Kosminiai teleskopai

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA – įvairiausi teleskopai stebi Visatą

Teleskopas yra…

Pasak enciklopedijų teleskopas yra prietaisas kosminių objektų spinduliuotei surinkti, atvaizdui sukurti ir perduoti į registravimo aparatūrą. Jau beveik 100 automatizuotų prietaisų laksto Žemės ar Saulės orbitomis ir stebi kosmosą palankiausiomis sąlygomis, aprėpdami įvairiausias elektromagnetines spinduliuotes. Kaip ir paprasti žiūronai, „priartinantieji“ stebimą objektą ir padidinantieji jo atvaizdą, kosminiai teleskopai daro tai tobuliausiai. Jiems netrukdo debesys ir kitokie atmosferos neskaidrumai, nei pramoninės ar buitinės aplinkos trikdžiai. Prie palankių sąlygų priskirtina ir kosmose vyraujanti žema temperatūra, nes į teleskopą patenka mažiau pašalinių šilumos spinduliuočių, galinčių iškraipyti stebimo tolimo objekto silpną signalą ir atvaizdą. Kaip taisyklė, kosminiai teleskopai turi kriogenines ir termoizoliacines sistemas. Svarbiausios savybės yra skyra (geba atskirti atvaizdo smulkiausias detales, dažniausiai reiškiama matymo kampu, pvz 5‘‘; spektroskopo – atstumu tarp dviejų gretimų spektro linijų) ir skverbties geba (silpniausių įmanomų stebėti šviesulių spindesys pagal ryškių skalę).

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, Hubble Space telescopeHablo teleskopo schema

Komptono teleskopas

Nuo 1991 m. Komptono teleskopas (Compton Gamma Ray Observatory, masyviausias – 17 t) registravo gama-kvantus 30 keV – 30 GeV diapazone ir aptiko radioaktyvaus aliuminio-26 spektrinę spinduliuotę, skleidžiamą sprogstančių supernovų. Užfiksavo per 3 tūkst gama pliūpsnių ir sudarė >100 MeV žvaigždėlapį. Veikė iki 2000 metų, nusileido į Žemės atmosferą ir sudegė.

A. Compton (1892-1962) – fizikas, kosminių spindulių tyrėjas, 1922 m. atradęs elektronais sklaidomos Rentgeno spinduliuotės dažnio kaitos efektą (1927 m. Nobelio premija).

Neprilygstamasis Hablas

Bene labiausiai išgarsintas Hablas (Hubble Space Telescope, juo pasinaudojo 3900 astronomų) jau 15 metų stebi Saulės sistemos planetas, gimstančias žvaigždes kitose galaktikose. Atrado net už 13,2 mlrd šviesmečių esančias mėlynasias žvaigždes, Neptūno 14-ąjį palydovą S/2004 N1 (18 km skersmens). Nors ir keturis kartus remontuotas (III-asis remontas, IV-asis remontas), pateikė apie 40000 objektų 1 mln atvaizdų (viso per 50 Tb informacijos).

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, hubbleHablo teleskopas

2012 metais JAV karinių šnipinėjimo palydovų organizacija NRO (National Reconnaissanse Office) padovanojo NASA du specialius palydovus KH-11(Kennen). Jie tapo nereikalingi. Veidrodžiai palydovuose yra kaip ir Hablo teleskope – 2.4 m, tačiau naudojama adaptyvinė optika ir lyginant su Hablo teleskopu, jų matymo laukas yra didesnis. Aišku, abu palydovus reikia pritaikyti astrofizikiniams stebėjimams.

