Herschel Space Observatory - Herschel Space Observatory
 Kunstnerens indtryk af Herschel- rumfartøjet
| |||||||||
| Navne | Langt infrarødt og submillimetre teleskop | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Missionstype | Rumteleskop | ||||||||
| Operatør | ESA / NASA | ||||||||
| KOSPAR-ID | 2009-026A | ||||||||
| SATCAT nr. | 34937 | ||||||||
| Internet side | http://www.esa.int/herschel | ||||||||
| Missionens varighed | Planlagt: 3 år Endelig: 4 år, 1 måned, 2 dage |
||||||||
| Rumfartøjsegenskaber | |||||||||
| Fabrikant | Thales Alenia Space | ||||||||
| Start masse | 3.400 kg (7.500 lb) | ||||||||
| Nyttelastmasse | Teleskop: 315 kg (694 lb) | ||||||||
| Dimensioner | 7,5 m × 4,0 m (25 fod × 13 fod) | ||||||||
| Strøm | 1 kW | ||||||||
| Start af mission | |||||||||
| Frokost aftale | 14. maj 2009, 13:12:02 UTC | ||||||||
| Raket | Ariane 5 ECA | ||||||||
| Start websted |
Guianas rumcenter , Fransk Guyana |
||||||||
| Entreprenør | Arianespace | ||||||||
| Afslutning af missionen | |||||||||
| Bortskaffelse | Nedlagt | ||||||||
| Deaktiveret | 17. juni 2013, 12:25 UTC | ||||||||
| Orbitale parametre | |||||||||
| Reference system |
L 2- punkt (1.500.000 km) |
||||||||
| Regime | Lissajous | ||||||||
| Hovedteleskop | |||||||||
| Type | Ritchey – Chrétien | ||||||||
| Diameter | 3,5 m f / 0,5 (primært spejl) |
||||||||
| Brændvidde | 28,5 m (94 fod) f / 8,7 |
||||||||
| Opsamlingsareal | 9,6 m 2 (103 kvm) | ||||||||
| Bølgelængder | 55 til 672 µm ( langt infrarød ) | ||||||||
| |||||||||
 ESA-astrofysik-insignier for Herschel | |||||||||
Den Herschel Space Observatory var en plads observatorium bygget og drevet af Europæiske Rumorganisation (ESA). Det var aktiv fra 2009 til 2013 og var det største infrarøde teleskop, der nogensinde er lanceret, med et 3,5 meter (11,5 ft) spejl og instrumenter, der er følsomme over for de langt infrarøde og submillimeter bølgebånd (55-672 µm). Herschel var den fjerde og sidste hjørnestenemission i Horizon 2000- programmet efter SOHO / Cluster II , XMM-Newton og Rosetta . NASA er partner i Herschel- missionen, hvor amerikanske deltagere bidrager til missionen; leverer missionsfremmende instrumentteknologi og sponsorerer NASA Herschel Science Center (NHSC) ved Infrarød Processing and Analysis Center og Herschel Data Search i Infrared Science Archive .
Observatoriet blev båret i kredsløb i maj 2009 og nåede det andet Lagrangian-punkt (L2) i jorden-solsystemet , 1.500.000 kilometer (930.000 mi) fra jorden omkring to måneder senere. Herschel er opkaldt efter Sir William Herschel , opdageren af det infrarøde spektrum og planeten Uranus , og hans søster og samarbejdspartner Caroline Herschel .
Observatoriet var i stand til at se de koldeste og støveste genstande i rummet; for eksempel kølige kokoner, hvor stjerner dannes, og støvede galakser lige er begyndt at fyldes op med nye stjerner. Observatoriet sigtede gennem stjernedannende skyer - de "langsomme komfurer" af stjerneingredienser - for at spore den vej, som potentielt livsdannende molekyler, såsom vand, dannes.
Teleskopets levetid blev styret af mængden af kølemiddel til rådighed for dets instrumenter; når kølevæsken løb tør, stoppede instrumenterne med at fungere korrekt. På tidspunktet for lanceringen blev operationerne estimeret til at vare i 3,5 år (til omkring udgangen af 2012). Det fortsatte med at fungere indtil 29. april 2013 15:20 UTC, da Herschel løb tør for kølemiddel.
Udvikling
I 1982 blev ESA foreslået Far Infrared and Sub-millimeter Telescope ( FIRST ) . ESAs langsigtede politikplan "Horizon 2000", der blev produceret i 1984, opfordrede til en Heterodyne Spectroscopy- mission med høj gennemstrømning som en af dens hjørnesteinsmissioner. I 1986 blev FIRST vedtaget som denne hjørnestenemission. Det blev valgt til implementering i 1993 efter en industriel undersøgelse i 1992-1993. Missionskonceptet blev redesignet fra jordbane til Lagrangian-punktet L2 i lyset af erfaringerne fra Infrarødrumsobservatoriet [(2,5–240 µm) 1995–1998]. I 2000 blev FIRST omdøbt til Herschel . Efter udbud i 2000 begyndte industrielle aktiviteter i 2001. Herschel blev lanceret i 2009.
Fra 2010 anslås Herschel- missionen at koste 1.100 mio. €. Denne figur inkluderer rumfartøjer og nyttelast, udgifter til lancering og mission samt videnskabelige operationer.
Videnskab
Herschel specialiserede sig i at samle lys fra genstande i solsystemet såvel som Mælkevejen og endda ekstragalaktiske objekter milliarder lysår væk, såsom nyfødte galakser , og blev anklaget for fire primære undersøgelsesområder:
- Galaksedannelse i det tidlige univers og udviklingen af galakser;
- Stjernedannelse og dens interaktion med det interstellare medium ;
- Kemisk sammensætning af atmosfærer og overflader af solsystemlegemer, herunder planeter , kometer og måner ;
- Molekylær kemi på tværs af universet .
Under missionen foretog Herschel "over 35.000 videnskabelige observationer" og "samlet [mere] 25.000 timers videnskabelige data fra omkring 600 forskellige observationsprogrammer".
Instrumentering
Missionen involverede det første rumobservatorium, der dækkede det fulde langt infrarøde og submillimeter bølgebånd. Herschel var 3,5 meter bred (11 fod) og bar det største optiske teleskop, der nogensinde er blevet anvendt i rummet. Det blev ikke lavet af glas, men af sintret siliciumcarbid . Spejlets emne blev fremstillet af Boostec i Tarbes , Frankrig ; jordet og poleret af Opteon Ltd. i Tuorla Observatory , Finland ; og belagt ved vakuumaflejring ved Calar Alto Observatory i Spanien .
Det spejlreflekterende lys fokuserede på tre instrumenter, hvis detektorer blev holdt ved temperaturer under 2 K (-271 ° C). Instrumenterne blev afkølet med over 2.300 liter (510 imp gal; 610 US gal) flydende helium , kogende væk i et næsten vakuum ved en temperatur på ca. 1,4 K (-272 ° C). Tilførslen af helium om bord på rumfartøjet var en grundlæggende grænse for rumobservatoriets driftslevetid; det blev oprindeligt forventet at være operationelt i mindst tre år.
Herschel bar tre detektorer:
- PACS (fotodetekterende array-kamera og spektrometer)
- Et billedkamera og spektrometer med lav opløsning, der dækker bølgelængder fra 55 til 210 mikrometer . Spektrometeret havde en spektral opløsning mellem R = 1000 og R = 5000 og var i stand til at detektere signaler så svage som -63 dB . Det fungerede som en integreret feltspektrograf , der kombinerer rumlig og spektral opløsning. Billedkameraet var i stand til at tage billeder samtidigt i to bånd (enten 60-85 / 85-130 mikrometer og 130-210 mikrometer) med en detektionsgrænse på et par millijansky .
