Гершель завершила свою роботу

29 квітня 2013 року космічна інфрачервона обсерваторії «Гершель» виснажила запас гелиевого охолоджувача, і самий повномасштабний проект з дослідження Всесвіту в інфрачервоному діапазоні був офіційно завершено. В силу особливостей досліджуваних об’єктів, причина завершення роботи обсерваторії «Гершель», як і у випадку з попередніми місіями, — неможливість її подальшого охолодження.

Запущена майже чотири роки тому, 14 травня 2009 року, космічна обсерваторія за час своєї роботи в повній мірі виправдала ім’я, дане їй на честь першого дослідника недоступною людському оку інфрачервоній області спектра — Вільяма Гершеля.

Обсерваторія «Гершель» не була першою в своєму роді. Її попередниками в дослідженні інфрачервоної картини неба були обсерваторії IRAS, запущена в 1983 році, і ISO, запущена в 1995 році, а також телескопи «Спітцер» і Akari, які почали свою роботу відповідно у 2003-му і 2006 роках. Однак «Гершель» представляв собою не просто черговий крок вперед, а справжній прорив: телескоп «Гершеля» з радіусом дзеркала 3,5 метра, найбільший серед космічних обсерваторій, за своїми технічними характеристиками значно перевершував телескопи попередників, що дозволило отримати більш точні і детальні дані. Широта спектрального охоплення робила «Гершель» своєрідним мостом, що перекриває обидва діапазону — інфрачервоний діапазон космічних обсерваторій-попередників і субміліметровий діапазон наземних телескопів. «Гершель» працював в діапазоні від субміліметрового до далекого інфрачервоного (672-55 мікрон) і був єдиною повноцінної космічної обсерваторією, дослідження якої були присвячені даній частині спектру, що зробило отримані з його допомогою дані унікальними.

Космічні об’єкти є джерелами випромінювання в різних областях спектру, від довгохвильового радіовипромінювання до короткохвильового рентгенівського і гамма-випромінювання. Один і той же об’єкт може виявитися доступним для дослідження в різних областях спектру, однак процеси, індикаторами яких є випромінювання в тій чи іншій області, різні. Інфрачервоний і субміліметровий діапазон дозволяють отримати інформацію про холодних об’єктах, випромінювання яких являє собою або перевипромінювання поглинених фотонів зовнішніх джерел, або власне теплове випромінювання. Такі об’єкти або не випромінюють у діапазонах високих енергій, наприклад оптичному або ультрафіолетовому, які випромінюють дуже слабо, і їх виявлення і дослідження оптичними і ультрафіолетовими телескопами утруднено, а то і зовсім неможливо. Так, основною «спеціалізацією» інфрачервоних телескопів є галактики, області зореутворення та протозірки, пилові диски, астероїди. В інфрачервоному діапазоні спостерігаються і холодні зірки — коричневі карлики. Термоядерні процеси в коричневих карликів не нагрівають зірку достатньо для яскравого випромінювання в оптичному діапазоні, і тому спостерігають їх також в основному за допомогою інфрачервоних телескопів.

 


Рис. 1. Система охолодження на «Гершеле»
1. Ємність зі надплинному гелієм зберігається при температурі кипіння (1,65 До або -271,5°C). Гелій охолоджує розташовані в фокальній площині наукові інструменти і три температурних екрану. У процесі кипіння з поверхні рідини випаровується газ, який повільно витікає з ємності в трубки, обвиваючі корисну навантаження і охолоджує її до температури від 1,7 До 4 К.
2. Далі газ витікає в кільця температурних екранів, охолоджуючи їх до 30, 50 і 60 До відповідно.
3. Криостатический посудину Дьюара, що вміщає в себе ємність з сверхтекучим гелієм. Газ викидається в космічний простір. Посудину охолоджується до температури близько 70 До тепла шляхом випромінювання в простір.
Зображення ESA/PACS/SPIRE/Martin Hennemann & Frédérique Мотт, Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/Irfu — CNRS/INSU — Univ. Paris Diderot, France

Багато холодні об’єкти мають температуру, близьку до абсолютного нуля, і намагатися дивитися їх за допомогою теплого інструменту аналогічно спробі побачити зірку на залитому Сонцем полудневому небі. Тому ключовим елементом для роботи інфрачервоної обсерваторії є охолодження, а термін її роботи визначається запасом охолоджувача. Всі три приладу «Гершеля» (HiFi, PACS і SPIRE) охолоджувалися криостатом (рис. 1). При запуску обсерваторії в особливий посудину Дьюара було вміщено понад 2000 літрів надплинного гелію, що мали температуру нижче -271°C. Гелій, випаровуючись з постійною температурою, поступово руйнував посудину. Для визначення моменту досягнення EoHe (end-of-helium) — вичерпання запасів гелію — на обсерваторії було встановлено ряд температурних датчиків. 29 квітня 2013 року перевищення допустимої температури зареєстрували два з них, що дозволило офіційно заявити про те, що момент EoHe досягнуто.

 

Рис. 2. Зображення галактики Андромеда, отримане за допомогою обсерваторії «Гершель». Яскраві червоні регіони зображення галактики Андромеди, — це області зореутворення, які були одним з основних об’єктів дослідження «Гершеля». Колірне кодування картинки відображає температуру областей: від холодних (кілька десятків градусів Кельвіна) червоних до більш теплих блакитних. © ESA/Гершель/PACS & SPIRE Consortium, O. Krause, HSC, H. Linz

За час своєї роботи «Гершель» провів дослідження безлічі об’єктів: галактик (рис. 3), молекулярних хмар, пилових дисків навколо зірок, астероїдів, в тому числі астероїда Апофіс (рис. 3), який пройде поблизу Землі в 2029 році, комет. Унікальні зображення, отримані на «Гершеле», стали своєрідною ілюстрованою історією зореутворення. Вони дозволили по-новому поглянути на механізм обурення газу турбулентністю, що призводить до утворення волокнистої структури в холодних молекулярних хмарах. Якщо відповідні умови, то згодом гравітація, починаючи переважати, дробить волокна на компактні ядра. Протозірок, які знаходяться глибоко всередині таких ядер, злегка нагрівають навколишнє пил. Усього на декілька градусів вище абсолютного нуля, проте достатньо для того, щоб чутливі прилади «Гершеля» виявили їх розташування.

 


Рис. 3. Зображення астероїда Апофіс, отримане за допомогою обсерваторії «Гершель» на трьох довжинах хвиль: 70, 100 і 160 нм, під час його проходження поблизу Землі 5-6 січня 2013 року. Ці зображення допоможуть астрономам більш точно оцінити траєкторію астероїда, який в 2029 році наблизиться до Землі ближче геостаціонарних орбіт багатьох супутників. © ESA/Гершель/PACS/MACH-11/MPE/B. ” Altieri (ESAC) and C. Kiss (Konkoly Observatory)

Також «Гершель» виявив водяна пара в протопланетных дисках, оточуючих новонароджені зірки, і ще більша кількість води в льодах на поверхні пилинок та комети. Отримані «Гершелем» відомості про склад водяного льоду комети Хартлі-2, що належить Сонячній системі, дозволили зробити висновок про те, що ізотопне ставлення у воді льодів комети майже таке ж, як у водах океанів Землі.

Вивчаючи зореутворення в далеких галактиках (рис. 4), обсерваторія виявила, що в деяких з них цей процес відбувався значно інтенсивніше, ніж у Чумацькому шляху, навіть у ті часи, коли Всесвіт була зовсім молода. Як галактика могла підтримувати такі темпи зореутворення в перші мільярди років життя Всесвіту — поки невирішена загадка для вчених, що вивчають формування та еволюцію галактик.

 


Рис. 4. Область зореутворення Лебідь (Cygnus-X). На знімку, отриманому за допомогою обсерваторії «Гершель», видно хаотичні пилові та газові мережі, вказують на точки масового зореутворення. Північ знаходиться внизу праворуч, схід — вгорі праворуч. Зображення ESA/PACS/SPIRE/Martin Hennemann & Frédérique Мотт, Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/Irfu – CNRS/INSU – Univ. Paris Diderot, France

Хоча обсерваторія припинила свою роботу, обсяг даних, отриманих з її допомогою, настільки великий, що астрономи ще довгі роки будуть займатися їх обробкою та осмисленням. Наукові дані, отримані «Гершелем», доступні на сайті Європейського космічного агенства, де з ними може ознайомитися будь-хто.

Можна сподіватися, що пауза в інфрачервоних спостереженнях триватиме недовго. Вже скоро, в 2018 році, планується запуск нової космічної інфрачервоної обсерваторії — телескоп імені Джеймса Вебба, який буде досліджувати Всесвіт у близькому і середньому інфрачервоному діапазоні. У Росії ж розглядається проект більш довгохвильового інструменту — космічної обсерваторії «Миллиметрон».

Джерела:
1) Інформація з досліджень за допомогою обсерваторії «Гершель» на сайті Європейського космічного агентства.
2) Сайт астрономічних досліджень за допомогою «Гершеля» (Гершель Astronomers’ website), заснований Центром досліджень за допомогою «Гершеля» (Гершель Science Centre, HSC).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *