stringtranslate.com

Евклид (космический корабль)

Евклид — широкоугольный космический телескоп с 600-мегапиксельной камерой для регистрации видимого света , спектрометром ближнего инфракрасного диапазона и фотометром для определения красного смещения обнаруженных галактик . Он был разработан Европейским космическим агентством (ЕКА) и Консорциумом Евклида и запущен 1 июля 2023 года. [10] [11]

Примерно через месяц он достиг пункта назначения - гало-орбиты вокруг второй точки Лагранжа L2 между Солнцем и Землей , на среднем расстоянии 1,5 миллиона километров от орбиты Земли (или примерно в четыре раза больше расстояния от Земли до Луны). Ожидается, что там телескоп будет работать не менее шести лет. Он присоединяется к миссиям космического телескопа «Гайя» и «Джеймс Уэбб» на L2.

Цель миссии Евклида — лучше понять темную энергию и темную материю путем точного измерения ускоряющегося расширения Вселенной . Для достижения этой цели телескоп типа Корша будет измерять формы галактик на разных расстояниях от Земли и исследовать взаимосвязь между расстоянием и красным смещением . Принято считать, что темная энергия способствует увеличению ускорения расширяющейся Вселенной , поэтому понимание этой взаимосвязи поможет уточнить ее понимание физиками и астрофизиками . Миссия Евклида развивается и дополняет телескоп Планк ЕКА (2009–2013 гг.). Миссия названа в честь древнегреческого математика Евклида .

«Евклид» — это миссия среднего класса («М-класс»), являющаяся частью кампании «Космическое видение» научной программы ЕКА . Для этого класса миссий лимит бюджета ЕКА составляет около 500 миллионов евро. Евклид был выбран в октябре 2011 года вместе с Solar Orbiter из нескольких конкурирующих миссий. [12] Евклид был запущен ракетой Falcon 9 . [13] [4]

7 ноября 2023 года ЕКА представило первые полноцветные изображения космоса, сделанные Евклидом . Телескоп создал невероятно четкие астрономические изображения большого участка неба, заглядывающие далеко в далекую Вселенную. Первые пять изображений иллюстрируют весь потенциал Евклида в создании самой обширной трехмерной карты Вселенной. [14] [15]

Научные цели и методы

Евклид будет исследовать историю расширения Вселенной и формирования космических структур , измеряя красное смещение галактик до значения 2, что эквивалентно взгляду на 10 миллиардов лет назад. [16] Связь между формами галактик и соответствующим им красным смещением поможет показать, как темная энергия способствует увеличению ускорения Вселенной. Используемые методы используют явление гравитационного линзирования , измерение барионных акустических колебаний и измерение галактических расстояний с помощью спектроскопии . [17]

Гравитационное линзирование (или гравитационный сдвиг) является следствием отклонения световых лучей, вызванного наличием материи, которая локально изменяет кривизну пространства-времени : свет, излучаемый галактиками, и, следовательно, наблюдаемые изображения искажаются, когда они проходят близко к материи. лежащий по лучу зрения. Эта материя частично состоит из видимых галактик, но в основном это темная материя . Измерив этот сдвиг , можно сделать вывод о количестве темной материи, что способствует пониманию того, как она распределяется во Вселенной . [18]

Спектроскопические измерения позволят измерить красное смещение галактик и определить их расстояния, используя закон Хаббла . Таким образом можно восстановить трехмерное распределение галактик во Вселенной . [16]

На основе этих данных можно одновременно измерить статистические свойства, касающиеся распределения темной материи и галактик, и измерить, как эти свойства изменяются по мере того, как космический корабль смотрит дальше в прошлое. Для обеспечения достаточно точных измерений необходимы высокоточные изображения. Любые искажения, присущие датчикам, должны быть учтены и откалиброваны, иначе полученные данные будут иметь ограниченное применение. [16]

Космический корабль

Евклид возник из двух концепций миссий, которые были предложены в ответ на конкурс предложений ESA Cosmic Vision 2015–2025, опубликованный в марте 2007 года: DUNE, исследователь темной вселенной, и SPACE, спектроскопический космический исследователь всего неба. Обе миссии предложили дополнительные методы измерения геометрии Вселенной, и после этапа оценочного исследования результатом стала объединенная миссия. Новая концепция миссии была названа «Евклид» в честь греческого математика Евклида Александрийского (~ 300 г. до н. э.), считающегося отцом геометрии. В октябре 2011 года «Евклид» был выбран Комитетом научной программы ЕКА для реализации, а 25 июня 2012 года он был официально принят. [1]

ЕКА выбрало итальянское подразделение Thales Alenia Space для строительства спутника в Турине . Евклид имеет длину 4,5 метра, диаметр 3,1 метра и массу 2 тонны. [3]

Между тем, модуль полезной нагрузки Euclid находился в ведении французского подразделения Airbus Defence and Space в Тулузе . Он состоит из телескопа Корша с главным зеркалом диаметром 1,2 метра, которое покрывает площадь 0,91  град 2 . [19] [20]

Международный консорциум ученых Euclid, в который вошли ученые из 13 европейских стран и США, предоставил камеру видимого света (VIS) [6] и спектрометр и фотометр ближнего инфракрасного диапазона (NISP). [7] Вместе они составят трехмерную карту распределения до двух миллиардов галактик, охватывающих более трети всего неба. [21] Эти широкоформатные камеры будут использоваться для характеристики морфометрических , фотометрических и спектроскопических свойств галактик.

Инструменты

  1. обеспечить низкоточные измерения красного смещения и, следовательно, расстояний более миллиарда галактик с помощью многоцветной фотометрии (с тремя фильтрами (Y, J и H)) ( метод фотометрического красного смещения ); и
  2. использовать бесщелевой спектрометр для анализа спектра света в ближнем инфракрасном диапазоне (920–1850 нм), для получения точных красных смещений и расстояний миллионов галактик с точностью, в 10 раз лучшей, чем фотометрические красные смещения , и для определения барионных акустических колебаний . [23]

Автобус космического корабля

Евклид космический корабль
Солнечная панель Евклида

Шина телескопа включает в себя солнечные панели , которые обеспечивают питание и стабилизируют ориентацию и наведение телескопа с точностью более 35 миллисекунд дуги (170 нрад). Телескоп тщательно изолирован, чтобы обеспечить хорошую термическую стабильность и не нарушать оптическое выравнивание. [ нужна цитата ]

Телекоммуникационная система способна передавать 850 гигабит в день. Он использует диапазон Ka и протокол доставки файлов CCSDS для отправки научных данных со скоростью 55 мегабит в секунду в течение выделенного периода в 4 часа в день на наземную станцию ​​Cebreros с 35-метровой тарелкой в ​​Испании, когда телескоп находится над горизонтом. Euclid имеет встроенную память объемом не менее 300  ГБ . [24] [ не удалось проверить ]

В служебном модуле (СВМ ) размещено большинство подсистем космического корабля :

AOCS обеспечивает стабильное наведение с дисперсией менее 35 угловых миллисекунд на одно визуальное воздействие. Для защиты сборки телескопа от оптических смещений при такой точности требуется высокая термическая стабильность. [24]

Вехи

24 января 2013 года НАСА подписало меморандум о взаимопонимании с ЕКА , описывающий его участие в миссии. НАСА предоставило 20 детекторов для приборов ближнего инфракрасного диапазона, которые работают параллельно с камерой в диапазоне видимого света. Приборы, телескоп и спутник будут построены и эксплуатироваться в Европе. НАСА также назначило 40 американских ученых частью консорциума Евклид, который будет разрабатывать инструменты и анализировать данные, полученные в ходе миссии. В настоящее время этот консорциум объединяет более 1000 ученых из 13 стран Европы и США. [25]

В 2015 году компания Euclid прошла предварительную экспертизу проекта, выполнив большое количество технических проектов, а также изготовив и протестировав ключевые компоненты. [26]

В декабре 2018 года «Евклид» прошел критическую проверку конструкции, в результате которой был подтвержден общий дизайн космического корабля и план архитектуры миссии, и было разрешено начать окончательную сборку космического корабля. [27]

В июле 2020 года два прибора (видимый и ближний ИК-диапазон) были доставлены в Airbus, Тулуза, Франция, для интеграции с космическим кораблем. [28]

После того, как в 2022 году Россия отказалась от запланированного «Союзом» запуска « Евклида» , ЕКА переназначило его на ракету-носитель SpaceX Falcon 9, которая стартовала 1 июля 2023 года. [13] [29] [11]

Выполнение миссии и данные

Евклид вращается вокруг точки Лагранжа L 2 .

Спустя 30 дней после запуска он начал вращаться вокруг точки Лагранжа Солнца-Земли L2 [3] по гало -орбите без затмений шириной около 1 миллиона км.

После получения первоначальных изображений возникла проблема: ученые обнаружили небольшую брешь в корпусе космического корабля. Этот зазор позволял солнечному свету проникать в датчик изображения, что приводило к ухудшению качества изображения. [30] Чтобы решить эту проблему, команда скорректировала ориентацию космического корабля на несколько градусов, эффективно блокируя попадание солнечного света в обнаруженный зазор. Эта корректирующая мера успешно решила проблему. [31]

Во время своей номинальной миссии, которая продлится не менее шести лет, Евклид будет наблюдать около 15 000 град 2 (4,6 ср), примерно треть неба, уделяя особое внимание внегалактическому небу (небу, обращенному в сторону от Млечного Пути ). [2] На протяжении шестилетней миссии он будет генерировать около 100 гигабайт сжатых данных в день. [32] Исследование будет дополнено дополнительными наблюдениями трех глубоких полей, в 5 раз превышающих соотношение сигнал/шум по сравнению с широким обследованием; глубокие поля охватывают 50 град 2 (15,2 мср). [33] Эти три поля будут регулярно посещаться в течение всего срока миссии. Они будут использоваться в качестве калибровочных полей и для контроля стабильности работы телескопа и инструментов, а также для получения научных данных путем наблюдения за самыми далекими галактиками и квазарами во Вселенной. [34] Два глубоких поля будут перекрываться с глубокими полями существующих исследований [35] , а третье глубокое поле предлагается в качестве места для одного из полей глубокого бурения LSST в обсерватории Веры К. Рубин . [36]

Чтобы измерить фотометрическое красное смещение для каждой галактики с достаточной точностью, миссия Евклида зависит от дополнительных фотометрических данных, полученных как минимум в четырех фильтрах на оптических длинах волн. Эти данные будут получены с наземных телескопов, расположенных как в северном, так и в южном полушариях, чтобы охватить полные 15 000 градусов 2 миссии. [37] [38] Всего каждая галактика миссии «Евклид» будет получать фотометрическую информацию как минимум в семи различных фильтрах, охватывающих весь диапазон 460–2000 нм. [39]

Около 10 миллиардов астрономических источников будут наблюдаться Евклидом , из которых один миллиард будет использоваться для слабого линзирования (для измерения их гравитационного сдвига) [40] с точностью, в 50 раз более точной, чем это возможно сегодня с помощью наземных телескопов. Евклид будет измерять спектроскопические красные смещения по меньшей мере 30 миллионов объектов для изучения кластеризации галактик .

Научное использование этого огромного набора данных будет осуществляться консорциумом из более чем 1200 человек под руководством Европы в более чем 100 лабораториях в 18 странах (Австрия, Бельгия, Дания, Финляндия, Франция, Германия, Италия, Нидерланды, Норвегия, Португалия, Румыния, Испания, Швейцария, Великобритания, Канада, США и Япония). [41] Консорциум «Евклид» [40] также отвечает за создание полезной нагрузки прибора «Евклид» , а также за разработку и внедрение наземного сегмента «Евклид », который будет обрабатывать все данные, собранные спутником. Лаборатории, входящие в Консорциум Евклида, финансируются и поддерживаются их национальными космическими агентствами, которые также несут программные обязанности своего национального вклада, а также их национальными исследовательскими структурами (исследовательскими агентствами, обсерваториями, университетами). В целом, вклад Консорциума Евклида составляет около 25% от общей бюджетной стоимости миссии до ее завершения. [42]