- SPIRE (spektral og fotometrisk billedbehandlingsmodtager)
- Et billedkamera og spektrometer med lav opløsning, der dækker 194-672 mikrometer bølgelængde. Spektrometeret havde en opløsning mellem R = 40 og R = 1000 ved en bølgelængde på 250 mikrometer og var i stand til at billedkilde med lysstyrker omkring 100 millijanskys (mJy) og udvidede kilder med lysstyrke på omkring 500 mJy. Billedkameraet havde tre bånd , centreret på 250, 350 og 500 mikrometer, hver med henholdsvis 139, 88 og 43 pixels. Det var i stand til at detektere punktkilder med lysstyrke over 2 mJy og mellem 4 og 9 mJy for udvidede kilder. En prototype af SPIRE-billedkameraet fløj på BLAST -højhøjde-ballonen. NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, udviklede og byggede "spiderweb" bolometre til dette instrument, som er 40 gange mere følsomt end tidligere versioner. Den Herschel-SPIRE instrument blev bygget af et internationalt konsortium der omfatter mere end 18 institutter fra otte lande, hvoraf Cardiff University var den ledende institut.
- HIFI (Heterodyne Instrument for Far Infrared)
- En heterodynet detektor, der er i stand til elektronisk at adskille stråling med forskellige bølgelængder, hvilket giver en spektral opløsning så høj som R = 107 . Spektrometeret blev betjent inden for to bølgelængdebånd fra 157 til 212 mikrometer og fra 240 til 625 mikrometer. SRON Netherlands Institute for Space Research ledede hele processen med at designe, konstruere og teste HIFI. HIFI Instrument Control Center, også under ledelse af SRON, var ansvarlig for at indhente og analysere dataene.
NASA udviklede og byggede miksere, lokale oscillatorkæder og effektforstærkere til dette instrument. Den NASA Herschel Science Center , en del af den infrarøde Behandling og Analyse Center på California Institute of Technology, også i Pasadena, har bidraget videnskab planlægning og dataanalyse software.
Servicemodul
Et fælles servicemodul (SVM) blev designet og bygget af Thales Alenia Space i Torino- anlægget til Herschel- og Planck- missionerne, da de blev kombineret til et enkelt program.
Strukturelt er Herschel og Planck SVM'erne meget ens. Begge SVM'er har ottekantet form, og for begge er hvert panel dedikeret til at rumme et bestemt sæt varme enheder, samtidig med at der tages hensyn til kravene til varmeafledning for de forskellige varme enheder, instrumenterne såvel som rumfartøjet.
Desuden er der på begge rumfartøjer opnået et fælles design for flyelektroniksystemer , holdningskontrol- og målesystemer (ACMS), kommando- og datastyringssystemer (CDMS), delsystemer til styring og delsystemet tracking, telemetri og kommando (TT&C).
Alle rumfartøjsenheder på SVM er overflødige.
Power-undersystem
På hvert rumfartøj består delsystemet magt af solcelleanlægget , der anvender tredobbeltkrydsede solceller , et batteri og strømstyringsenheden (PCU). Det er designet til at grænseflade med de 30 sektioner i hvert solpanel, give en reguleret 28 V-bus, distribuere denne effekt via beskyttede udgange og til at håndtere batteriopladning og afladning.
For Herschel er solpanelet fastgjort på den nederste del af ledepladen, der er designet til at beskytte kryostaten mod solen. Det tre-aksede holdningskontrolsystem opretholder denne baffel i retning af solen. Den øverste del af denne ledeplade er dækket af optiske spejle (OSR), der reflekterer 98% af solens energi , hvilket undgår opvarmning af kryostaten.
Holdning og kredsløbskontrol
Denne funktion udføres af attitude-kontrolcomputeren (ACC), som er platformen for ACMS. Det er designet til at opfylde pege- og svingkravene i Herschel og Planck nyttelasten.
