Skyringiausia astrometrinė observatorija

GAIA, CCD

GAIA, CCD – Europos Kosminė agentūra tyrinėja žvaigždes

GAIA tęsia Hypparcos darbus

GAIA, CCD

Bendras GAIA teleskopo vaizdas

Turėdamas 938 Mpx CCD matricą (CCD – charge coupled device, krūvio sąsajos įtaisas) GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophycics – astrometrinis interferometras) yra pastabiausias geriausios skyros aparatas (Kepler – tik 95 Mpx), pratęsiantis Europos Kosminės Agentūros Hypparcos projekto darbus.

Skyra (skiriamoji geba) – stebėjimo sistemos geba atskirti (matyti) kuo smulkesnes detales. CCD matricos atvaizdo mažiausias elementas yra maždaug 1 nm molekulė.

Astroskopas (astron – žvaigždė + skopeo – stebiu) – kosminis prietaisas tolimųjų objektų atvaizdams padidinti ir įrašyti (dažniausiai – robotizuotas).

Astrometrija nustato dangaus šviesulių koordinates bei jų kitimą. Kitimas atsiranda dėl stebėtojo padėties ir judėjimo, atmosferos įtakos bei stebėjimo prietaisų konstrukcijos. Taip pat astrometrija pagal paralaksus nustatinėja nuotolius iki šviesulių bei savuosius judėjimus.

GAIA tikslai

GAIA projekto tikslai – sudaryti maždaug milijardo žvaigždžių su ryškiais šviesesniais už 20 katalogą. Misijos metu bus atliekami astrometriniai, spektrofotometriniai ir radialinio greičio matavimai. Astrometriniai matavimai apims atstumų bei žvaigždžių savojo judėjimo matavimus. Tikslumas sieks ~ 20 kampinių mikrosekundžių (µas, 15 ryškio žvaigždėms) ir 200 kampinių mikrosekundžių (µas, 20 ryškio žvaigždėms).

GAIA širdis – CCD

0,5×1 m didumo CCD matricą sudaro mažesni 4,7×6 cm 106 krūvio sąsajos elementų sandai (po 4500×1966 pikselių 10×30 mikrometrų didumo). Jie 7 eilėmis ir 17 stulpelių sumontuoti židinio plokštėje. CCD matricą GAIA tyrikliui pagamino e2v Technologies (Jungtinė Karalystė, Chelmsford). GAIA saugoma o10,5 m išskleidžiamu skydu ir gaubtu. Stebėjimo sistema veikia -110 oC sąlygomis ir fiksuoja atvaizdus lig šiol negirdėtu pastabumu (mato plauką iš 1 Mm tolumos). Išgaunami net blankiausių objektų atvaizdai. Koordinatės matuojant kampinės mikrosekundės tikslumu (aptiktų blusą Mėnulyje). Beje, 2018 m. aptiko pačią blankiausią galaktiką Antlia2 maždaug Didžiojo Magelano Debesies 33 tūkst šm didumo.

GAIA, CCD

GAIA židinio plokštės surinkimas (iš kairės į dešinę): 3 stulpeliai po 4 CCD  – radialinių greičių spektroskopas (RVS), 1 x 7 CCD – raudonas fotometras, 1 x 9 CCD – mėlynas fotometras, 9 x 7 CCD – astrometrinio lauko formavimas, 2 x 7 CCD – žvaižgždėlapiui formuoti, 1 x 3 CCD – pagrindinių kampų sekimui (2 CCD) ir bangos fronto jutiklis (1 CCD)

GAIA, CCD

Galutinė GAIA židinio plokštė

GAIA židinio plokštę sudaro įrenginiai: bangos fronto jutikliai (wave front sensor – 2 CCD) teleskopo matavimų kokybės tikrinimui, pagrindinio kampo matuokliai (Basic Angle Monitor – 2 CCD), dangulapiai (Sky Mapper – 2 x 7 CCD) identifikuojantys teleskopo stebimus objektus ir perduodantys žvaigždės tranzito duomenis į kitus CCD, pagrindinis astrometrinis laukas (Astrometric Field – (8 x 7) + 6 CCD), 320-660 nm raudonas ir 650-1000 nm mėlynas fotometrai (photometer – 2 x 7 CCD) objektų mažos skiriamosios gebos spektrofotometriniams matavimams, radialinių greičių spektrografas (Radial Velocity Spectrograph – 3 x 4 CCD) objektų, ryškesnių nei 17 ryškis, spektrų registravimui.

GAIA turi 7 vaizdo apdorojimo įrenginius (vienas kiekvienai židinio plokštės eilutei). Jie teikia info į 800 Gb SSD įrenginį.

GAIA tyriklis

2,029 t o10,5×4,6×2,3 m dydžio erdvėlaivis turi optinį o3 m toroidą iš silicio karbido SiC; židinio plokštę su CCD matrica, aušintuvu ir elektronika; difrakcinį spektroskopą; žvaigždžių sekiklius; elektrinę sistemą iš Saulės elementų ir ličio jonų akumuliatoriaus; telekomunikacijos įrenginius, azoto talpyklą ir kuro bakus bei judinimo sistemą. Pastaroji sudaryta iš 10 N stūmos 8 varytuviukų (hidrazino ir azoto tetraoksido 350 kg) bei 6 reguliuojamos 0,1 mkN žingsneliais 0-1 mN stūmos „purkštukų“ (57 kg azoto) ir yra dubliuojama atsarginiu komplektu. Talkinant 3 FOG (Fiber Optics Gyroscope) girodinams vykdo 3-ašį viso aparato valdymą L2 taške 151,5 Gm nuo Saulės ir 1,5 Gm nuo Žemės.

GAIA, CCD GAIA, CCD GAIA, CCD

GAIA, CCD

Įvairūs GAIA tikrinimo testai Astrium gamykloje

Greta su astrometriniais stebėjimais vykdomi spektriniai matavimai (320-1000 nm spinduliuočių bei raudonojo poslinkio), kasdien kaupiant  po 50 GB informacijos ir perduodant 10 Mbit/s į Žemę. Pirmoji ataskaita GAIA katalogui 2016 m. aprėpė 1,1 mlrd žvaigždžių išsamius duomenis (šviesio, temperatūros, masės, gravitacijos, cheminės sudėties) ir per 2 tūkst ekstragalaktikų, o antroji 2018 m. – dar 1,3 mlrd žvaigždžių bei 14 tūkst atrinktų objektų. Beje, Lietuvos mokslininkai irgi dalyvauja, vertindami anglies, azoto ir deguonies koncentracijas. GAIA paruošimo darbuose dalyvavo astronomai Gražina Tautvaišienė, Vladas Vancevičius. Nauji duomenys išryškino mūsų Paukščių Tako galaktikos sandarą (bent 4 mlrd žvaigždžių):

 – „plonas“ diskas (su mūsų Saulės sistema) , kur nuolat formuojasi naujos didelės ir karštos žvaigždės;

– „storas“ diskas su raudonosiomis milžinėmis ir baltosiomis nykštukėmis;

– ratilas (hale) su 2 tipų žvaigždėmis (gal iš kitos galaktikos, su kuria susidurta prieš 10 mlrd metų), besisukančiom priešinga kryptimi.

– bendra Paukščių Tako masė yra 960 mlrd didesnė nei Saulės. Žvaigždės tesudaro apie 15 %. Visa kita įtariama labai daug tamsiosios materijos.

Nauji stacionariniai teleskopai irgi didina savo skyringumus tobulesnėmis matricomis. Havajų PS-1 teleskopo 40×40 cm matrica turi 1,4 Gpx, o Čilėje LSST (Large Synoptic Survey Telescope) – 3,2 Gpx.

Ateities projektai

Kuriami dar pastabesni kitokio veikimo aparatai ARCONS (Array Camera Optical to Near IR Spectrofotometry). 60 nm storio TiN sluoksnyje ant Si plokštės 0,1-1 K superlaidumo sąlygomis kiekvienas pikselis turės mikrolęšį ir rezonatorių. Skyra sieks 1 fotoną.

GAIA, CCD GAIA, CCD GAIA, CCD

Galimybių teikia ir vaizdų apdorojimo programinė įranga, pvz Photoshop algoritmu  jungianti vaizdus pagal bendrus taškus ir redaguojanti galutinius variantus. Taip ESA ir NASA paskelbė 665 Mpx vaizdą (Hubble Legacy Field) iš 7,5 mln atsiųstų Hablo fotografijų per 16 metų, aprėpiantį 265 tūkst galaktikų.


Komentarai apie “Skyringiausia astrometrinė observatorija”

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *