Серия спутников НАСА « Великие обсерватории» представляет собой четыре больших и мощных астрономических телескопа космического базирования , запущенных в период с 1990 по 2003 год. Они были построены с использованием различных технологий для исследования определенных длин волн и энергий областей электромагнитного спектра : гамма-лучи , рентгеновские лучи , видимые лучи. и ультрафиолетовый свет , и инфракрасный свет .
Космический телескоп Хаббла ( HST) в основном наблюдает видимый свет и ближний ультрафиолет . Он был запущен в 1990 году на борту космического корабля "Дискавери" во время STS-31 . В 1997 году миссия по обслуживанию STS-82 расширила возможности работы в ближнем инфракрасном диапазоне, а в 2009 году миссия STS-125 отремонтировала телескоп и продлила его прогнозируемый срок службы.
Комптоновская гамма-обсерватория (CGRO) в основном наблюдала гамма-лучи , но также и жесткое рентгеновское излучение . Он был запущен в 1991 году на борту «Атлантиды» во время STS-37 и был сведен с орбиты в 2000 году из-за отказа гироскопа.
Рентгеновская обсерватория Чандра ( CXO) в основном наблюдает мягкое рентгеновское излучение . Он был запущен в 1999 году на борту «Колумбии» во время STS-93 на эллиптическую высокую околоземную орбиту и первоначально назывался Усовершенствованной рентгеновской астрономической установкой (AXAF).
Космический телескоп Спитцер ( SST) наблюдал инфракрасный спектр. Он был запущен в 2003 году на борту ракеты Дельта II на солнечную орбиту, сближающуюся с Землей. Истощение жидкого гелиевого теплоносителя в 2009 году снизило его функциональность, в результате чего у него осталось только два коротковолновых модуля формирования изображений. 30 января 2020 года он был выведен из эксплуатации и переведен в безопасный режим.
Космический телескоп «Хаббл» и рентгеновская обсерватория «Чандра» продолжат работу по состоянию на ноябрь 2023 года.
Первоначально предполагалось, что «Хаббл» будет поднят и возвращен на Землю с помощью космического корабля «Шаттл» , но позже от плана возвращения отказались. 31 октября 2006 года администратор НАСА Майкл Д. Гриффин дал добро на последнюю миссию по ремонту. В ходе 11-дневной миссии STS-125 космического корабля " Атлантис" , запущенной 11 мая 2009 года, [1] были установлены новые батареи, заменены все гироскопы, заменен командный компьютер, отремонтированы несколько инструментов, а также установлена камера Wide Field Camera 3 и Cosmic Origins. Спектрограф . [2]
Один из трех гироскопов Комптонской гамма-обсерватории вышел из строя в декабре 1999 года. Хотя обсерватория была полностью работоспособна с двумя гироскопами, НАСА решило, что отказ второго гироскопа приведет к невозможности управления спутником во время его возможного возвращения на Землю из-за орбитальный распад. Вместо этого НАСА решило упреждающе сойти с орбиты Комптона 4 июня 2000 года. [3] Части, уцелевшие при входе в атмосферу, выплеснулись в Тихий океан .
«Спитцер» был единственной из Великих обсерваторий, запущенной не с помощью космического корабля «Шаттл». Первоначально предполагалось, что он будет запущен таким образом, но после катастрофы «Челленджера» разгонный блок «Кентавр » LH2 / LOX , который требовался для вывода его на гелиоцентрическую орбиту, был запрещен к использованию «Шаттлом». Ракеты-носители «Титан» и «Атлас» были отменены по соображениям экономии. После доработки и облегчения его запустила ракета- носитель Delta II . До запуска он назывался Космическим инфракрасным телескопом (SIRTF).
Историю космического телескопа «Хаббл» можно проследить до 1946 года, когда астроном Лайман Спитцер написал статью «Астрономические преимущества внеземной обсерватории» . [4] Спитцер посвятил большую часть своей карьеры созданию космического телескопа.
Миссии Орбитальной астрономической обсерватории 1966–1972 годов продемонстрировали важную роль, которую космические наблюдения могут сыграть в астрономии. В 1968 году НАСА разработало твердые планы создания космического телескопа-рефлектора с трехметровым зеркалом, известного как Большой орбитальный телескоп или Большой космический телескоп (LST), запуск которого намечен на 1979 год. [5] Конгресс в конечном итоге одобрил финансирование. В начале 1980-х годов телескоп был назван в честь Эдвина Хаббла .
Гамма-лучи исследовались над атмосферой в ходе нескольких первых космических миссий. В 1977 году в ходе своей программы по созданию астрономических обсерваторий высоких энергий НАСА объявило о планах построить «большую обсерваторию» для гамма-астрономии . Гамма-обсерватория (GRO), переименованная в Комптоновскую гамма-обсерваторию (CGRO), была спроектирована с учетом основных достижений в детекторной технологии 1980-х годов. После 14 лет усилий CGRO был запущен 5 апреля 1991 года. [6]
В 1976 году рентгеновская обсерватория Чандра (в то время называвшаяся AXAF) была предложена НАСА Риккардо Джаккони и Харви Тананбаумом. Предварительные работы начались в следующем году в Центре космических полетов Маршалла (MSFC) и Смитсоновской астрофизической обсерватории (SAO). Тем временем в 1978 году НАСА запустило на орбиту первый рентгеновский телескоп — обсерваторию Эйнштейна (HEAO-2). Работа над проектом Чандра продолжалась на протяжении 1980-х и 1990-х годов. В 1992 году для снижения затрат космический корабль был модернизирован. Четыре из двенадцати запланированных зеркал были ликвидированы, как и два из шести научных инструментов. Запланированная орбита Чандры была изменена на эллиптическую, достигающую трети пути до самой дальней точки Луны. Это исключило возможность улучшения или ремонта с помощью космического корабля "Шаттл" , но поставило обсерваторию над радиационными поясами Земли на большей части ее орбиты.
К началу 1970-х годов астрономы начали рассматривать возможность размещения инфракрасного телескопа над затмевающим воздействием атмосферы Земли . Большинство ранних концепций предполагали повторяющиеся полеты на борту космического корабля «Шаттл» НАСА. Этот подход был разработан в эпоху, когда предполагалось, что программа «Шаттл» сможет поддерживать еженедельные полеты продолжительностью до 30 дней. В 1979 году в отчете Национального исследовательского совета Национальной академии наук « Стратегия космической астрономии и астрофизики на 1980-е годы» инфракрасный телескоп «Шаттл » (SIRTF) был назван «одним из двух основных астрофизических объектов, [которые будут разработаны] для Spacelab» . «Шаттл-платформа».
Запуск инфракрасного астрономического спутника , спутника класса Explorer, предназначенного для проведения первого инфракрасного обзора неба, привел к ожиданиям создания инструмента, использующего новую технологию инфракрасного детектора. К сентябрю 1983 года НАСА рассматривало «возможность длительной [бесплатной] миссии SIRTF». Полет Spacelab-2 в 1985 году на борту STS-51-F подтвердил, что среда «Шаттла» не очень подходит для бортового инфракрасного телескопа, и конструкция свободного полета лучше. Первое слово в названии было изменено с «Шаттл» , и теперь оно будет называться «Комплекс космического инфракрасного телескопа». [7] [8]
Космический телескоп Спитцер был запущен в 2003 году и был деактивирован, когда работа завершилась 30 января 2020 года.
Концепция программы Великой обсерватории была впервые предложена в отчете NRC 1979 года «Стратегия космической астрономии и астрофизики на 1980-е годы». Этот отчет заложил важную основу для Великих обсерваторий, и его председательствовали Питер Мейер (до июня 1977 г.), а затем Харлан Дж. Смит (посредством публикации). В середине 1980-х годов ее продолжили все директора отделов астрофизики в штаб-квартире НАСА , включая Фрэнка Мартина и Чарли Пеллерина. В программе НАСА «Великие обсерватории» использовались четыре отдельных спутника, каждый из которых был спроектирован так, чтобы покрывать различную часть спектра так, как это не могли сделать наземные системы. Такая перспектива позволила рассматривать предлагаемые рентгеновские и инфракрасные обсерватории как продолжение астрономической программы, начатой Хабблом и CGRO, а не как конкурентов или заменителей. [9] [10] [Другой ссылкой на этот абзац должны быть два пояснительных документа, опубликованные НАСА и созданные для Отдела астрофизики НАСА, которым тогда руководил Чари Пеллерин, и Рабочей группы НАСА по управлению астрофизикой в 1980-х годах. Оба озаглавлены «Великие обсерватории космической астрофизики» ; первый имеет номер документа НАСА 21M585, а второй - NP-128. Теперь, когда их трудно найти, они изложили обоснование набора обсерваторий и вопросы, которые можно было бы решить по всему спектру. Они сыграли важную роль в кампании по получению и утверждению одобрения четырех телескопов. Соавторами были астрофизик Мартин Харвит и писательница Валери Нил, работавшие в сотрудничестве с большей группой ученых в упомянутой Рабочей группе.]
.jpg/1280px-Crab_Nebula_NGC_1952_(composite_from_Chandra,_Hubble_and_Spitzer).jpg)
Каждая обсерватория была спроектирована так, чтобы продвигать современные технологии в предназначенном для нее диапазоне длин волн. Поскольку атмосфера Земли предотвращает попадание рентгеновских лучей , гамма-лучей и дальнего инфракрасного излучения на Землю, космические миссии были необходимы для обсерваторий Комптон, Чандра и Спитцер.
Хаббл также выигрывает от того, что находится над атмосферой, поскольку атмосфера размывает наземные наблюдения за очень слабыми объектами, уменьшая пространственное разрешение (однако более яркие объекты могут быть отображены с гораздо более высоким разрешением, чем Хаббл с земли, с использованием астрономических интерферометров или адаптивной оптики ). Более крупные наземные телескопы лишь недавно сравнялись с Хабблом по разрешению для ближних инфракрасных волн слабых объектов. Нахождение над атмосферой устраняет проблему свечения воздуха , позволяя Хабблу проводить наблюдения за сверхтусклыми объектами. Наземные телескопы не могут компенсировать свечение сверхтусклых объектов, поэтому для очень слабых объектов требуется громоздкое и неэффективное время экспозиции. Хаббл также может вести наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне волн, не проникающем через атмосферу.
Комптон наблюдал гамма-лучи, не проникающие в нижние слои атмосферы. Он был намного больше, чем любые приборы гамма-излучения, использовавшиеся в предыдущих миссиях HEAO , и открывал совершенно новые области наблюдения. У него было четыре прибора, охватывающих диапазон энергий от 20 кэВ до 30 ГэВ , которые дополняли чувствительность, разрешение и поля зрения друг друга. Гамма-лучи испускаются различными источниками высокой энергии и высокой температуры, такими как черные дыры , пульсары и сверхновые . [11]
У Чандры также не было наземных предшественников. Он последовал за тремя спутниками программы НАСА HEAO , в частности, за весьма успешной обсерваторией Эйнштейна , которая первой продемонстрировала возможности скользящего падения, фокусировки рентгеновской оптики , дающей пространственное разрешение на порядок лучше, чем у коллимированных инструментов (сравнимых с оптическими). телескопы), с огромным улучшением чувствительности. Большой размер, высокая орбита и чувствительные ПЗС-матрицы Чандры позволили наблюдать очень слабые источники рентгеновского излучения.
Спитцер также ведет наблюдения на длине волны, практически недоступной для наземных телескопов. Ему предшествовала меньшая миссия НАСА IRAS и большой телескоп ISO Европейского космического агентства (ЕКА) . В инструментах Спитцера использовались преимущества быстрого развития технологии инфракрасных детекторов со времен IRAS в сочетании с большой апертурой, благоприятными полями обзора и длительным сроком службы. Соответственно, доходы от науки были выдающимися. Инфракрасные наблюдения необходимы для очень далеких астрономических объектов, где весь видимый свет смещен в красную сторону в сторону инфракрасных волн, для холодных объектов, излучающих мало видимого света, а также для областей, оптически затемненных пылью.
Все четыре телескопа оказали существенное влияние на астрономию. Открытие новых диапазонов волн для наблюдения с высоким разрешением и высокой чувствительностью с помощью Комптона, Чандры и Спитцера произвело революцию в нашем понимании широкого спектра астрономических объектов и привело к обнаружению тысяч новых интересных объектов. Хаббл оказал гораздо большее влияние на общественность и средства массовой информации, чем другие телескопы, хотя на оптических длинах волн Хаббл обеспечил более скромное улучшение чувствительности и разрешения по сравнению с существующими инструментами. Способность Хаббла получать единообразные высококачественные изображения любого астрономического объекта в любое время позволила проводить точные исследования и сравнения большого количества астрономических объектов. Наблюдения Hubble Deep Field были очень важны для изучения далеких галактик, поскольку они предоставляют ультрафиолетовые изображения этих объектов в неподвижном кадре с таким же количеством пикселей по галактикам, что и предыдущие ультрафиолетовые изображения более близких галактик, что позволяет проводить прямое сравнение. Космический телескоп Джеймса Уэбба сделает еще больший шаг вперед, предоставляя изображения еще более отдаленных галактик в видимом свете в неподвижном кадре, которые можно будет напрямую сравнивать с изображениями близлежащих галактик в видимом диапазоне волн.
Помимо присущих миссиям возможностей (особенно чувствительности, которую не могут воспроизвести наземные обсерватории), программа Великих обсерваторий позволяет миссиям взаимодействовать для большей отдачи от науки. Разные объекты светятся на разных длинах волн, но обучение двух или более обсерваторий объекту позволяет глубже понять его.
Исследования высоких энергий (рентгеновских и гамма-лучей) до сих пор имели лишь умеренное разрешение изображений. Изучение рентгеновских и гамма-объектов с помощью «Хаббла», а также «Чандры» и «Комптона» дает точные данные о размерах и положении. В частности, разрешение Хаббла часто позволяет определить, является ли цель отдельным объектом или частью родительской галактики, а также находится ли яркий объект в ядре, рукавах или гало спиральной галактики . Аналогичным образом, меньшая апертура Спитцера означает, что Хаббл может добавлять более точную пространственную информацию к изображению Спитцера.
Ультрафиолетовые исследования с помощью Хаббла также позволяют выявить временные состояния объектов высокой энергии. Рентгеновские и гамма-лучи труднее обнаружить с помощью современных технологий, чем видимые и ультрафиолетовые лучи. Поэтому Чандре и Комптону потребовалось длительное время интегрирования, чтобы собрать достаточно фотонов. Однако объекты, которые светятся в рентгеновских и гамма-лучах, могут быть небольшими и изменяться во временных масштабах минут или секунд. Такие объекты затем требуют наблюдения с помощью Хаббла или Rossi X-ray Timing Explorer , которые могут измерять детали в угловых секундах или долях секунды из-за различных конструкций. Последним полным годом работы Росси был 2011 год.
Способность «Спитцера» видеть сквозь пыль и плотные газы хороша для наблюдения за ядрами галактик. Массивные объекты в центрах галактик светятся рентгеновскими лучами, гамма-лучами и радиоволнами, но инфракрасные исследования этих облачных областей могут выявить количество и расположение объектов.
Между тем у Хаббла нет ни поля зрения , ни времени для изучения всех интересных объектов. Достойные цели часто обнаруживаются с помощью наземных телескопов, которые дешевле, или с помощью космических обсерваторий меньшего размера, которые иногда специально предназначены для охвата больших участков неба. Кроме того, три другие Великие обсерватории обнаружили новые интересные объекты, которые заслуживают внимания Хаббла.
Одним из примеров синергии обсерваторий являются исследования Солнечной системы и астероидов . Маленькие тела, такие как маленькие луны и астероиды, слишком малы и/или далеки, чтобы их можно было непосредственно проанализировать даже с помощью Хаббла; их изображение выглядит как дифракционная картина, определяемая яркостью, а не размером. Однако минимальный размер может быть определен Хабблом, зная альбедо тела . Максимальный размер может быть определен Спитцером на основе знания температуры тела, которая в основном известна по его орбите. Таким образом, истинный размер тела заключен в скобки. Дальнейшая спектроскопия Спитцера может определить химический состав поверхности объекта, который ограничивает его возможные альбедо и, следовательно, усиливает оценку низкого размера.
На противоположном конце лестницы космических расстояний наблюдения, сделанные с помощью Хаббла, Спитцера и Чандры, были объединены в Глубокий обзор происхождения Великих обсерваторий, чтобы получить многоволновую картину формирования и эволюции галактик в ранней Вселенной .
Когда великие обсерватории работали вместе, чтобы сделать особые открытия или наблюдения:
В марте 2016 года сообщалось, что Спитцер и Хаббл использовались для открытия самой далекой из известных галактик, GN-z11 . Этот объект видели таким, каким он был 13,4 миллиарда лет назад. [12] [13] ( Список самых далеких астрономических объектов )
.png/1280px-Telescope_Primary_Mirror_Sizes_Compared_(4198-Image).png)
В 2016 году НАСА начало рассматривать четыре различных флагманских космических телескопа : [18] это Миссия по визуализации обитаемых экзопланет (HabEx), Большой УФ-оптический инфракрасный исследователь (LUVOIR), Космический телескоп Origins (OST) и рентгеновская обсерватория Lynx . В 2019 году четыре команды передадут свои окончательные отчеты Национальной академии наук , чей независимый комитет по десятилетним исследованиям консультирует НАСА о том, какая миссия должна стать главным приоритетом. Отбор состоится в 2021 году, а запуск ориентировочно в 2035 году. [18]
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В эту статью включен текст из этого источника, который находится в свободном доступе .}В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .Подробное описание Великих обсерваторий НАСА, включая основную полезную нагрузку STS-93, рентгеновскую обсерваторию Чандра.
