stringtranslate.com

Евклид (космический корабль)

Euclid — широкоугольный космический телескоп с 600-мегапиксельной камерой для записи видимого света , ближним инфракрасным спектрометром и фотометром для определения красного смещения обнаруженных галактик . Он был разработан Европейским космическим агентством (ESA) и консорциумом Euclid и запущен 1 июля 2023 года с мыса Канаверал во Флориде. [10] [11]

Примерно через месяц он достиг своей цели, гало-орбиты вокруг второй точки Лагранжа L2 системы Солнце-Земля , на среднем расстоянии 1,5 миллиона километров за пределами орбиты Земли (или примерно в четыре раза больше расстояния от Земли до Луны). Там телескоп, как ожидается, будет работать по крайней мере шесть лет. Он присоединится к миссиям Gaia и James Webb Space Telescope в L2.

Цель миссии Euclid — лучше понять темную энергию и темную материю путем точного измерения ускоряющегося расширения Вселенной . Для этого телескоп типа Korsch будет измерять формы галактик на разных расстояниях от Земли и исследовать связь между расстоянием и красным смещением . Темная энергия , как правило, считается способствующей увеличению ускорения расширяющейся Вселенной , поэтому понимание этой связи поможет уточнить, как ее понимают физики и астрофизики . Миссия Euclid развивает и дополняет телескоп Planck ЕКА (2009–2013). Миссия названа в честь древнегреческого математика Евклида .

Euclid — это миссия среднего класса («M-класс»), которая является частью кампании Cosmic Vision Научной программы ЕКА . Этот класс миссий имеет бюджетный лимит ЕКА около 500 миллионов евро. Euclid был выбран в октябре 2011 года вместе с Solar Orbiter из нескольких конкурирующих миссий. [12] Euclid был запущен Falcon 9. [13] [ 4]

7 ноября 2023 года ЕКА представило первые полноцветные изображения космоса, полученные Евклидом . Телескоп создал четкие астрономические изображения большого участка неба, заглядывая далеко в далекую вселенную. Первые пять изображений иллюстрируют весь потенциал Евклида по созданию самой обширной трехмерной карты Вселенной. [14] [15]

В мае 2024 года миссия ESA Euclid опубликовала изображения скоплений галактик Abell 2390 и Abell 2764, области звездообразования Messier 78 , спиральной галактики NGC 6744 и группы галактик Dorado . Эти ранние наблюдения демонстрируют способность Euclid изучать темную материю и космическую эволюцию. [16]

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 в прошлое. [17] Связь между формами галактик и соответствующим им красным смещением поможет показать, как темная энергия способствует увеличению ускорения Вселенной. Применяемые методы используют явление гравитационного линзирования , измерение барионных акустических колебаний и измерение галактических расстояний с помощью спектроскопии . [18]

Гравитационное линзирование (или гравитационный сдвиг) является следствием отклонения световых лучей, вызванного присутствием материи, которая локально изменяет кривизну пространства-времени : свет, излучаемый галактиками, и, следовательно, наблюдаемые изображения, искажаются, когда они проходят близко к материи, лежащей вдоль линии зрения. Эта материя частично состоит из видимых галактик, но в основном это темная материя . Измеряя этот сдвиг , можно вывести количество темной материи, что способствует пониманию того, как она распределена во Вселенной . [19]

Спектроскопические измерения позволят измерить красные смещения галактик и определить их расстояния с помощью закона Хаббла . Таким образом, можно реконструировать трехмерное распределение галактик во Вселенной . [17]

Из этих данных можно одновременно измерить статистические свойства, касающиеся распределения темной материи и галактик, и измерить, как эти свойства изменяются, когда космический аппарат смотрит дальше назад во времени. Для обеспечения достаточно точных измерений требуются высокоточные изображения. Любые искажения, присущие датчикам, должны быть учтены и откалиброваны, в противном случае полученные данные будут иметь ограниченное применение. [17]

Космический корабль

Евклид в чистой комнате

Euclid появился из двух концепций миссии, которые были предложены в ответ на призыв к предложениям ESA Cosmic Vision 2015–2025, опубликованный в марте 2007 года: DUNE, Dark Universe Explorer, и SPACE, Spectroscopic All-Sky Cosmic Explorer. Обе миссии предлагали взаимодополняющие методы измерения геометрии Вселенной, и после фазы оценочного исследования получилась объединенная миссия. Новая концепция миссии была названа Euclid в честь греческого математика Евклида Александрийского (~300 г. до н. э.), который считается отцом геометрии. В октябре 2011 года Euclid был выбран Комитетом по научной программе ESA для реализации, а 25 июня 2012 года он был официально принят. [1]

ЕКА выбрало итальянское подразделение Thales Alenia Space для строительства спутника в Турине . Длина Euclid составляет 4,5 метра, диаметр — 3,1 метра, а масса — 2 тонны. [3]

Между тем, модуль полезной нагрузки Euclid был в ведении французского подразделения Airbus Defence and Space в Тулузе . Он состоит из телескопа Korsch с главным зеркалом диаметром 1,2 метра, которое охватывает площадь 0,91  градуса 2 . [20] [21]

Международный консорциум ученых, консорциум Euclid, в состав которого входят 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, распределенных более чем на трети всего неба. [22] Эти крупноформатные камеры будут использоваться для характеристики морфометрических , фотометрических и спектроскопических свойств галактик.

Инструменты

  1. обеспечивают низкоточные измерения красных смещений и, следовательно, расстояний более миллиарда галактик с помощью многоцветной (3-фильтровой (Y, J и H)) фотометрии ( техника фотометрического красного смещения ); и
  2. использовать бесщелевой спектрометр для анализа спектра света в ближнем инфракрасном диапазоне (920–1850 нм), для получения точных значений красного смещения и расстояний миллионов галактик с точностью в 10 раз лучшей, чем фотометрические красные смещения , и для определения барионных акустических колебаний . [24]

Космический автобус

Космический корабль «Евклид»
Солнечная панель Евклида

Автобус телескопа включает солнечные панели , которые обеспечивают питание и стабилизируют ориентацию и наведение телескопа с точностью лучше 35 миллисекунд дуги (170 нрад). Телескоп тщательно изолирован для обеспечения хорошей термостабильности, чтобы не нарушить оптическое выравнивание. [ необходима цитата ]

Телекоммуникационная система способна передавать 850 гигабит в день. Она 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 35-метровую наземную станцию ​​Cebreros в Испании, когда телескоп находится над горизонтом. Euclid имеет встроенную емкость хранения 4 терабит (500  ГБ ). [25]

В служебном модуле (SVM) размещено большинство подсистем космического корабля: [ необходима ссылка ]

AOCS обеспечивает стабильное наведение с дисперсией менее 35 миллисекунд дуги на визуальную экспозицию. Высокая термостабильность необходима для защиты телескопической сборки от оптических несоосностей при таких значениях точности. [26]

Вехи

24 января 2013 года NASA подписало меморандум о взаимопонимании с ESA, в котором описывалось его участие в миссии. NASA предоставило 20 детекторов для инструмента ближнего инфракрасного диапазона, которые работают параллельно с камерой в диапазоне видимого света. Инструменты, телескоп и спутник были построены и управляются из Европы. NASA также назначило 40 американских ученых в консорциум Euclid, который будет разрабатывать инструменты и анализировать данные, полученные в ходе миссии. В настоящее время этот консорциум объединяет более 1000 ученых из 13 европейских стран и США. [27]

В 2015 году Euclid прошел предварительную проверку проекта, выполнив большое количество технических проектов, а также построив и испытав ключевые компоненты. [28]

В декабре 2018 года Euclid прошёл критическую проверку проекта, которая подтвердила общую конструкцию космического корабля и план архитектуры миссии, и было разрешено начать окончательную сборку космического корабля. [29]

В июле 2020 года два прибора (видимый и ближний инфракрасный) были доставлены в Airbus, Тулуза, Франция, для интеграции с космическим аппаратом. [30]

После того, как в 2022 году Россия отказалась от запланированного «Союзом» запуска « Евклида» , ЕКА передало его ракете-носителю SpaceX Falcon 9, которая стартовала 1 июля 2023 года с космодрома 40 на мысе Канаверал . [13] [31] [11]

Выполнение миссии и данные

Евклид вращается вокруг точки Лагранжа L 2

После запуска, проведя в пути 30 дней, он начал вращаться вокруг точки Лагранжа L2 системы Солнце-Земля [3] по гало-орбите шириной около 1 млн км, свободной от затмений.

После получения первоначальных изображений возникла проблема, поскольку ученые обнаружили небольшую щель в корпусе космического корабля. Эта щель позволила солнечному свету проникнуть в датчик изображения, что привело к ухудшению качества изображения. [32] Чтобы решить эту проблему, команда скорректировала ориентацию космического корабля на несколько градусов, фактически заблокировав попадание солнечного света в обнаруженную щель. Эта корректирующая мера успешно решила проблему. [33]

Области, которые Euclid будет охватывать в течение своей номинальной шестилетней миссии

В течение своей номинальной миссии, которая продлится не менее шести лет, Euclid будет наблюдать около 15 000 градусов 2 (4,6 ср), около трети неба, сосредоточившись на внегалактическом небе (небо, обращенное в сторону от Млечного Пути ). [2] Он будет генерировать около 100 гигабайт сжатых данных в день в течение своей шестилетней миссии. [34] Обзор будет дополнен дополнительными наблюдениями трех глубоких полей до 5-кратного отношения сигнал-шум широкого обзора; глубокие поля охватывают 50 градусов 2 (15,2 мср). [35] Три поля будут регулярно посещаться в течение всей продолжительности миссии. Они будут использоваться в качестве калибровочных полей и для мониторинга стабильности работы телескопа и инструмента, а также для получения научных данных путем наблюдения за самыми далекими галактиками и квазарами во Вселенной. [36] Два из глубоких полей будут перекрываться глубокими полями существующих исследований [37] , а третье глубокое поле предлагается в качестве места для одного из полей глубокого бурения LSST в обсерватории Веры К. Рубин . [38]

Для измерения фотометрического красного смещения для каждой галактики с достаточной точностью миссия Евклид зависит от дополнительных фотометрических данных, полученных по крайней мере в четырех фильтрах на оптических длинах волн. Эти данные будут получены с наземных телескопов, расположенных как в северном, так и в южном полушариях, чтобы покрыть все 15 000 градусов 2 миссии. [39] [40] В общей сложности каждая галактика миссии Евклид получит фотометрическую информацию по крайней мере в семи различных фильтрах, охватывающих весь диапазон 460–2000 нм. [41]

Около 10 миллиардов астрономических источников будут наблюдаться Евклидом , из которых один миллиард будет использоваться для слабого линзирования (для измерения их гравитационного сдвига) [42] с точностью в 50 раз более точной, чем это возможно сегодня с использованием наземных телескопов. Евклид будет измерять спектроскопические красные смещения по крайней мере для 30 миллионов объектов для изучения скопления галактик .

Научная эксплуатация этого огромного набора данных будет осуществляться европейским консорциумом из более чем 1200 человек 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). [43] Консорциум Euclid [42] также отвечает за создание полезной нагрузки инструмента Euclid и за разработку и реализацию наземного сегмента Euclid , который будет обрабатывать все данные, собранные спутником. Лаборатории, вносящие вклад в консорциум Euclid, финансируются и поддерживаются их национальными космическими агентствами, которые также имеют программные обязанности своего национального вклада, и их национальными исследовательскими структурами (исследовательские агентства, обсерватории, университеты). В целом, консорциум Euclid вносит около 25% от общей бюджетной стоимости миссии до ее завершения. [44]

Огромный объем, разнообразие (космические и наземные, видимые и ближние инфракрасные, морфометрия , фотометрия и спектроскопия) и высокий уровень точности измерений потребовали значительной осторожности и усилий при обработке данных, что сделало это важнейшей частью миссии. ЕКА , национальные агентства и консорциум Евклид тратят значительные ресурсы на создание высокоуровневых команд исследователей и инженеров по разработке алгоритмов, разработке программного обеспечения, процедурам тестирования и проверки, архивации данных и инфраструктурам распределения данных. В общей сложности девять центров научных данных, расположенных в странах консорциума Евклид, будут обрабатывать более 170 петабайт необработанных входных изображений в течение как минимум 6 лет для предоставления продуктов данных (изображений, каталогов спектров) в трех основных публичных выпусках данных в системе научных архивов миссии Евклид для научного сообщества. [45] [41]

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 обильные источники и цели для космического телескопа Джеймса Уэбба и Атакамского большого миллиметрового массива , а также будущих миссий, таких как Европейский чрезвычайно большой телескоп , Тридцатиметровый телескоп , Квадратный километровый массив и Обсерватория Веры К. Рубин . [46]

Анимация Евклида
   Евклид  ·    Земля  ·    Солнце-Земля L2

Галерея первых тестовых изображений

Источник: [47]

Галерея

Ссылки

  1. ^ ab "Обзор Евклида". esa.int .
  2. ^ ab "Mission Characteristic – Euclid Consortium". Euclid Consortium. 28 декабря 2015 г. Архивировано из оригинала 16 марта 2022 г. Получено 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 – Euclid Telescope". Следующий космический полет . 5 июня 2023 г. Получено 5 июня 2023 г.
  5. ^ ab "Euclid Spacecraft – Telescope". ESA . 24 января 2013 г. Получено 13 апреля 2011 г.
  6. ^ abc "Euclid VIS Instrument". ESA . 18 октября 2019 г. Получено 9 июля 2020 г.
  7. ^ abc "Euclid NISP Instrument". ESA . 19 сентября 2019 г. Получено 9 июля 2020 г.
  8. ^ ab "Euclid – Mapping the geometry of the dark Universe". Портал наблюдения за Землей ЕКА . Архивировано из оригинала 5 января 2022 года . Получено 5 января 2022 года .
  9. ^ «Проследите первые месяцы Эвклида в космосе».
  10. ^ Миллер, Катрина (1 июля 2023 г.). «Темная Вселенная ждет. Что откроет телескоп Евклид? – Миссия Европейского космического агентства, запущенная в субботу, захватит миллиарды галактик, чтобы создать космическую карту, охватывающую пространство и время». The New York Times . Архивировано из оригинала 1 июля 2023 г. . Получено 2 июля 2023 г. .
  11. ^ ab "Euclid успешно запущен в космос ракетой Falcon 9". Интересная инженерия. 1 июля 2023 г. Получено 1 июля 2023 г.
  12. ^ "Статус миссии". Европейское космическое агентство . Получено 23 ноября 2015 г.
  13. ^ ab Foust, Jeff (20 октября 2022 г.). "ESA переводит две миссии на Falcon 9". SpaceNews . Получено 20 октября 2022 г. .
  14. ^ Миллер, Катрина (7 ноября 2023 г.). «Телескоп Евклида ослепляет первыми подробными изображениями нашей Вселенной — главный телескоп Европейского космического агентства запечатлел новые виды космоса, небольшой отрывок из того, чего он, вероятно, достигнет в ближайшие годы». The New York Times . Архивировано из оригинала 7 ноября 2023 г. . Получено 8 ноября 2023 г.
  15. ^ «Первые изображения Евклида: Ослепительная грань тьмы».
  16. ^ "Евклид ЕКА чествует первую науку сверкающими космическими видами". www.esa.int . Получено 23 мая 2024 г. .
  17. ^ abc "ESA Science & Technology – Science Goals". sci.esa.int .
  18. ^ "ESA Science & Technology – Что такое барионные акустические колебания?". sci.esa.int .
  19. ^ "ESA Science & Technology – Что такое гравитационное линзирование?". sci.esa.int .
  20. ^ "ESA Science & Technology – Модуль полезной нагрузки". sci.esa.int .
  21. ^ "ESA Science & Technology – Telescope". sci.esa.int .
  22. ^ "Thales Alenia Space начинает строительство Euclid". esa.int . 8 июля 2013 г.
  23. ^ "ESA Science & Technology – Прибор Euclid VIS". sci.esa.int .
  24. ^ "ESA Science & Technology – Инструмент Euclid NISP". sci.esa.int .
  25. ^ "Комплект для запуска Euclid" (PDF) . Европейское космическое агентство . стр. 7 . Получено 24 мая 2024 г. .
  26. ^ "ESA Science & Technology – Service Module". sci.esa.int .
  27. ^ "Участие НАСА в миссии ЕКА по изучению небесного света Вселенной" . esa.int (на испанском языке). 24 января 2013 г.
  28. ^ "Миссия Euclid dark Universe готова к реализации". ESA . ​​17 декабря 2015 г. Получено 17 декабря 2015 г.
  29. ^ "Arianespace и ESA объявляют о контракте на запуск спутника Euclid для исследования темной энергии". esa.int . 7 января 2020 г.
  30. ^ «Космический телескоп «Евклид» готовится к запуску». Space Daily .
  31. ^ ESA Euclid Mission, июль 2023 г. , получено 1 июля 2023 г.
  32. ^ Куах, Катианна. «Телескоп ESA Euclid передает первые тестовые изображения». www.theregister.com . Получено 16 ноября 2023 г.
  33. ^ Салливан, Уилл. «Посмотрите первые потрясающие тестовые изображения с космического телескопа Евклид». Smithsonian Magazine . Получено 16 ноября 2023 г.
  34. ^ "Euclid calls: downloading the Universe". www.esa.int . Получено 16 ноября 2023 г. .
  35. ^ «Три темных поля для глубокого обзора Евклида». ESA. 12 июня 2019 г. Получено 11 декабря 2022 г.
  36. ^ "Surveys". Euclid Consortium . Получено 5 августа 2023 г.
  37. ^ «Три темных поля для глубокого обзора Евклида». ESA. 12 июня 2019 г. Получено 8 января 2024 г.
  38. ^ "SCOC одобряет наблюдения Euclid Deep Field South". Обсерватория Веры К. Рубин . 23 марта 2022 г. Получено 8 января 2024 г.
  39. ^ Ракка, Джузеппе Д.; и др. (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.
  40. ^ Понсе, Морис; Дабин, Кристоф; Буэнадича, Гильермо; Хоар, Джон; Заккей, Андреа; Соваж, Марк (2018). "Концепция обработки операций наземного сегмента Euclid Science (SGS)". Конференция SpaceOps 2018 г. doi :10.2514/6.2018-2433. ISBN 978-1-62410-562-3.
  41. ^ ab «Евклид – Картографирование геометрии Темной Вселенной».
  42. ^ ab «Консорциум Евклида – Космическая миссия по картографированию Темной Вселенной».
  43. ^ "О консорциуме Евклида и членстве". Консорциум Евклида . 15 апреля 2023 г. Получено 3 июля 2023 г.
  44. ^ «Космические полеты сейчас | Срочные новости | Миссия Euclid ЕКА получила разрешение на начало разработки».
  45. ^ "Панорамный информационный космический телескоп Евклид: раскрытие секретов Темной Вселенной, день 03/07/2023 – Reportdome". 3 июля 2023 г. Архивировано из оригинала 21 июля 2023 г. Получено 7 июля 2023 г.
  46. ^ "ESA Science & Technology – Научные достижения (за пределами космологии)". sci.esa.int .
  47. ^ "Изображения теста Евклида предвещают грядущие богатства". www.esa.int . Получено 31 июля 2023 г. .
  48. ^ "Увеличьте первую страницу большого космического атласа ESA Euclid". www.esa.int . Получено 22 октября 2024 г. .

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Евклид (космический корабль)» .