E. P. Hubble (1889-1953) – galaktikų fizikos tyrimų pradininkas, sukūręs jų tolėjimo greičio formulę v=H.D.

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, Edvin HubbleEdvinas Hablas

Čandra ir Niutonas stebi rentgeno spindulius

1999 m. į orbitas aplink Žemę iškilo rentgeninio diapazono teleskopai Čandra (Chandra X-ray Observatory, 1.2/0.6 m veidrodžiai) ir Niutonas (XMM-Newton – X-ray Multi Mirror). Pastarojo skyra – mažesnė (15‘‘), tačiau geresnė skverbties geba, nes sujungti trys identiški teleskopai turi po 58 veidrodinius sluoksnius iš 1 mm storio auksuotų lakštų. Unikalusis Niutonas yra didžiausias Europos šios rūšies prietaisas, turi tobuliausią konstrukciją ir kameras. Jis pirmasis pradėjo matuoti neutroninių žvaigždžių gravitaciją (milijonus kartų intensyvesnę nei Žemės) ir jos įtaką spinduliuotėms. 2010 m. užfiksavo dviejų grupinių galaktikų su milijardais žvaigždžių susidūrimą. NASA prisidėjo prie misijos instrumentinės dalies mainais į 30% stebėjimo laiko su šiuo įrenginiu.

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, XMM-NewtonNiutono teleskopo maketas

I. Newton (1643-1727) – vienas garsiausių fizikų, sukūręs klasikinės mechanikos pagrindus ir dėsnius. Optikoje pirmasis įrodė baltą šviesą esant mišiniu, 1668 m. sukonstravo teleskopą refraktorių, išsprendė dangaus mechanikos problemas.

Sutrumpintas Čandra

1931-aisiais dvidešimtmetis indų kilmės studentas Subramanjanas Čandrasekaras (Subrahmanyan Chandrasekhar, 1910-1995) paskelbė novatorišką teriją, kuri 1983 metais (po 52 metų) įvertinta Nobelio premija už teorines ir eksperimentines fizikinių procesų svarbos žvaigždžių struktūroje ir evoliucijoje studijas. Svarbiausieji S.Čandrasakerio darbai: „Žvaigždžių struktūros tyrimo įvadas“ (An Introduction to the Study of Stellar Structure) 1939 m. (Baltųjų nykštukių teorija), „Žvaigždžių dinamikos dėsniai“ (Principles of Stellar Dynamics) 1942 m. (Žvaigždžių dinamika), „Spinduliuotės pernaša“ (Radiative Transfer) 1950 m. (Spinduliuotės pernašos žvaigždžių ir planetų atmosferose), „Matematinė juodųjų skylių teorija“ (Mathematical Theory of Black Holes) 1983 m. (Juodųjų skylių matematinė teorija).

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, Chandra X-ray ObservatoryČandra teleskopas

Spitzer teleskopas

Spiceris (Spitzer Space Telescope, Spitzer) nuo 2003 m. stebi galaktikas, supermasyvių juodųjų skylių centrus, žvaigždžių ir planetų raidą infraraudonosios 3-180 mikrometrų diapazono spinduliuotės instrumentais. 2009 m. baigėsi šaldalo atsargos, bet kai kurie instrumentai tebeveikia. Dalyvaujant lenkų astronomams atrado milžinišką dujinę planetą, pavadintą OGLE-2014-BLG-0124L (instagram.com/p/5xvf621aJA) ir esančią net už 13 tūkst šviesmečių bei daug artimesnių objektų, pvz uolėtą egzoplanetą HD219134b Kasiopėjos žvaigždyne netoli Šiaurinės. Nemaža naujovių – ir pačiame Spiceryje; ypač patobulintos kriogeninė sistema, sumažinant masę nuo 5,7 t pirminiame projekte iki 0,95 t, ir optinė sistema iš berilio, palengvinusi iki 50 kg. Spicerio sandara yra būdinga daugumai kosminių teleskopų: pamatinis rėmas (o84x20 cm) su instrumentais ir elektronika bei orientavimo ir stabilizavimo sistema; kriogeninė sistema; korpusas su gaubtu; pats teleskopas; spektrografas iš 2 dalių (šaldomos ir ne); du Saulės elementų skydai (3 m ilgio 0,43 kW). Turi net ir 11,7 kg hidrazino varytuviukams.2014 metų Spicerio teleskopo biudžetas buvo 16.5 mln. USD.

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, Spitzer telescopeSpicerio teleskpas

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, OGLE-2014-BLG-0124LbOGLE-2014-BLG-0124Lb vieta mūsų Galaktijoje

L. Spitzer (1914-97) – astrofizikas, 1946 m. pirmasis pasiūlęs kosminio teleskopo idėją.

Fermi ir Herschel teleskopai

Gama spinduliuočių tyriklis Fermis (Fermi Gamma-ray Space Telescope) stebi aktyvių galaktikų branduolius, pulsarus ir jų galimus ryšius su tamsiaja materija. Aptiko gama-pulsarą Cefėjos žvaigždyne (už 4600 šviesmečių) ir gama-pliūpsnį GRB 080916C (už 12 mlrd šviesmečių). Gigantiškų „Fermio burbulų“ (25 tūkst šviesmečių skersmens) spinduliuotės spektro specifiką gali lemti nematomos 10-50 kartų masyvesnės už protoną dalelės (gal tamsiosios materijos?).

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, GLAST Fermi Gamma-ray Space TelescopeFermi teleskopo surinkimo momentas

E. Fermi (1901-54) – fizikas, tyręs atomų branduolius, kūręs pirmąjį atominį reaktorių (1938 m. Nobelio premija už naujų radioaktyvių elementų atradimą).

2009 m. buvo nugabenti į vadinamąjį Lagranžo L2 tašką Žemės šešėlin ir pradėjo veikti didžiausias infraraudonos spinduliuotės teleskopas Heršelis (Herschel Space Observatory) bei kiek mažesnis mikrobanginės spinduliuotės Plankas (Planck Observatory). Jų instrumentams būtinas ypač gilus šaltis: 1,65 K Heršelyje ir 20 K (30-70 GHz instrumentui) bei 0,1 K (100-857 GHz instrumentui). Kriogeninėse sistemose naudojamas helis ir jo izotopai; Heršelyje – net 2160 litrų, o Planke – 3He bei 4He atsargos trijų metų funkcionavimui. Planko aktyviąją šaldymo sistemą sudaro du vandeniliniai šaldytuvai (iki 18 K ir 20 K) su šešiais kompresoriais, Džaulio ir Tomsono šaldytuvas (iki 4 K) ir 3He/ 4He mišinio šaldytuvas (iki 0,1 K – bene giliausio šalčio visatoje). Svarbiausios užduotys buvo kosminių dulkių tyrimas 50-80 mln šviesmečių spinduliu (Heršeliui ties 223 katalogizuotomis galaktikomis) ir reliktinės spinduliuotės matavimas Visatos susidarymo bei vystymosi mįslėms aiškinti (Plankui). Kai kurie rezultatai vaizduojami sci.esa.int/planck/53104-cosmic-structure/ – kosminis mikrobangų fonas, tamsiosios materijos pasiskirstymas, infraraudonojo fono kaita. Planko teleskopui NASA parūpino įrangos mainais į stebėjimų laiką. 2013 metais Planko observatorija buvo išjungta, bet surinktų duomenų analizė, susijusi su Visatos kilme, vis dar tęsiama.

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, Herschel-space-observatory-artHeršelio teleskopas

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, Planck Observatory 2006Planko teleskopas

Kepleris ieško planetų

Kepleris (Kepler Mission) yra NASA kosminė observatorija su 1 m skersmens veidrodžiu, apimančiu 12° skersmens dangaus plotą. Misijos tikslas – maždaug trejus su puse metų nuolat stebėti 170 tūkstančių žvaigždžių ir ieškoti gyvybei galimai tinkančių planetų. Stebėjimų duomenis apdorojo ir tyrė daugiau nei 200 mokslininkų iš 50 skirtingų institucijų visame pasaulyje. Tyrimuose dalyvavo ir Vilniaus Universiteto Teorinės fizikos ir astronomijos instituto astronomai. 2016 metų vasarį, pagal apdorotus duomenis, Kepler observatorija buvo atradusi per 1039 patvirtintų planetų ir 4706 kandidačių į planetas. 2019 metais, po Kepler misijos pabaigos, atrastų egzoplanetų skaičius yra 2344.

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, Kepler observatorKeplerio teleskopas

Johannes Kepler – vokiečių astronomas bei matematikas, suformulavęs dėsnius, XVII a. padariusius perversmą astronomijos moksle. I.Niutonas, remdamasis Keplerio dėsniais, suformulavo gravitacijos dėsnį.