Огромный объем, разнообразие (космические и наземные, видимые и ближние инфракрасные области, морфометрия , фотометрия и спектроскопия) и высокий уровень точности измерений потребовали значительной осторожности и усилий при обработке данных, что сделало это важной частью миссии. ЕКА , национальные агентства и Консорциум Евклида тратят значительные ресурсы на создание команд исследователей и инженеров высшего уровня, занимающихся разработкой алгоритмов, программного обеспечения, процедур тестирования и проверки, архивирования данных и инфраструктур распределения данных. В общей сложности девять центров научных данных, расположенных в странах Консорциума Евклида, будут обрабатывать более 170 петабайт необработанных входных изображений в течение как минимум 6 лет для предоставления продуктов данных (изображений, спектров каталогов) в трех основных общедоступных выпусках данных в Системе научных архивов. миссии Евклида научному сообществу . [43] [39]

Благодаря широкому охвату неба и каталогам миллиардов звезд и галактик научная ценность данных, собранных миссией, выходит за рамки космологии . Эта база данных предоставит мировому астрономическому сообществу многочисленные источники и цели для космического телескопа Джеймса Уэбба и Большой миллиметровой решетки в Атакаме , а также для будущих миссий, таких как Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп , Тридцатиметровый Телескоп , Массив Квадратных Километров и Вера С. Обсерватория Рубин . [44]

Анимация Евклида
   Евклид  ·    Земля  ·    Солнце-Земля L2

Галерея первых тестовых изображений

Источник: [45]

Галерея

Рекомендации

  1. ^ ab «Обзор Евклида». esa.int .
  2. ^ ab «Характеристика миссии - Консорциум Евклида». Евклидовый консорциум. 28 декабря 2015 г. Архивировано из оригинала 16 марта 2022 г. Проверено 26 апреля 2016 г.
  3. ^ abcdefg «ТЕХНИЧЕСКИЕ ЛИСТ». Евклид . ЕКА . 24 января 2023 г. Проверено 7 июля 2023 г.
  4. ^ ab "Falcon 9 Block 5 - Телескоп Евклид" . Следующий космический полет . 5 июня 2023 г. Проверено 5 июня 2023 г.
  5. ^ ab "Космический корабль Евклид - Телескоп". ЕКА . 24 января 2013 года . Проверено 13 апреля 2011 г.
  6. ^ abc "Инструмент Евклида ВИС" . ЕКА . 18 октября 2019 года . Проверено 9 июля 2020 г.
  7. ^ abc "Инструмент Евклида NISP". ЕКА . 19 сентября 2019 года . Проверено 9 июля 2020 г.
  8. ^ ab «Евклид – отображение геометрии темной Вселенной». Портал наблюдения Земли ЕКА . Проверено 5 января 2022 г.
  9. ^ «Следите за первыми месяцами Евклида в космосе».
  10. ↑ Миллер, Катрина (1 июля 2023 г.). «Темная Вселенная ждет. Что покажет телескоп Евклида? – Миссия Европейского космического агентства, стартовавшая в субботу, захватит миллиарды галактик, чтобы создать космическую карту, охватывающую пространство и время». Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 1 июля 2023 года . Проверено 2 июля 2023 г.
  11. ^ ab «Евклид успешно запущен в космос ракетой Falcon 9» . Интересная инженерия. 1 июля 2023 г. Проверено 1 июля 2023 г.
  12. ^ «Статус миссии». Европейское космическое агентство . Проверено 23 ноября 2015 г.
  13. ↑ Аб Фауст, Джефф (20 октября 2022 г.). «ЕКА переносит две миссии на Falcon 9». Космические новости . Проверено 20 октября 2022 г.
  14. ↑ Миллер, Катрина (7 ноября 2023 г.). «Телескоп «Евклид» поражает первыми детальными изображениями нашей Вселенной. Главный телескоп Европейского космического агентства запечатлел новые виды космоса, давая небольшое представление о том, чего он, вероятно, достигнет в ближайшие годы». Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 7 ноября 2023 года . Проверено 8 ноября 2023 г.
  15. ^ «Первые изображения Евклида: ослепительная грань тьмы».
  16. ^ abc «Наука и технологии ЕКА - Научные цели». sci.esa.int .
  17. ^ «Наука и технологии ЕКА - Что такое барионные акустические колебания?». sci.esa.int .
  18. ^ «Наука и технологии ЕКА - Что такое гравитационное линзирование?». sci.esa.int .
  19. ^ «Наука и технологии ЕКА - Модуль полезной нагрузки» . sci.esa.int .
  20. ^ "Наука и технологии ЕКА - Телескоп" . sci.esa.int .
  21. ^ «Thales Alenia Space начинает строительство Евклида» . esa.int . 8 июля 2013 г.
  22. ^ «Наука и технологии ЕКА - инструмент Евклида VIS» . sci.esa.int .
  23. ^ "Наука и технологии ЕКА - инструмент Euclid NISP" . sci.esa.int .
  24. ^ ab «Наука и технологии ЕКА - Сервисный модуль». sci.esa.int .
  25. ^ "Участие НАСА в миссии ЕКА по изучению небесного света Вселенной" . esa.int (на испанском языке). 24 января 2013 г.
  26. ^ «Миссия Евклида в темной Вселенной готова принять форму» . ЕКА . 17 декабря 2015 года . Проверено 17 декабря 2015 г.
  27. ^ «Arianespace и ЕКА объявляют о контракте на запуск спутника Евклид для исследования темной энергии» . esa.int . 7 января 2020 г.
  28. ^ «Космический телескоп Евклид собирается вместе» . Космическая газета .
  29. ^ Миссия Евклида ЕКА , получено 1 июля 2023 г.
  30. ^ Куах, Катянна. «Телескоп Евклид ЕКА передал первые тестовые изображения» . www.theregister.com . Проверено 16 ноября 2023 г.
  31. ^ Салливан, Уилл. «Увидьте первые потрясающие тестовые изображения, полученные с космического телескопа Евклид». Смитсоновский журнал . Проверено 16 ноября 2023 г.
  32. ^ «Призвание Евклида: загрузка Вселенной». www.esa.int . Проверено 16 ноября 2023 г.
  33. ^ «Три темных поля для глубокого исследования Евклида». ЕКА. 12 июня 2019 года . Проверено 11 декабря 2022 г.
  34. ^ «Опросы». Евклидовый консорциум . Проверено 5 августа 2023 г.
  35. ^ «Три темных поля для глубокого исследования Евклида». ЕКА. 12 июня 2019 года . Проверено 8 января 2024 г.
  36. ^ «Одобрение SCOC наблюдений Euclid Deep Field South» . Обсерватория Веры К. Рубин . 23 марта 2022 г. Проверено 8 января 2024 г.
  37. ^ Ракка, Джузеппе Д.; и другие. (2016). «Дизайн миссии Евклида». В МакИвене, Ховард А.; Фацио, Джованни Дж.; Листруп, Макензи; Баталья, Натали; Зиглер, Николас; Тонг, Эдвард С. (ред.). Космические телескопы и приборы 2016: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны . Том. 9904. стр. 99040О. arXiv : 1610.05508 . дои : 10.1117/12.2230762. S2CID  118513194.
  38. ^ Понсе, Морис; Дабин, Кристоф; Буэнадича, Гильермо; Хоар, Джон; Заккей, Андреа; Соваж, Марк (2018). «Концепция обработки данных наземного сегмента Euclid Science (SGS)» . Конференция SpaceOps 2018 . дои : 10.2514/6.2018-2433. ISBN 978-1-62410-562-3.
  39. ^ ab «Евклид – картирование геометрии миссии Темной Вселенной».
  40. ^ ab «Консорциум Евклида - космическая миссия по составлению карты Темной Вселенной».
  41. ^ «О Консорциуме Евклида и членстве» . Евклидовый консорциум . 15 апреля 2023 г. Проверено 3 июля 2023 г.
  42. ^ «Космический полет сейчас | Последние новости | Миссии ЕКА «Евклид» разрешено приступить к разработке» .
  43. ^ «Панорамный информационный космический телескоп Евклида: раскрытие тайн Темной Вселенной, день 07.03.2023 - Reportdome» . 3 июля 2023 г.
  44. ^ «Наука и технологии ЕКА - Наследие науки (помимо космологии)» . sci.esa.int .
  45. ^ "Тестовые изображения Евклида намекают на будущее богатство" . www.esa.int . Проверено 31 июля 2023 г.

Внешние ссылки