Great Observatories-programmet - Great Observatories program

Fyra stora observatorier

NASA : s serie Great Observatories- satelliter är fyra stora, kraftfulla rymdbaserade astronomiska teleskop som lanserades mellan 1990 och 2003. De byggdes med annan teknik för att undersöka specifika våglängd / energiområden i det elektromagnetiska spektrumet : gammastrålar , röntgenstrålar , synliga. och ultraviolett ljus och infrarött ljus .

  • Den Spitzer utrymmeteleskop (SST) observerade den infraröda spektrumet. Den lanserades 2003 ombord på en Delta II-raket i en jordslingande solbana. Tömning av dess flytande heliumkylvätska under 2009 minskade dess funktionalitet och lämnade den bara med två kortvågvågslägesmoduler. Den togs bort från tjänsten och placerades i säkert läge den 30 januari 2020.

Stora observatorier

Hubble-rymdteleskopet och Chandra röntgenobservatorium fortsätter att fungera från och med april 2021.

Hubble var ursprungligen avsedd att hämtas och återvände till jorden av rymdfärjan , men hämtningsplanen övergavs senare. Den 31 oktober 2006 gav NASA-administratören Michael D. Griffin klarsignal för ett slutligt renoveringsuppdrag. 11-dagars STS-125- uppdrag av rymdfärjan Atlantis , som lanserades den 11 maj 2009, installerade nya batterier, bytte ut alla gyroskop, bytte ut en kommandodator, fixade flera instrument och installerade Wide Field Camera 3 och Cosmic Origins Spectrograph .

Ett av de tre gyroskopen på Compton Gamma Ray Observatory misslyckades i december 1999. Även om observatoriet var helt funktionellt med två gyroskop bedömde NASA att ett andra gyroskop skulle misslyckas skulle leda till oförmåga att kontrollera satelliten under dess eventuella återkomst till jorden på grund av orbital förfall. NASA valde istället att förebyggande de-kretsa om Compton den 4 juni 2000. Delar som överlevde återinträde stänkte ut i Stilla havet .

Spitzer var den enda av de stora observatorierna som inte lanserades av rymdfärjan. Det var ursprungligen tänkt att vara så lanseras, men efter Challenger katastrofen , den Centaur LH2 / LOX övre steget som skulle ha krävts för att driva den i en heliocentrisk bana förbjöds Shuttle användning. Launchbilar från Titan och Atlas avbröts av kostnadsskäl. Efter redesign och blixtlansering lanserades den istället av ett Delta II- startfordon . Det kallades Space Infrared Telescope Facility (SIRTF) före lanseringen.

Programmets historia

Hubble-rymdteleskopet

Hubble-rymdteleskopets historia kan spåras tillbaka till 1946, när astronomen Lyman Spitzer skrev tidningen Astronomiska fördelar med ett utomjordiskt observatorium . Spitzer ägnade mycket av sin karriär till att driva på ett rymdteleskop.

1966–1972 Orbiting Astronomical Observatory- uppdrag visade den viktiga roll som rymdbaserade observationer kunde spela i astronomi. 1968 utvecklade NASA fasta planer för ett rymdbaserat reflekterande teleskop med en 3-metersspegel, känd preliminärt som Large Orbiting Telescope eller Large Space Telescope (LST), med en lansering planerad till 1979. Kongressen godkände så småningom finansiering på 36 US $ miljoner för 1978, och utformningen av LST började på allvar, med sikte på ett lanseringsdatum 1983. Under början av 1980-talet fick teleskopet sitt namn efter Edwin Hubble .

Gammastrålningsprogram

Profiler av Gamma Ray-skurar inspelade av CGRO.

Gamma-strålar hade undersökts ovanför atmosfären av flera tidiga rymduppdrag. Under sitt observationsprogram för hög energi astronomi 1977 tillkännagav NASA planer på att bygga ett "stort observatorium" för gammastrålastronomi . Gamma Ray Observatory (GRO), bytt namn till Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO), utformades för att dra nytta av de stora framstegen inom detektorteknik under 1980-talet. Efter 14 års ansträngning lanserades CGRO den 5 april 1991.

Chandra röntgenobservatoriets historia

1976 föreslogs Chandra röntgenobservatorium (kallad AXAF vid den tiden) till NASA av Riccardo Giacconi och Harvey Tananbaum . Förarbetet började året därpå vid Marshall Space Flight Center (MSFC) och Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). Under tiden lanserade NASA 1978 det första röntgenteleskopet, Einstein Observatory (HEAO-2), i omloppsbana. Arbetet med Chandra-projektet fortsatte genom 1980- och 1990-talet. 1992, för att minska kostnaderna, designades rymdfarkosten om. Fyra av de tolv planerade speglarna eliminerades, liksom två av de sex vetenskapliga instrumenten. Chandras planerade omlopp ändrades till en elliptisk, och nådde en tredjedel av vägen till månens längsta punkt. Detta eliminerade möjligheten till förbättring eller reparation av rymdfärjan men placerade observatoriet ovanför jordens strålningsbälten under större delen av sin bana.


Spitzer historia

I början av 1970-talet började astronomer överväga möjligheten att placera ett infrarött teleskop ovanför de dolda effekterna av jordens atmosfär . De flesta av de tidiga begreppen, tänkte upprepade flygningar ombord på NASA Space Shuttle. Detta tillvägagångssätt utvecklades i en tid då Shuttle-programmet antogs kunna stödja veckovisa flygningar med upp till 30 dagars varaktighet. 1979 identifierade ett National Research Council från National Academy of Sciences- rapporten, A Strategy for Space Astronomy and Astrophysics for the 1980s , en Shuttle Infrared Telescope Facility (SIRTF) som "en av två stora astrofysikanläggningar [som ska utvecklas] för Spacelab , "en transportburen plattform.

Lanseringen av den infraröda astronomiska satelliten , en Explorer-klassens satellit som utformats för att genomföra den första infraröda undersökningen av himlen ledde till förväntan på ett instrument med ny infraröd detektorteknik. I september 1983 övervägde NASA "möjligheten till SIRTF-uppdrag" [free-flyer] för en lång varaktighet ". 1985 års Spacelab-2- flygning ombord STS-51-F bekräftade att Shuttle-miljön inte passade bra för ett infrarött teleskop ombord, och en frittflygande design var bättre. Det första ordet i namnet ändrades från Shuttle så det skulle kallas Space Infrared Telescope Facility .

Stora observatorium ursprung

Begreppet ett Great Observatory-program föreslogs först i NRC-rapporten 1979 "A Strategy for Space Astronomy and Astrophysics for the 1980s". Denna rapport lade den grundläggande grunden för Great Observatories och leddes av Peter Meyer (fram till juni 1977) och sedan av Harlan J. Smith (genom publicering). I mitten av 1980-talet avancerade det vidare av alla astrofysiska avdelningsdirektörer vid NASAs huvudkontor , inklusive Frank Martin och Charlie Pellerin. NASA: s "Great Observatories" -program använde fyra separata satelliter, var och en utformad för att täcka en annan del av spektrumet på sätt som markbundna system inte kunde. Detta perspektiv gjorde det möjligt för de föreslagna röntgen- och infraröda observatorierna att ses som en fortsättning på det astronomiska programmet som inleddes med Hubble och CGRO snarare än konkurrenter eller ersättare.

Styrkor

Chandra, Hubble och Spitzer sammansatt bild av Crab Nebula (2009)

Varje observatorium var utformat för att driva teknikens tillstånd i sitt avsedda våglängdsområde. Eftersom jordens atmosfär förhindrar röntgenstrålar , gammastrålning och långt infraröd strålning från att nå marken var rymduppdrag avgörande för observatorierna Compton, Chandra och Spitzer.

Hubble drar också nytta av att vara över atmosfären, eftersom atmosfären suddar ut markbaserade observationer av mycket svaga föremål, vilket minskar den rumsliga upplösningen (dock ljusare föremål kan avbildas i mycket högre upplösning än av Hubble från marken med astronomiska interferometrar eller adaptiv optik ). Större, markbaserade teleskop har nyligen matchat Hubble i upplösning för nästan infraröda våglängder för svaga föremål. Att vara över atmosfären eliminerar problemet med luftglöd , så att Hubble kan göra observationer av ultrafaga föremål. Markbaserade teleskop kan inte kompensera för luftglöd på ultrafaga föremål, så mycket svaga föremål kräver otympliga och ineffektiva exponeringstider. Hubble kan också observera vid ultravioletta våglängder som inte tränger igenom atmosfären.

Compton observerades i gammastrålar, som inte tränger igenom den lägre atmosfären. Det var mycket större än några gammastrålningsinstrument som flög på de tidigare HEAO- uppdragen och öppnade helt nya observationsområden. Den hade fyra instrument som täckte energiområdet 20 keV till 30 GeV , vilket kompletterade varandras känslighet, upplösningar och synfält. Gammastrålar avges av olika källor med hög energi och hög temperatur, såsom svarta hål , pulsarer och supernovor .

Chandra hade inte heller några föregångare. Det följde de tre NASA HEAO-programmets satelliter, särskilt den mycket framgångsrika Einstein Observatory , som var den första som visade kraften i beteincidens, med fokus på röntgenoptik , vilket gav rumslig upplösning en storleksordning bättre än kollimerade instrument (jämförbara med optiska teleskop), med en enorm förbättring av känsligheten. Chandras stora storlek, höga omlopp och känsliga CCD-enheter tillät observationer av mycket svaga röntgenkällor.

Spitzer observerar också vid våglängd till stor del oåtkomlig för markteleskop. Det föregicks i rymden av NASA: s mindre IRAS- uppdrag och European Space Agency (ESA) stora ISO- teleskop. Spitzers instrument utnyttjade de snabba framstegen inom infraröd detektorteknologi sedan IRAS, i kombination med dess stora bländare, gynnsamma synfält och långa livslängd. Vetenskapliga avkastningar har följaktligen varit enastående. Infraröda observationer är nödvändiga för mycket avlägsna astronomiska föremål där allt synligt ljus förskjuts till infraröda våglängder, för svala föremål som avger lite synligt ljus och för regioner som optiskt döljs av damm.

Påverkan

Alla fyra teleskop har haft en betydande inverkan på astronomin. Öppningen av nya vågband för högupplösta, högkänsliga observationer av Compton, Chandra och Spitzer har revolutionerat vår förståelse av ett brett spektrum av astronomiska föremål och har lett till upptäckten av tusentals nya intressanta objekt. Hubble har haft en mycket större påverkan på allmänheten och media än de andra teleskopen, även om Hubble vid optiska våglängder har gett en mer blygsam förbättring av känslighet och upplösning jämfört med befintliga instrument. Hubbles förmåga för enhetlig högkvalitetsavbildning av vilket astronomiskt objekt som helst har möjliggjort exakta undersökningar och jämförelser av ett stort antal astronomiska objekt. De Hubble Deep Field observationer har varit mycket viktig för studier av avlägsna galaxer, eftersom de ger vila-ram ultravioletta bilder av dessa objekt med ett liknande antal pixlar över galaxerna som tidigare ultravioletta bilder av närmare galaxer, vilket gör direkt jämförelse. Den James Webb-teleskopet kommer att ge en ännu större steg framåt, som ger vila-frame synliga ljusbilder av även mer avlägsna galaxer som direkt kan jämföras med bilder av närliggande galaxer vid synliga ljusvåglängder.

Synergier

En märkt rymdbild som jämför vyer av en supernovarest av tre olika stora observatorier.

Bortsett från inneboende uppdragsfunktioner (särskilt känslighet, som inte kan replikeras av markobservatorier), tillåter Great Observatories-programmet uppdrag att interagera för större vetenskaplig återkomst. Olika objekt lyser i olika våglängder, men att träna två eller flera observatorier på ett objekt möjliggör en djupare förståelse.

Högenergistudier (i röntgen- och gammastrålning) har hittills endast haft måttliga bildupplösningar. Att studera röntgen- och gammastrålningsobjekt med Hubble, liksom Chandra och Compton, ger exakt storlek och positionsdata. I synnerhet kan Hubbles upplösning ofta urskilja om målet är ett fristående objekt eller en del av en modergalax, och om ett ljust objekt ligger i en spiralgalaxs kärna, armar eller gloria . På samma sätt innebär den mindre bländaren för Spitzer att Hubble kan lägga till finare rumslig information till en Spitzer-bild.

Ultravioletta studier med Hubble avslöjar också de temporala tillstånden för högenergiobjekt. Röntgenstrålar och gammastrålar är svårare att upptäcka med nuvarande teknik än synliga och ultravioletta. Därför behövde Chandra och Compton långa integrationstider för att samla tillräckligt med fotoner. Objekt som lyser i röntgen- och gammastrålning kan emellertid vara små och kan variera på tidsskalor på minuter eller sekunder. Sådana objekt kräver sedan uppföljning med Hubble eller Rossi X-ray Timing Explorer , som kan mäta detaljer i vinkelsekunder eller bråkdelar av en sekund på grund av olika mönster. Rossis sista hela verksamhetsår var 2011.

Spitzers förmåga att se igenom damm och tjocka gaser är bra för galaktiska kärnobservationer. Massiva föremål i hjärtat av galaxer lyser i röntgenstrålar, gammastrålar och radiovågor, men infraröda studier i dessa grumlade regioner kan avslöja föremålens antal och positioner.

Hubble har emellertid varken synfältet eller den tillgängliga tiden att studera alla intressanta objekt. Värdefulla mål finns ofta med markteleskop, som är billigare, eller med mindre rymdobservatorier, som ibland uttryckligen är utformade för att täcka stora delar av himlen. Dessutom har de andra tre stora observatorierna hittat intressanta nya föremål som förtjänar avledning av Hubble.

Ett exempel på observatoriets synergi är solsystem och asteroidstudier . Små kroppar, som små månar och asteroider, är för små och / eller avlägsna för att kunna lösas direkt även av Hubble; deras bild visas som ett diffraktionsmönster bestämt av ljusstyrka, inte storlek. Minsta storlek kan dock dras av Hubble genom kunskap om kroppens albedo . Den maximala storleken kan bestämmas av Spitzer genom kunskap om kroppens temperatur, som i stor utsträckning är känd från sin omloppsbana. Således är kroppens verkliga storlek inom parentes. Ytterligare spektroskopi av Spitzer kan bestämma den kemiska sammansättningen av objektets yta, vilket begränsar dess möjliga albedos, och därför skärper den uppskattade låga storleken.

I den motsatta änden av den kosmiska avståndsstegen har observationer gjorda med Hubble, Spitzer och Chandra kombinerats i Great Observatories Origins Deep Survey för att ge en bild med flera våglängder av galaxbildning och utveckling i det tidiga universum .

  • Sen 1991: Drift av både Hubble och Compton
  • Sent 1999: Operation av Hubble, Compton och Chandra
  • Mitten av 2000: Drift av Hubble och Chandra
  • Sent 2003: Operation av Hubble, Chandra och Spitzer
  • Tidigt 2020: Operation av Hubble och Chandra

Synergistiska upptäckter

När stora observatorier arbetade tillsammans för att göra speciella upptäckter eller observationer:

Rapporterade i mars 2016 användes Spitzer och Hubble för att upptäcka den mest kända galaxen, GN-z11 . Detta objekt sågs som det visade sig för 13,4 miljarder år sedan. ( Lista över de mest avlägsna astronomiska föremålen )

Efterföljare till GO-instrument

IXO betraktades som en möjlig framtida röntgenobservatorium.
  • James Webb Space Telescope (JWST) - tidigare känd som NGST (Next Generation Space Telescope) beräknas starta i oktober 2021 och kommer att arbeta samtidigt med Hubble tills dess uppdrag slutar. Den segmenterade, utplacerade spegeln kommer att vara över dubbelt så bred, vilket ökar vinkelupplösningen märkbart och känslighet dramatiskt. Till skillnad från Hubble kommer JWST att observera i det infraröda, för att tränga in i damm på kosmologiska avstånd. Detta innebär att det kommer att fortsätta vissa Spitzer-funktioner, medan vissa Hubble-funktioner kommer att gå förlorade i de synliga och speciellt ultravioletta våglängderna. JWST kommer att överträffa Spitzers prestanda inom nära-infraröd, och Europeiska rymdorganisationens Herschel Space Observatory , som är i drift från 2009 till 2013, har överskridit Spitzer i det långt infraröda. SOFIA ( Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy ) luftburna plattformen observeras i nära och mellersta infraröd. SOFIA har en större bländare än Spitzer, men lägre relativ känslighet.
  • Den Fermi Gamma-ray Space Telescope , tidigare GLAST, Gamma Ray Large Area Space Telescope, är en fortsättning på Compton lanserades den 11 juni 2008. GLAST är snävare definition, och mycket mindre; den kommer bara att bära ett huvudinstrument och ett sekundärt experiment. Andra uppdrag, som HETE-2 , som lanserades 2000 och Swift , som lanserades 2004, kommer att komplettera GLAST. Den Reuven Ramaty High Energy Solar Spektroskopiska Imager (RHESSI), som lanserades 2002, har påpekat i vissa Compton och Chandra våglängder, men pekar på solen hela tiden. Ibland observerar den högenergiföremål som råkar vara i utsikten runt solen .
  • Ett annat stort observatorium med hög energi är INTEGRAL , Europas INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory, som lanserades 2002. Det observeras i liknande frekvenser som Compton. INTEGRAL använder en helt annan teleskopteknik, kodade bländarmasker. Således är dess kapacitet kompletterande med Compton och Fermi.
Calisto-arkitekturen för SAFIR var ett koncept för ett framtida långt infrarött teleskop

Senare program

Nästa Great Observatory

År 2016, NASA började överväger fyra olika Flagship rymdteleskop , de är inflyttnings Exoplanet Imaging Mission (HabEx), Large UV Optical Infraröd Surveyor (LUVOIR) Origins Space Telescope (OST) och Lynx X-ray Observatory . År 2019 kommer de fyra lagen att överlämna sina slutrapporter till National Academy of Sciences , vars oberoende Decadal Survey- kommitté ger NASA råd om vilket uppdrag som ska prioriteras högst. Urvalet skulle äga rum 2021 och starta ungefär 2035.

Galleri

  • Hubble-rymdteleskopet

  • Compton Gamma Ray Observatory illustration

  • Compton Gamma Ray Observatory, 1991

  • Chandra i rymdfärjebukten på jorden

  • Spitzer on Earth beredd för lansering

Se även

Anteckningar och referenser

externa länkar