Den Herschel rumfartøj er tre-akse stabiliseret . Den absolutte pegefejl skal være mindre end 3,7 buesekunder.
Hovedføleren til synslinjen i begge rumfartøjer er stjernesporeren .
Start og kredsløb
Herschel Space Observatory · jorden
Rumfartøjet, bygget i Cannes Mandelieu Space Center , under Thales Alenia Space Contractorship, blev med succes lanceret fra Guiana Space Center i Fransk Guyana kl 13:12:02 UTC den 14. maj 2009 ombord på en Ariane 5- raket sammen med Planck rumfartøj og anbragt på en meget elliptisk bane på vej mod det andet Lagrangiske punkt . Den bane er perigee var 270,0 km (beregnet270,0 ± 4,5 ), apogee 1.197.080 km (beregnet1 193 622 ± 151 800 ), hældning 5,99 deg (beregnet6,00 ± 0,06 ).
Den 14. juni 2009 sendte ESA succesfuldt kommandoen for kryocover til at åbne, hvilket gjorde det muligt for PACS-systemet at se himlen og transmittere billeder om et par uger. Låget skulle forblive lukket, indtil teleskopet var godt ude i rummet for at forhindre forurening.
Fem dage senere blev det første sæt testbilleder, der viser M51 Group , udgivet af ESA.
I midten af juli 2009, cirka tres dage efter lanceringen, gik den ind i en halo-bane på en gennemsnitlig radius på 800.000 km omkring det andet Lagrangiske punkt (L2) i Jorden-Sol-systemet , 1,5 millioner kilometer fra Jorden.
Opdagelser
Den 21. juli 2009 blev Herschel- idriftsættelse erklæret vellykket, hvilket tillod starten af den operationelle fase. En formel overdragelse af Herschels overordnede ansvar blev erklæret fra programleder Thomas Passvogel til missionschef Johannes Riedinger.
Herschel var medvirkende til opdagelsen af et ukendt og uventet trin i stjernedannelsesprocessen. Den indledende bekræftelse og senere verifikation via hjælp fra jordbaserede teleskoper af et stort hul med tomt rum, der tidligere blev anset for at være en mørk tåge , i NGC 1999 kaster nyt lys på den måde, hvorpå nydannende stjerneområder kaster det materiale, der omgiver dem.
I juli 2010 blev der udgivet et specialudgave af astronomi og astrofysik med 152 papirer om de indledende resultater fra observatoriet.
Et andet specialudgave af Astronomi og Astrofysik blev offentliggjort i oktober 2010 vedrørende det eneste HIFI-instrument på grund af dets tekniske fejl, der fjernede det over 6 måneder mellem august 2009 og februar 2010.
Det blev rapporteret den 1. august 2011, at molekylært ilt var blevet definitivt bekræftet i rummet med Herschel-rumteleskopet , anden gang forskere har fundet molekylet i rummet. Det var tidligere blevet rapporteret af Odin- holdet.
En oktober 2011 Indberetning offentliggjort i Nature , at Herschel 's målinger af deuterium niveauer i kometen Hartley 2 tyder på, at en stor del af Jordens vand kunne have oprindeligt kommer fra komet påvirkninger. Den 20. oktober 2011 blev det rapporteret, at havene til koldt vanddamp var blevet opdaget i en ung stjernes tiltrædelsesskive. I modsætning til varmt vanddamp, der tidligere blev opdaget nær dannende stjerner, ville koldt vanddamp være i stand til at danne kometer, som derefter kunne bringe vand til indre planeter, som det teoretiseres for vandets oprindelse .
Den 18. april 2013 annoncerede Herschel- teamet i et andet Nature- papir, at det havde fundet en ekstraordinær stjernehudgalakse, der producerede over 2.000 solmasser af stjerner om året. Galaksen, kaldet HFLS3 , er placeret ved z = 6,34 og stammer kun fra 880 millioner år efter Big Bang .
Kun få dage før udløbet af sin mission, ESA meddelt, at Herschel 's observationer havde ført til den konklusion, at vand på Jupiter var blevet leveret som følge af kollision af Shoemaker-Levy 9 i 1994.
Den 22. januar 2014 ESA forskere rapporteret påvisning, for første endelige tid, af vanddamp på dværgplanet , Ceres , største objekt i asteroidebæltet . Påvisningen blev foretaget ved hjælp af Herschel Space Observatory 's langt-infrarøde evner . Fundet er uventet, fordi kometer , ikke asteroider , typisk betragtes som "spire jetfly og fjer". Ifølge en af forskerne, "Linjerne bliver mere og mere slørede mellem kometer og asteroider."
Afslutning af missionen
Herschel Space Observatory · jorden
Den 29. april 2013 ESA meddelt, at Herschel 's levering af flydende helium , bruges til at afkøle instrumenter og detektorer om bord, var blevet tømt, og dermed slutter sin mission. På tidspunktet for meddelelsen var Herschel ca. 1,5 millioner km fra Jorden. Fordi Herschel 's bane på L2 punkt er ustabil, ESA ønskede at styre fartøjet på en kendt bane. ESA-ledere overvejede to muligheder:
- Placer Herschel i en heliocentrisk bane, hvor den ikke ville støde på Jorden i mindst flere hundrede år.
- Vejled Herschel på en kurs mod månen for en destruktiv højhastighedskollision, der kunne hjælpe med at søge efter vand ved en månestang . Herschel ville tage cirka 100 dage at nå månen.
Ledere valgte den første mulighed, fordi den var billigere.
Den 17. juni 2013 blev Herschel fuldstændig deaktiveret med sine brændstoftanke tømt med magt og den indbyggede computer programmeret til at stoppe kommunikationen med Jorden. Den endelige kommando, der afbrød kommunikationen, blev sendt fra European Space Operations Center (ESOC) kl. 12:25 UTC.
Missionens fase efter operationen fortsatte indtil 2017. Hovedopgaverne var konsolidering og forbedring af instrumentkalibrering, forbedring af datakvaliteten og databehandling, at skabe en række videnskabeligt validerede data.
Efter Herschel
Efter Herschel 's bortgang, har nogle europæiske astronomer skubbet til den fælles europæiske-japanske SPICA langtrækkende infrarød observatorium projekt, samt ESA fortsatte partnerskab i NASAs James Webb Space Telescope . James Webb dækker det næsten infrarøde spektrum fra 0,6 til 28,5 µm, og SPICA dækker det mellemste til langt infrarøde spektrale område mellem 12-230 µm. Mens Herschel 's afhængighed af flydende helium kølemiddel begrænset design liv til omkring tre år de mekaniske Joule-Thomson kølere ville ombord SPICA har påberåbt sig den 'kulde' af det ydre rum, der gør det muligt opretholdelse af kryogene temperaturer i en længere periode af tid. SPICAs følsomhed var at være to størrelsesordener højere end Herschel .
NASAs foreslåede Origins Space Telescope (OST) ville også observere i det langt infrarøde lysbånd. Europa leder undersøgelsen for et af OSTs fem instrumenter, Heterodyne-modtageren til OST (HERO).
Se også
- Atacama Large Millimeter Array (ALMA)
- DustPedia
- James Webb Space Telescope grundet lanceringen omkring 2021
- Liste over største optiske reflekterende teleskoper
- Liste over rumteleskoper
- SPICA
Referencer
Yderligere læsning
- Harwit, M. (2004). "Herschel-missionen". Fremskridt inden for rumforskning . 34 (3): 568-572. Bibcode : 2004AdSpR..34..568H . doi : 10.1016 / j.asr.2003.03.026 .
- Dambeck, Thorsten (maj 2009). "One Launch, Two New Explorers: Planck Readies to Dissect the Big Bang". Himmel og teleskop . 117 (5): 24-28.