro pohyb a druhou pro vyložení hybnosti.

Nástroje

Instrument Module Science (SIM) má dvě ohnisková nástroji, Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) a Resolution Camera High (HRC), pohybující se podle toho, co se nazývá pro své místo v průběhu pozorování.

ACIS se skládá z 10 čipů CCD a poskytuje obrázky i spektrální informace o pozorovaném objektu. Funguje v rozsahu fotonové energie 0,2–10 keV . HRC má dvě komponenty mikrokanálových desek a obrazy v rozsahu 0,1–10 keV. Má také časové rozlišení 16 mikrosekund . Oba tyto nástroje lze použít samostatně nebo ve spojení s jedním ze dvou přenosových mřížek observatoře .

Přenosové mřížky, které se houpají do optické dráhy za zrcadly, poskytují Chandře spektroskopii s vysokým rozlišením. High Energy Transmission mříže Spectrometer (HETGS) pracuje přes 0,4-10 keV a má spektrální rozlišení a 60-1000. Low Energy Transmission mříže Spectrometer (LETGS) má řadu 0.09-3 keV a rozlišení 40-2000.

Souhrn:

  • Kamera s vysokým rozlišením (HRC)
  • Pokročilý zobrazovací spektrometr CCD (ACIS)
  • Mřížkový spektrometr s vysokou přenosovou energií (HETGS)
  • Mřížkový spektrometr s nízkou přenosovou energií (LETGS)

Galerie

Označený diagram CXO
Animace Chandra X-ray Observatory je na oběžné dráze kolem Země od 7. srpna 1999 do 8. března 2019
  Chandra  ·   Země

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy