Herschel Space Observatory - Herschel Space Observatory
 Umělecký dojem z kosmické lodi Herschel
| |||||||||
| Jména | Daleko infračervený a submilimetrový dalekohled | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Typ mise | Vesmírný dalekohled | ||||||||
| Operátor | ESA / NASA | ||||||||
| ID COSPARU | 2009-026A | ||||||||
| SATCAT č. | 34937 | ||||||||
| webová stránka | http://www.esa.int/herschel | ||||||||
| Doba trvání mise | Plánované: 3 roky Konečné: 4 roky, 1 měsíc, 2 dny |
||||||||
| Vlastnosti kosmické lodi | |||||||||
| Výrobce | Thales Alenia Space | ||||||||
| Odpalovací mše | 3 400 kg (7 500 lb) | ||||||||
| Hmotnost užitečného zatížení | Dalekohled: 315 kg (694 lb) | ||||||||
| Rozměry | 7,5 m × 4,0 m (25 stop × 13 stop) | ||||||||
| Napájení | 1 kW | ||||||||
| Začátek mise | |||||||||
| Datum spuštění | 14. května 2009, 13:12:02 UTC | ||||||||
| Raketa | Ariane 5 ECA | ||||||||
| Spusťte web |
Guyanské vesmírné středisko ve Francouzské Guyaně |
||||||||
| Dodavatel | Arianespace | ||||||||
| Konec mise | |||||||||
| Likvidace | Vyřazeno z provozu | ||||||||
| Deaktivováno | 17. června 2013, 12:25 UTC | ||||||||
| Orbitální parametry | |||||||||
| Referenční systém |
L 2 bod (1 500 000 km / 930 000 mi) |
||||||||
| Režim | Lissajous | ||||||||
| Hlavní dalekohled | |||||||||
| Typ | Ritchey – Chrétien | ||||||||
| Průměr | 3,5 m (11 stop) f / 0,5 (primární zrcadlo) |
||||||||
| Ohnisková vzdálenost | 28,5 m (94 stop) f / 8,7 |
||||||||
| Sběratelská oblast | 9,6 m 2 (103 čtverečních stop) | ||||||||
| Vlnové délky | 55 až 672 µm ( daleko infračervené ) | ||||||||
| |||||||||
 Astrofyzikální insignie ESA pro Herschel | |||||||||
Herschel Space Observatory byl prostor observatoř postavený a provozovaný Evropskou kosmickou agenturou (ESA). Byl aktivní od roku 2009 do roku 2013 a byl to největší infračervený dalekohled, jaký byl kdy spuštěn, nesoucí 3,5metrové zrcadlo a nástroje citlivé na infračervené a submilimetrové vlnové pásmo (55–672 µm). Herschel byla po SOHO / Cluster II , XMM-Newton a Rosetta čtvrtou a poslední základní misí v programu Horizon 2000 . NASA je partnerem v misi Herschel , přičemž do mise přispívají američtí účastníci; poskytování přístrojové technologie umožňující poslání a sponzorování NASA Herschel Science Center (NHSC) v Infrared Processing and Analysis Center a Herschel Data Search v Infrared Science Archive .
Hvězdárna byla vynesena na oběžnou dráhu v květnu 2009 a asi o dva měsíce později dosáhla druhého Lagrangeova bodu (L2) systému Země – Slunce , 1 500 000 kilometrů (930 000 mil) od Země. Herschel je pojmenován po Siru Williamovi Herschelovi , objeviteli infračerveného spektra a planety Uran , a jeho sestře a spolupracovnici Caroline Herschel .
Hvězdárna byla schopna vidět nejchladnější a nejprašnější objekty ve vesmíru; například chladné kokony, kde se tvoří hvězdy, a prašné galaxie, které se začínají hromadit s novými hvězdami. Hvězdárna se prosívala skrz mraky vytvářející hvězdy - „pomalé vařiče“ složek hvězd -, aby vystopovala cestu, po které se tvoří potenciálně živototvorné molekuly, jako je voda.
Životnost dalekohledu byla řízena množstvím chladicí kapaliny dostupné pro jeho přístroje; když dojde chladicí kapalina, přístroje přestanou fungovat správně. V době jejího zahájení se odhadovalo, že operace bude trvat 3,5 roku (přibližně do konce roku 2012). To pokračovalo v provozu až do 29. dubna 2013 15:20 UTC, kdy Herschel došla chladicí kapalina.
Rozvoj
V roce 1982 byl ESA navržen Far Infrared and Sub-millimeter Telescope ( FIRST ) . Dlouhodobý plán politiky ESA „Horizon 2000“, vyrobený v roce 1984, požadoval jako jednu ze svých základních misí misi s vysokou propustností heterodynové spektroskopie . V roce 1986 byla jako základní kámen mise přijata PRVNÍ. K realizaci byl vybrán v roce 1993 na základě průmyslové studie v letech 1992–1993. Koncept mise byl přepracován z oběžné dráhy Země do lagraniánského bodu L2 na základě zkušeností získaných z Infrared Space Observatory [(2,5–240 µm) 1995–1998]. V roce 2000 byla společnost FIRST přejmenována na Herschel . Po vypsání výběrového řízení v roce 2000 byly průmyslové činnosti zahájeny v roce 2001. Společnost Herschel byla zahájena v roce 2009.
Od roku 2010 se odhaduje , že mise Herschel stojí 1 100 milionů EUR. Tento údaj zahrnuje kosmické lodě a užitečné zatížení, náklady na start a mise a vědecké operace.
Věda
Herschel se specializoval na sběr světla z objektů ve sluneční soustavě i z Mléčné dráhy a dokonce z mimogalaktických objektů vzdálených miliardy světelných let , jako jsou novorozené galaxie , a byl pověřen čtyřmi hlavními oblastmi vyšetřování:
- Tvorba galaxií v raném vesmíru a vývoj galaxií;
- Vznik hvězd a jejich interakce s mezihvězdným prostředím ;
- Chemické složení atmosfér a povrchů těles sluneční soustavy, včetně planet , komet a měsíců ;
- Molekulární chemie napříč vesmírem .
Během mise Herschel „provedl více než 35 000 vědeckých pozorování“ a „shromáždil více než 25 000 hodin vědeckých údajů z přibližně 600 různých pozorovacích programů“.
Instrumentace
Mise zahrnovala první vesmírnou observatoř, která pokryla celé infračervené a submilimetrové vlnové pásmo. S šířkou 3,5 metru nesl Herschel největší optický dalekohled, jaký kdy byl ve vesmíru nasazen. Nebylo vyrobeno ze skla, ale ze slinutého karbidu křemíku . Blank zrcadla bylo vyrobeno Boostec v Tarbes , Francie ; kostru a leštěné Opteon Ltd. v Tuorla Observatory , Finsko ; a potaženy vakuovou depozicí na observatoři Calar Alto ve Španělsku .
Světlo odražené zrcadlem bylo zaměřeno na tři přístroje, jejichž detektory byly udržovány při teplotách pod 2 K (-271 ° C). Nástroje byly chlazeny více než 2300 litry (510 imp gal; 610 US gal) kapalného helia , které se vařily v blízkém vakuu při teplotě přibližně 1,4 K (-272 ° C). Dodávka helia na palubu kosmické lodi byla základním omezením provozní životnosti vesmírné observatoře; původně se předpokládalo, že bude funkční nejméně tři roky.
Herschel nesl tři detektory:
- PACS (Photodetecting Array Camera and Spectrometer)
- Zobrazovací kamera a spektrometr s nízkým rozlišením pokrývající vlnové délky od 55 do 210 mikrometrů . Spektrometr měl spektrální rozlišení mezi R = 1000 a R = 5000 a byl schopen detekovat signály slabé až -63 dB . Fungovalo to jako integrální polní spektrograf , který kombinoval prostorové a spektrální rozlišení. Zobrazovací kamera dokázala zobrazovat současně ve dvou pásmech (60–85 / 85–130 mikrometrů a 130–210 mikrometrů) s detekčním limitem několika milijanských .
- SPIRE (spektrální a fotometrický zobrazovací přijímač)
- Zobrazovací kamera a spektrometr s nízkým rozlišením pokrývající vlnovou délku 194 až 672 mikrometrů. Spektrometr měl rozlišení mezi R = 40 a R = 1000 při vlnové délce 250 mikrometrů a byl schopen zobrazovat bodové zdroje s jasy kolem 100 milijanských (mJy) a rozšířené zdroje s jasy kolem 500 mJy. Zobrazovací kamera měla tři pásma se středem 250, 350 a 500 mikrometrů, každé s 139, 88 a 43 pixely. Dokázal detekovat bodové zdroje s jasem nad 2 mJy a mezi 4 a 9 mJy pro rozšířené zdroje. Prototyp zobrazovací kamery SPIRE letěl na výškovém balónu BLAST . Laboratoř Jet Propulsion Laboratory NASA v Pasadeně v Kalifornii vyvinula a vyrobila bolometry „spider web“ pro tento nástroj, což je 40krát citlivější než předchozí verze. Nástroj Herschel-SPIRE postavilo mezinárodní konsorcium složené z více než 18 ústavů z osmi zemí, z nichž byla hlavním ústavem Cardiff University.
- HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared)
- Heterodynní detektor schopen elektronicky oddělené záření různých vlnových délek, přičemž spektrální rozlišení tak vysoké jako R = 10 7 . Spektrometr byl provozován ve dvou pásmech vlnových délek, od 157 do 212 mikrometrů a od 240 do 625 mikrometrů. Nizozemský institut SRON pro vesmírný výzkum vedl celý proces navrhování, konstrukce a testování HIFI. Za získávání a analýzu dat bylo odpovědné HIFI Instrument Control Center, rovněž pod vedením SRON.
NASA vyvinula a vyrobila pro tento nástroj mixéry, lokální řetězce oscilátorů a výkonové zesilovače. NASA Herschel Science Center , který je součástí infračervené zpracování a analýzu Center, California Institute of Technology, také v Pasadeně, přispěla plánování vědy a software pro analýzu dat.
Servisní modul
Společný servisní modul (SVM) navrhl a postavil Thales Alenia Space ve svém turínském závodě pro mise Herschel a Planck , protože byly sloučeny do jednoho jediného programu.
Strukturálně jsou Herschel a Planck SVM velmi podobné. Oba SVM mají osmiboký tvar a pro oba je každý panel určen k umístění určené sady teplých jednotek, přičemž se berou v úvahu požadavky na odvod tepla různých teplých jednotek, přístrojů i kosmické lodi.
Kromě toho bylo na obou kosmických lodích dosaženo společného návrhu pro systémy avioniky, systémy řízení a měření polohy (ACMS), systémy velení a správy dat (CDMS), energetické subsystémy a sledovací, telemetrickou a velitelskou subsystém (TT&C).
Všechny jednotky kosmických lodí na SVM jsou nadbytečné.
Napájecí subsystém
Na každé kosmické lodi se energetický subsystém skládá ze solárního pole , které využívá solární články se třemi spoji , baterii a jednotku řízení výkonu (PCU). Je navržen pro propojení s 30 sekcemi každého solárního pole, poskytuje regulovanou sběrnici 28 V, distribuuje tuto energii přes chráněné výstupy a zvládá nabíjení a vybíjení baterie.
U společnosti Herschel je solární pole upevněno na spodní části přepážky určené k ochraně kryostatu před sluncem. Tříosý systém řízení polohy udržuje tuto přepážku ve směru ke Slunci. Horní část této přepážky je pokryta zrcadly optického solárního reflektoru (OSR) odrážejícími 98% sluneční energie , čímž se vyhne zahřívání kryostatu.
Řízení polohy a oběžné dráhy
Tuto funkci provádí počítač řízení polohy (ACC), který je platformou pro ACMS. Je navržen tak, aby splňoval požadavky na směrování a otáčení užitečné zátěže Herschel a Planck .
Herschel sonda je tříosý stabilizován . Absolutní chyba ukazování musí být menší než 3,7 úhlové sekundy.
Hlavním senzorem přímé viditelnosti v obou kosmických lodích je sledovač hvězd .
Start a oběžná dráha
Herschel Space Observatory · Země
Kosmická loď postavená v kosmickém středisku Cannes Mandelieu pod vedením vesmírné kontraktační společnosti Thales Alenia byla úspěšně vypuštěna z Guyanského vesmírného střediska ve Francouzské Guyaně 14. května 2009 ve 13:12:02 UTC na palubě rakety Ariane 5 spolu s Planckem kosmická loď a umístěna na velmi eliptickou oběžnou dráhu na cestě k druhému lagraniánskému bodu . Perigeum oběžné dráhy bylo 270,0 km (zamýšleno270,0 ± 4,5 ), apogee 1197 080 km (zamýšleno1 193 622 ± 151 800 ), sklon 5,99 stupňů (zamýšleno6,00 ± 0,06 ).
Dne 14. června 2009 ESA úspěšně zaslala příkaz k otevření kryokrytu, který umožnil systému PACS vidět oblohu a přenášet obrázky během několika týdnů. Víko muselo zůstat zavřené, dokud se dalekohled nedostal do prostoru, aby nedošlo ke kontaminaci.
O pět dní později zveřejnila ESA první sadu testovacích fotografií zobrazujících skupinu M51 .
V polovině července 2009, přibližně šedesát dní po startu, vstoupila na oběžnou dráhu Halo s průměrným poloměrem 800 000 km kolem druhého Lagrangeova bodu (L2) systému Země-Slunce , 1,5 milionu kilometrů od Země.
Objevy
Dne 21. července 2009 bylo uvedení Herschel do provozu prohlášeno za úspěšné, což umožnilo zahájit provozní fázi. Formální předání celkové odpovědnosti Herschela bylo deklarováno od vedoucího programu Thomase Passvogela vedoucímu mise Johannesovi Riedingerovi.
Herschel se zasloužil o objev neznámého a neočekávaného kroku v procesu formování hvězd. Počáteční potvrzení a pozdější ověření pomocí pozemských dalekohledů obrovské díry prázdného prostoru, o které se dříve věřilo, že je temnou mlhovinou , v oblasti NGC 1999 vrhlo nové světlo na způsob, jakým nově vznikající hvězdné oblasti odhazují materiál, který obklopuje jim.
V červenci 2010 vyšlo speciální číslo Astronomy and Astrophysics se 152 příspěvky o počátečních výsledcích z observatoře.
V říjnu 2010 bylo vydáno druhé zvláštní vydání Astronomy and Astrophysics týkající se jediného nástroje HIFI, kvůli jeho technické chybě, která ho v období od srpna 2009 do února 2010 snížila na více než 6 měsíců.
Dne 1. srpna 2011 bylo oznámeno, že molekulární kyslík byl definitivně potvrzen ve vesmíru pomocí Herschel Space Telescope , podruhé vědci našli molekulu ve vesmíru. To bylo dříve hlášeno Odinovým týmem.
Října 2011 zprávě zveřejněné v Nature tvrdí, že Herschel je měření hladiny deuteria v komety Hartley 2 naznačuje, že velká část vody zemského mohl mít původně pocházet z komet dopady. Dne 20. října 2011 bylo oznámeno, že v akrečním disku mladé hvězdy byla objevena studená vodní pára v hodnotě oceánů. Na rozdíl od teplé vodní páry, dříve detekované v blízkosti formujících se hvězd, by studená vodní pára byla schopná vytvářet komety, které by pak mohly přivádět vodu na vnitřní planety, jak se předpokládá pro původ vody na Zemi .
Dne 18. dubna 2013 oznámil tým Herschel v jiném dokumentu Nature , že lokalizoval výjimečnou hvězdokupnou galaxii, která vyprodukovala více než 2 000 hmotností Slunce ročně. Galaxie, nazývaná HFLS3 , se nachází na z = 6,34 a pochází pouze 880 milionů let po Velkém třesku .
Jen několik dní před koncem své mise ESA oznámila, že Herschel je pozorování vedla k závěru, že voda na Jupiteru byla doručena jako důsledek kolize Shoemaker-Levy 9 v roce 1994.
Dne 22. ledna 2014, vědci ESA hlášeny detekci, pro první konečného času, vodní páry na trpasličí planetě , Ceres , největší objekt v pásu asteroidů . Detekce byla provedena za použití daleko-infračervené schopnosti z observatoře Herschel Space . Nález je neočekávaný, protože komety , nikoliv asteroidy , jsou obvykle považovány za „klíčit trysky a chocholy“. Podle jednoho z vědců „se čáry mezi kometami a asteroidy stále více stírají.“
Konec mise
Herschel Space Observatory · Země
Dne 29. dubna 2013, ESA oznámila, že Herschel je zásoba kapalného hélia , který se používá pro chlazení nástroje a detektory na palubě, byly vyčerpány, tak končit své poslání. V době oznámení byl Herschel přibližně 1,5 milionu km od Země. Jelikož je oběžná dráha Herschel v bodě L2 nestabilní, chtěla ESA vést plavidlo po známé trajektorii. Manažeři ESA zvažovali dvě možnosti:
- Umístěte Herschel na heliocentrickou oběžnou dráhu, kde by se setkala se Zemí nejméně několik set let.
- Navádějte Herschela na cestu směrem k Měsíci, kde dojde ke zničení vysokorychlostní srážky, která by pomohla při hledání vody na měsíčním pólu . Herschel by dosáhl na Měsíc asi 100 dní.
Manažeři si vybrali první možnost, protože byla méně nákladná.
Dne 17. června 2013 byla společnost Herschel zcela deaktivována, její palivové nádrže byly násilně vyčerpány a palubní počítač byl naprogramován tak, aby ukončila komunikaci se Zemí. Poslední velení, které přerušilo komunikaci, bylo odesláno z Evropského střediska pro vesmírné operace (ESOC) v 12:25 UTC.
Fáze po operaci mise pokračovala až do roku 2017. Hlavními úkoly byly konsolidace a zdokonalení kalibrace přístroje, zlepšení kvality dat a zpracování dat, vytvoření souboru vědecky ověřených dat.
Po Herschelovi
Následující Herschel ‚s zániku, někteří evropští astronomové snažili o společném evropském japonské Spica daleko infračervené observatoře projektu, stejně jako pokračující spolupráci ESA v NASA James Webb Space Telescope . James Webb pokryje spektrum blízkého infračerveného záření od 0,6 do 28,5 µm a SPICA pokryje spektrum středního až vzdáleného infračerveného spektra mezi 12–230 µm. Zatímco Herschel ‚s závislost na kapalné helium chladicí kapaliny k omezené životnosti konstrukce na zhruba tři roky, mechanické Joule-Thomson chladiče na palubě Spica by se spoléhal na‚chlad‘hlubokého vesmíru, který umožňuje výživu kryogenických teplotách po delší dobu čas. Citlivost SPICA měla být o dva řády vyšší než Herschel .
NASA navrhovaný Origins Space Telescope (OST) by také pozoroval ve vzdáleném infračerveném pásmu světla. Evropa vede studii pro jeden z pěti nástrojů OST, Heterodynový přijímač pro OST (HERO).
Viz také
- Pole Atacama Large Millimeter Array (ALMA)
- DustPedia
- Vesmírný dalekohled Jamese Webba , který bude zahájen kolem roku 2021
- Seznam největších optických odrážejících dalekohledů
- Seznam kosmických dalekohledů
- SPICA
Reference
Další čtení
- Harwit, M. (2004). „Herschelova mise“. Pokroky ve vesmírném výzkumu . 34 (3): 568–572. Bibcode : 2004AdSpR..34..568H . doi : 10.1016 / j.asr.2003.03.026 .
- Dambeck, Thorsten (květen 2009). „Jedno vypuštění, dva noví průzkumníci: Planckova příprava k disekci velkého třesku“. Obloha a dalekohled . 117 (5): 24–28.