J. F. W. Hershel (1792-1871) ir jo sūnus F. W. Hershel (1738-1822) buvo žymūs astronomai, dukra Caroline dalyvavo kaip matematikė. Sūnus pats liejo, šlifavo lęšius bei veidrodžius, gamino teleskopus, pritaikė fotografavimą, išrado poliarizatorių, pirmasis atrado nematomą spektro dalį, vėliau pavadintą infraraudonaja.

M. Planck (1858-1947) – fizikas, kvantinės mechanikos pradininkas, 1900 m. atradęs spinduliuočių plitimą kvantais ir suformulavęs dėsnį (1918 m. Nobelio premija).

Planko ir WISE teleskopai

Planko darbiniame modulyje telpa pats teleskopas su pirminiu 1,5 m skersmens ir antriniu 1 m veidrodžiais, surenkančiais mikrobanginę spinduliuotę bei kriogeniniai įrenginiai, o tarnybiniame – elektros generavimo, kaupimo, paskirstymo bei kondicionavimo sistemos, erdvėlaivio padėties ir orbitos valdikliai su hidrazininiais varytuviukais, duomenų apdorojimo ir perdavimo aparatūra.

Rudųjų nykštukių, asteroidų bei kometų medžioklis WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) atrado per 33 tūkst. naujų asteroidų ir kometų, t.sk. pirmąjį trojaninį 2010 TK7. Jis yra lyg antrasis Mėnulis, bet mažas (300 m skersmens) ir sukasi aplink Saulę rezonansine orbita tarp L4 ir L5 taškų. Tikimasi atrasti dar bent 150 vadinamųjų artimųjų Žemei objektų.

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIA, Wide field Infrared Survey ExplorerWISE teleskopas

Astrometrinis teleskopas GAIA

GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) nuo 2013 m. orbituoja aplink Saulę ir siunčia duomenis 1 mlrd žvaigždžių (šviesesnių nei 20 ryškis) 3D žvaigždėlapiui sudaryti.GAIA prietaisai matuoja žvaigždžių koordinates, spektrus (pagal juos galima sužinoti žvaigždės temperatūrą, masę ir amžių) ir judėjimo greičius bei kiekvieną dieną per 8 valandas persiunčia į Žemę apie 60 Gb neapdorotų duomenų maždaug 8.7-7.5 Mbit/s greičiu. GAIA nuo Žemės nutolusi apie 1.5 mln kilometrų.

Teleskopas, Compton, Chandra, Fermi, GAIAGAIA teleskopas

Kai kurių kosminių teleskopų duomenys

Pavadinimas Masė, t Matmenys, m Orbita, km Vertė, mlrd € Misijos pradžia - pabaiga Diapazonas Organizacija
Hubble 11,6 o4.3x13.1 586-610 2.24 1990 Regimasis, ultravioletinis, artimasis infraraudonasis NASA, ESA
Chandra 4.79 o4.2x14 9942-140000 1.48 1999 Rentgeno NASA
Newton 3.8 3x10.8 7365-114000 0.689 1999-2018 Rentgeno ESA
Spitzer 0.95 1.5x4 heliocentrinė 0.645 2003 Infraraudonasis NASA
Fermi (GLAST) 4.3 555 0.176 2008 Gama NASA
Kepler 1.05 2.7x4.7 L2 0.493 2009 Regimasis NASA
Hershel 3.3 4.5x9 L2 1.257 2009-2013 Tolimasis infraraudonasis ESA, NASA
Planck 1.95 4.2x4.2 L2 0.77 2009-2013 Mikrobangos ESA
WISE 0.66 2.8x2x1.7 488-494 0.287 2009-2012 Infraraudonasis NASA
GAIA 2.03 4.6x2.3 L2 0.74 2013-2019 Regimasis ESA
Webb 6.5 20.1x7.2 L2 4.048 2018 Artimas infraraudonasis NASA, ESA
Edit


Komentarai apie “Kosminiai teleskopai”

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *