Четирите велики обсерватории на НАСА

[Р. Теодосиев]

Четирите велики обсерватории на НАСА

За да бъдат разгадани мистериите на Вселената, учените трябва да наблюдават феномените й в няколко различни спектъра на електромагнитната вълна. Така НАСА стигна до извода, че трябва да построи четири големи орбитални обсерватории, които да наблюдават вселената във видима, инфрачервена, рентгенова и гама светлина.

Хъбъл

Подробна статия за Хъбъл в сайта на БГ Наука: http://nauka.bg/index.php?fnc=pub_page&mod=front&pid=10371

Орбиталният телескоп Хъбъл носи името на американския астроном Едвин Хъбъл, който открил, че Вселената се разширява. Хъбъл е първият от четирите велики обсерватории на НАСА и е изстрелян на 24 Април 1990 г. на борда на совалката Дискавъри (мисия STS-131). След това са били изпращани 4 сервизни мисии до телескопа, за подмяна на батерии, слънчеви панели, жироскопи, камери и друго оборудване. Първата сервизна мисия беше през декември 1993 г., следват мисии през февруари 1997 г., декември 1999 г. и февруари 2002 година. Беше предвидено телескопа да работи в продължение на 15 години, но поради невероятните резултати, които дава, мисията му е удължена на 20 години. След успешното изстрелване на совалката Дискавъри на мисия STS-121, НАСА реши да изпрати още една сервизна мисия до телескопа през 2008 година.

Космическият телескоп Хъбъл от совалката "Дискавъри" по време на втората сервизна мисия STS-82

_{Космическият телескоп Хъбъл от совалката "Дискавъри" по време на втората сервизна мисия STS-82}

Хъбъл е голям почти колкото автобус – дълъг 13,2 метра, с диаметър 4,2 метра и тежи 11,11 тона. Цената му при изстрелването е 1,5 милиарда долара. Той се захранва посредством слънчеви панели, които генерират 2,8 киловата мощност. Хъбъл се насочва чрез четири жироскопа, но след като те почнаха да отказват, инженерите откриха начин да го насочват и само с два от тях. Това намалява броя на нужните сервизни мисии. С неговите жироскопи, Хъбъл може да бъде насочен към обект с ъглова дължина 7/1000 аркосекунди без да се отклонява. Това се равнява на човешки косъм, погледнат от 1,5 км. Орбитата на обсерваторията е с инклинация от 28,5 градуса и височина 569 км. На тази височина на практика няма атмосфера, което позволя да се правят наблюдения с много добро качество. Хъбъл прави една орбита на Земята за 97 минути със скорост 28 000 км/ч. Той изпраща по 120 GB информация седмично, което се равнява на 1,097 км книги, наредени на лавица.

Основното огледало на телескопа е 2,4 метра в диаметър и тежи 828 кг. Второстепенното огледало е 0,3 метра с тегло 12,3 кг. Двете огледала са толкова гладки, че ако се увеличат до размерите на Земята, най-голямата неравност ще е 9 см.

Когато учените получиха първата снимка от Хъбъл, те бяха разочаровани. Оказа се, че основното огледало е с 2 микрона по плоско от едната страна. Те трябваше да чакат 3 години за първата сервизна мисия, на която беше инсталиран специален инструмент, който поправи проблема. На практика на Хъбъл му бяха сложени „очила”.

За момента Хъбъл е най-добрият телескоп, с който разполагаме. Той направи изключително много открития – повече от който и да е телескоп до сега и постави началото на една нова ера в изследването на Вселената.

Комптън

Гамалъчевата орбитална обсерватория Комптън беше втората велика обсерватория на НАСА. По времето на изстрелването си на 5 април 1991 г. на совалката Дискавъри (STS-37), Комптън беше най-тежкия астрофизически товар в орбита. Телескопа тежеше 17 тона, а мисията му беше да изучи най-мощните процеси във Вселената, за които са характерни изключително големи енергии. Комптън беше поставен в 450-километрова орбита, за да избегне радиационния пояс на Ван Ален.

Комптън направи карта на цялото небе при енергии над 100 MeV. За четири години той откри 271 източника на гама лъчи над 100 MeV, 170 от които неидентифицирани. Обсерваторията направи и карта на 26Al. Един от шестте инструмента на борда направи най-детайлните проучвания на центъра на галактиката и откри предполагаем облак от антиматерия над центъра. Комптън проведе изследвания на неутронни звезди, пулсари, магнетари, черни дупки и гамалъчеви избухвания.

След като един от жироскопите й се повреди, обсерваторията беше свалена. По това време телескопа все още можеше да работи, но в случай на отказ на втори жироскоп, свалянето на апарата щеше да е много трудно. НАСА предпочете да свали обсерваторията, вместо да я остави на произвола на съдбата и тя да падне сама в населена територия. Комптън навлезе в земната атмосфера на 4 юни 2000 г. над Тихия океан и отломките й не нанесоха щети.

Шандра

Рентгеновата орбитална обсерватория Шандра е изстреляна на 23 юли 1999 г. на борда на совалката Колумбия (мисия STS-93 – първата мисия командвана от жена) в орбита, 200 пъти по-висока от тази на Хъбъл. Телескопа изминава 1/3 от разстоянието до Луната.

Шандра е най-сложната рентгенова обсерватория до момента. Тя е предназначена да наблюдава рентгенови лъчи от високоенергийни региони на Вселената като останки от експлодирали звезди.

Телескопа Шандра се състои от четири двойки огледала и техните поддържащи структури. Рентгеновите телескопи са много различни от оптичните телескопи. Поради високата си енергия, рентгеновите фотони преминават през огледалата по същия начин, както куршумите пробиват стените. Но както куршумите рикошират, когато улучат стена под определен ъгъл, така и рентгеновите лъчи рикошират от огледалата.

Огледалата трябва да са изящно оформени и монтирани почти паралелно на идващите рентгенови лъчи. Така те повече приличат на стъклени цилиндри, отколкото на познатите ни огледала за телескопи.

Шандра беше пуснат от совалката Колумбия, заедно със една горна степен от ракета. Когато совалката се отдалечи на безопасно разстояние, ракетната степен се запали и постави обсерваторията в работната й орбита. Тогава степента се отдели и Шандра остана сама със собствените си двигатели. Те са разпределени в две групи: една за придвижване и една за насочване на телескопа.

Много е важно температурата на стъклата да бъде добре контролирана, за да държи огледалата фокусирани. Екипа на Земята постоянно следи температурата и я регулира по различни начини.

Обсерваторията се захранва от два слънчеви панела. Те генерират 2 киловата мощност, което е достатъчно за захранване на прахосмукачка. Тази енергия е достатъчна за захранване на реотаните, научните инструменти, компютрите и всички останали бордови системи.

Шандра може да наблюдава рентгенови лъчи от газови облаци, толкова огромни, че на светлината й е нужна пет милиона години да стигне от единия край на облака до другия. Когато Шандра се насочва от една звезда (обект) към друга, тя се върти по-бавно от стрелката на минутите на ръчен часовник. Със своите 13,7 метра дължина, Шандра е най-големият сателит, изстрелван от совалката. Разделителната способност на телескопа е толкова голяма, че той може да различи пътен знак „STOP” от 20 км. Обсерваторията може да наблюдава рентгенова светлина, излъчена преди 10 милиарда години и наблюдава рентгенови лъчи от обекти, падащи в черни дупки до последната секунда преди те да попаднат в дупката.

Спицър

Космическия телескоп Спицър е четвъртият и последен компонент от фамилията „Велики обсерватории” на НАСА.

Всички обекти във Вселената с температура над 0 градуса Келвин излъчват инфрачервена радиация или по-просто казано топлина. Инфрачервената светлина е отвъд червената видима светлина и е невидима за човешкото око. Улавянето на слаба инфрачервена светлина е сложна задача, защото телескопа също излъчва топлина, наричана инфрачервен шум. За това астрономите трябва да охлаждат телескопите си до температура, малко над абсолютната нула, за да наблюдават обекти в инфрачервена топлина. И след като земната атмосфера поглъща повечето инфрачервена светлина, учените трябва да извеждат телескопите си в космоса.

Спицър беше изстрелян на 25 август 2003 г. на борда на ракета Делта ІІ. Орбитата му е хелиоцентрична – на практика обсерваторията следва Земята в орбитата й около Слънцето. Обсерваторията тежи 950 кг, а предвидения й живот е 2,5 години, като има вероятност да работи допълнително още 5 години, ако е в добро състояние.

Апарата се състои от 85 –сантиметрово огледало, три криогенноохлаждани научни инструмента, които са произведение на изкуството и инфрачервени детектори.

Телескопа е поставен в хелиоцентрична орбита, за да се избегне топлината на Земята, която достига до 250 К (-23˚С). В положението си зад Земята, телескопа се охлажда естествено, понеже температурата в орбитата му е 35 К (-238˚С). Освен това, при това разстояние от Земята телескопа е далеч от земните радиационни пояси.

За да може телескопа да наблюдава много студени обекти, фотоматрицата му трябва да е супер охладена. За целта преди изстрелване, инструмента беше охлаждан в продължение на 5 седмици на Земята, докато не достигна температура от 1,5 К (-272˚С). В орбита работната му температура е 5,5 К (-268˚С). Тази температура се постига чрез охлаждане на сензора с парите от 350-те литра течен хелий на борда на апарата и допълнителни супер магнити, които забавят движението на частиците на матрицата.

Спицър наблюдава планети, протопланети, астероидни и прахови пояси около други звезди, кафяви джуджета, ултраярки инфрачервени галактики и обекти от ранната и далечна Вселена.

Атанас Кумбаров

[Б.Богданов]

Още нещо за лечението на слепия Хъбъл.

Слагането на "очила" на Хъбъл е било голямо инженерно предизвикателство. Една от причините е, че вътрешната повърхност на цилиндъра на телескопа е покрита с много остри ръбове /на схемата, поместена в статията се виждат доста добре/. Достъпът до огледалото е било силно затруднено, но с помоща на механична ръка са монтирани лещи с които е коригирано зрението на телескопа. Лещите имат доста нестандартна форма и може да бъдат оприличени на парченца чипс.

Поздрави Б.