stringtranslate.com

Рентгеновская обсерватория Чандра

Рентгеновская обсерватория Чандра ( CXO ) , ранее известная как Advanced X-ray Astrophysics Facility ( AXAF ), является флагманским космическим телескопом, запущенным на борту космического челнока Columbia во время STS-93 НАСА 23 июля 1999 года. Чандра чувствительна к источникам рентгеновского излучения в 100 раз слабее, чем любой предыдущий рентгеновский телескоп , что стало возможным благодаря высокому угловому разрешению его зеркал. Поскольку атмосфера Земли поглощает подавляющее большинство рентгеновских лучей , они не обнаруживаются наземными телескопами ; поэтому для проведения этих наблюдений требуются космические телескопы. Чандра является спутником Земли на 64-часовой орбите, и его миссия продолжается по состоянию на 2024 год .

Chandra является одной из Великих обсерваторий , наряду с космическим телескопом Хаббл , гамма-обсерваторией Комптона (1991–2000) и космическим телескопом Спитцера (2003–2020). Телескоп назван в честь лауреата Нобелевской премии индийско-американского астрофизика Субрахманьяна Чандрасекара . [7] Его миссия аналогична миссии космического корабля XMM-Newton ЕКА , также запущенного в 1999 году, но эти два телескопа имеют разные конструктивные фокусы, поскольку у Chandra гораздо более высокое угловое разрешение, а у XMM-Newton более высокая пропускная способность спектроскопии.

В ответ на сокращение финансирования NASA в 2024 году Конгрессом США , Chandra находится под угрозой досрочного закрытия, несмотря на то, что у нее осталось более десяти лет работы. Отмена была названа потенциальным событием «уровня вымирания» для рентгеновской астрономии в США. Группа астрономов организовала проект по работе с общественностью, чтобы попытаться привлечь достаточное количество американских граждан, чтобы убедить Конгресс США предоставить достаточное финансирование, чтобы избежать досрочного закрытия обсерватории. [8]

История

В 1976 году Риккардо Джаккони и Харви Тананбаум предложили NASA проект рентгеновской обсерватории Чандра (тогда она называлась AXAF) . Предварительные работы начались в следующем году в Центре космических полетов Маршалла (MSFC) и Смитсоновской астрофизической обсерватории (SAO), где телескоп сейчас эксплуатируется для NASA [9] в рентгеновском центре Чандра в Центре астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт . Тем временем, в 1978 году, НАСА запустило на орбиту первый рентгеновский телескоп с визуализацией, Einstein (HEAO-2). Работа над проектом AXAF продолжалась в течение 1980-х и 1990-х годов. В 1992 году для сокращения расходов космический аппарат был перепроектирован. Четыре из двенадцати запланированных зеркал были исключены, как и два из шести научных инструментов. Планируемая орбита AXAF была изменена на эллиптическую, достигающую одной трети пути к Луне в ее самой дальней точке. Это исключило возможность улучшения или ремонта с помощью Space Shuttle , но поместило обсерваторию выше радиационных поясов Земли на протяжении большей части ее орбиты. AXAF был собран и испытан компанией TRW (теперь Northrop Grumman Aerospace Systems) в Редондо-Бич , Калифорния .

Запуск космического корабля «Колумбия» STS -93 в 1999 году

AXAF был переименован в Chandra в рамках конкурса, проведенного NASA в 1998 году, на который было подано более 6000 заявок по всему миру. [10] Победители конкурса Джатила ван дер Вин и Тайрел Джонсон (тогда учитель средней школы и ученик средней школы соответственно), предложили название в честь лауреата Нобелевской премии индийско-американского астрофизика Субрахманьяна Чандрасекара . Он известен своей работой по определению максимальной массы белых карликовых звезд , что привело к более глубокому пониманию астрономических явлений высокой энергии, таких как нейтронные звезды и черные дыры . [7] Соответственно, название Chandra означает «луна» на санскрите . [11]

Первоначально запланированный к запуску в декабре 1998 года [10] , космический корабль был отложен на несколько месяцев, в конечном итоге запущенный 23 июля 1999 года в 04:31 UTC космическим челноком Columbia во время STS-93 . Chandra была развернута Кэди Коулман [12] с Columbia в 11:47 UTC. Двигатель первой ступени инерциальной верхней ступени загорелся в 12:48 UTC, и после 125 секунд горения и отделения вторая ступень загорелась в 12:51 UTC и горела в течение 117 секунд. [13] При весе 22 753 кг (50 162 фунта) [1] это был самый тяжелый полезный груз, когда-либо запущенный шаттлом, вследствие двухступенчатой ​​ракетной системы инерциальной верхней ступени, необходимой для доставки космического корабля на его высокую орбиту.

Chandra возвращает данные с месяца после запуска. Он управляется SAO в рентгеновском центре Chandra в Кембридже, штат Массачусетс , при содействии MIT и Northrop Grumman Space Technology. ПЗС-матрицы ACIS получили повреждения частицами во время ранних прохождений радиационного пояса. Чтобы предотвратить дальнейшие повреждения, инструмент теперь удаляется из фокальной плоскости телескопа во время прохождений.

Хотя изначально ожидаемый срок службы Chandra составлял 5 лет, 4 сентября 2001 года NASA продлило срок его службы до 10 лет «на основе выдающихся результатов обсерватории». [14] Физически Chandra может прослужить гораздо дольше. Исследование 2004 года, проведенное в рентгеновском центре Chandra, показало, что обсерватория может прослужить не менее 15 лет. [15] Она активна с 2024 года и имеет предстоящий график наблюдений, опубликованный рентгеновским центром Chandra. [16]

В июле 2008 года Международная рентгеновская обсерватория , совместный проект ЕКА , НАСА и JAXA , была предложена в качестве следующей крупной рентгеновской обсерватории, но позже была отменена. [17] Позднее ЕКА возродило уменьшенную версию проекта как Усовершенствованный телескоп для астрофизики высоких энергий (ATHENA) с предполагаемым запуском в 2028 году. [18]

10 октября 2018 года Chandra перешла в безопасный режим работы из-за сбоя гироскопа. NASA сообщило, что все научные приборы в безопасности. [19] [20] В течение нескольких дней была обнаружена 3-секундная ошибка в данных одного гироскопа, и были разработаны планы по возвращению Chandra в полную эксплуатацию. Гироскоп, на котором произошел сбой, был переведен в резерв и в остальном исправен. [21]

В марте 2024 года Конгресс принял решение сократить финансирование NASA и его миссий. Это может привести к преждевременному завершению этой миссии. [22] В июне 2024 года сенаторы призвали NASA пересмотреть сокращение финансирования Chandra, что было принято. [23]

Примеры открытий

Экипаж STS-93 с масштабной моделью

Данные, собранные Чандрой, значительно продвинули область рентгеновской астрономии . Вот несколько примеров открытий, подкрепленных наблюдениями Чандры:

Техническое описание

Сборка телескопа
Главное зеркало AXAF (Чандра)
HRC летный отряд Чандра

В отличие от оптических телескопов, которые обладают простыми алюминизированными параболическими поверхностями (зеркалами), рентгеновские телескопы обычно используют телескоп Вольтера, состоящий из вложенных цилиндрических параболоидных и гиперболоидных поверхностей, покрытых иридием или золотом . Рентгеновские фотоны поглощаются обычными зеркальными поверхностями, поэтому для их отражения необходимы зеркала с малым углом скольжения. Chandra использует четыре пары вложенных зеркал вместе с их опорной конструкцией, называемой High Resolution Mirror Assembly (HRMA); подложка зеркала представляет собой стекло толщиной 2 см, с отражающей поверхностью иридиевым покрытием 33 нм, а диаметры составляют 65 см, 87 см, 99 см и 123 см. [46] Толстая подложка и особенно тщательная полировка позволили получить очень точную оптическую поверхность, которая отвечает за непревзойденное разрешение Chandra: от 80% до 95% входящей рентгеновской энергии фокусируется в круг длительностью в одну угловую секунду . Однако толщина подложки ограничивает долю заполняемой апертуры, что приводит к низкой площади сбора по сравнению с XMM-Newton .

Высокоэллиптическая орбита Чандры позволяет ей вести непрерывное наблюдение в течение 55 часов из 65-часового орбитального периода . В своей самой дальней точке орбиты от Земли Чандра является одним из самых удаленных спутников на околоземной орбите. Эта орбита выводит ее за пределы геостационарных спутников и за пределы внешнего пояса Ван Аллена . [47]

Угловое разрешение Chandra составляет 0,5 угловой секунды (2,4 мкрад), что в 1000 раз превышает разрешение первого орбитального рентгеновского телескопа.

CXO использует механические гироскопы , [48] которые являются датчиками, помогающими определить, в каком направлении направлен телескоп. [49] Другие системы навигации и ориентации на борту CXO включают в себя камеру обзора, датчики Земли и Солнца , а также маховики . Он также имеет два набора двигателей, один для движения, а другой для разгрузки импульса. [49]

Инструменты

Модуль научных приборов (SIM) содержит два фокальных прибора: усовершенствованный спектрометр ПЗС-изображений (ACIS) и камеру высокого разрешения (HRC), перемещая тот из них, который требуется, в нужное положение во время наблюдения.

ACIS состоит из 10 ПЗС- чипов и обеспечивает получение изображений, а также спектральной информации о наблюдаемом объекте. Он работает в диапазоне энергий фотонов 0,2–10 кэВ . HRC имеет два компонента микроканальной пластины и изображения в диапазоне 0,1–10 кэВ. Он также имеет временное разрешение 16 микросекунд . Оба этих инструмента могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с одной из двух пропускающих решеток обсерватории .

Пропускающие решетки, которые поворачиваются в оптический путь позади зеркал, обеспечивают Chandra спектроскопией с высоким разрешением. Спектрометр пропускающей решетки высокой энергии (HETGS) работает в диапазоне 0,4–10 кэВ и имеет спектральное разрешение 60–1000. Спектрометр пропускающей решетки низкой энергии (LETGS) имеет диапазон 0,09–3 кэВ и разрешение 40–2000.

Резюме: [50]

Галерея

Маркированная схема CXO
Анимация орбиты рентгеновской обсерватории Чандра вокруг Земли с 7 августа 1999 г.
  Чандра  ·   Земля

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd "Chandra X-ray Observatory Quick Facts". Marshall Space Flight Center. Архивировано из оригинала 12 февраля 2022 г. Получено 16 сентября 2017 г.
  2. ^ abcdef "Chandra Specifications". NASA/Harvard . Получено 3 сентября 2015 г.
  3. ^ "Международный рейс № 210: STS-93". Spacefacts.de . Получено 29 апреля 2018 г. .
  4. ^ "Chandra X-Ray Observatory - Orbit". Heavens Above . 3 сентября 2015 г. Получено 3 сентября 2015 г.
  5. ^ "Рентгеновская обсерватория Чандра: Обзор". Chandra X-ray Center . Получено 3 сентября 2015 г.
  6. ^ Ридпат, Ян (2012). Словарь астрономии (2-е изд.). Oxford University Press. стр. 82. ISBN 978-0-19-960905-5.
  7. ^ ab "And the Co-Winners Are..." Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт. 1998. Архивировано из оригинала 12 января 2014 года.
  8. ^ "Действуйте сейчас". Спасите рентгеновскую обсерваторию Чандра . Получено 25 мая 2024 г.
  9. ^ "Chandra X-ray Center". CXC.CFA.Harvard.edu . Получено 21 февраля 2022 г. .
  10. ^ ab Tucker, Wallace (31 октября 2013 г.). «Тайрел Джонсон и Джатила ван дер Вин — победители конкурса наименований Чандры — где они сейчас?». Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт . Получено 12 января 2014 г.
  11. ^ "Значение, происхождение и история имени Чандра". За именем . Получено 19 июня 2024 г. .
  12. ^ "Изображение: 23 июля 1999 г. Рентгеновская обсерватория Чандра ожидает развертывания". Phys.org . NASA . Получено 21 февраля 2022 г. .
  13. ↑ Drachlis, Dave (23 июля 1999 г.). «Отчет о состоянии рентгеновской обсерватории Чандра: 23 июля 1999 г. 6:00 вечера по восточному поясному времени». Отчеты о состоянии Центра космических полетов им. Маршалла. NASA. Архивировано из оригинала 26 февраля 2000 г.
  14. ^ «Миссия Чандры продлена до 2009 года». Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт. 28 сентября 2001 г.
  15. ^ Шварц, Дэниел А. (август 2004 г.). «Развитие и научное влияние рентгеновской обсерватории Чандра». International Journal of Modern Physics D . 13 (7): 1239–1248. arXiv : astro-ph/0402275 . Bibcode :2004IJMPD..13.1239S. doi :10.1142/S0218271804005377. S2CID  858689.
  16. ^ "CXO Long-term Schedule". CXC.Harvard.edu . Получено 21 февраля 2022 г. .
  17. ^ "Международная рентгеновская обсерватория". NASA. Архивировано из оригинала 3 марта 2008 года.
  18. ^ Хауэлл, Элизабет (1 ноября 2013 г.). «Рентгеновский космический телескоп будущего может быть запущен в 2028 году». Space.com . Получено 1 января 2014 г.
  19. ^ Кусер, Аманда (12 октября 2018 г.). «Еще один космический телескоп НАСА только что перешел в безопасный режим». CNET . Получено 14 октября 2018 г. .
  20. ↑ Данбар, Брайан, ред. (12 октября 2018 г.). «Chandra Enters Safe Mode; Investigation Underway». NASA. Архивировано из оригинала 11 ноября 2022 г. Получено 14 октября 2018 г.
  21. ↑ Chou, Felicia; Porter, Molly; Watzke, Megan (24 октября 2018 г.). «Chandra Operations Resume after Cause of Safe Mode Identified». NASA/ Smithsonian . Получено 19 июня 2024 г.
  22. ^ Рависетти, Мониша (23 марта 2024 г.). «Космический аппарат Chandra X-ray вскоре может выйти из строя, поставив под угрозу большую часть астрономии». Space.com . Получено 13 июня 2023 г.
  23. ^ Foust, Jeff (13 июня 2024 г.). «Письмо Конгресса просит NASA отменить сокращения Chandra». Spacenews.com . Получено 13 июня 2024 г. .
  24. ^ Холл, Алан. «Чандра видит свой „первый свет“». Scientific American . Получено 27 сентября 2023 г. .
  25. ^ Павлов, ГГ; Завлин, ВЕ; Ашенбах, Б.; Трампер, Дж.; Санвал, Д. (2000). «Компактный центральный объект в Кассиопее А: нейтронная звезда с горячими полярными шапками или черная дыра?». The Astrophysical Journal . 531 (1): L53–L56. arXiv : astro-ph/9912024 . Bibcode : 2000ApJ...531L..53P. doi : 10.1086/312521. PMID  10673413. S2CID  16849221.
  26. ^ Weisskopf, MC; Hester, JJ; Tennant, AF; Elsner, RF; Schulz, NS; Marshall, HL; Karovska, M.; Nichols, JS; Swartz, DA; et al. (2000). "Открытие пространственной и спектральной структуры рентгеновского излучения Крабовидной туманности". The Astrophysical Journal . 536 (2): L81–L84. arXiv : astro-ph/0003216 . Bibcode :2000ApJ...536L..81W. doi :10.1086/312733. PMID  10859123. S2CID  14879330.
  27. ^ Baganoff, FK; Bautz, MW; Brandt, WN; Chartas, G.; Feigelson, ED; Garmire, GP; Maeda, Y.; Morris, M.; Ricker, GR; et al. (2001). «Быстрая вспышка рентгеновского излучения из направления сверхмассивной черной дыры в Галактическом центре». Nature . 413 (6851): 45–48. arXiv : astro-ph/0109367 . Bibcode :2001Natur.413...45B. doi :10.1038/35092510. PMID  11544519. S2CID  2298716.
  28. ^ Гриффитс, RE; Птак, A.; Фейгельсон, ED; Гармир, G.; Таунсли, L.; Брандт, WN; Самбруна, R.; Брегман, JN (2000). «Горячая плазма и двойные черные дыры в звездообразующей галактике M82». Science . 290 (5495): 1325–1328. Bibcode :2000Sci...290.1325G. doi :10.1126/science.290.5495.1325. PMID  11082054.
  29. ^ Piro, L.; Garmire, G.; Garcia, M.; Stratta, G.; Costa, E.; Feroci, M.; Meszaros, P.; Vietri, M.; Bradt, H.; et al. (2000). «Наблюдение рентгеновских линий от гамма-всплеска (GRB991216): свидетельство перемещения выбросов от прародителя». Science . 290 (5493): 955–958. arXiv : astro-ph/0011337 . Bibcode :2000Sci...290..955P. doi :10.1126/science.290.5493.955. PMID  11062121. S2CID  35190896.
  30. ^ «Студенты, использующие данные NASA и NSF, совершают звездные открытия; побеждают в конкурсе научных команд» (пресс-релиз). NASA. 12 декабря 2000 г. Выпуск 00-195. Архивировано из оригинала 10 мая 2013 г.
  31. ^ Шмитт и Лифке, 2004
  32. ^ Kastner, JH; Richmond, M.; Grosso, N.; Weintraub, DA; Simon, T.; Frank, A.; Hamaguchi, K.; Ozawa, H.; Henden, A. (2004). "Вспышка рентгеновского излучения от быстро аккрецирующей молодой звезды, освещающей туманность Макнейла". Nature . 430 (6998): 429–431. arXiv : astro-ph/0408332 . Bibcode :2004Natur.430..429K. doi :10.1038/nature02747. PMID  15269761. S2CID  1186552.
  33. ^ Бонаменте, Массимилиано; Джой, Маршалл; ЛаРок, Сэмюэл; Карлстром, Джон; Риз, Эрик; Доусон, Кайл (10 августа 2006 г.). «Определение шкалы космических расстояний по эффекту Сюняева-Зельдовича и рентгеновским измерениям Чандра скоплений галактик с высоким красным смещением». The Astrophysical Journal . 647 (1): 25–54. arXiv : astro-ph/0512349 . Bibcode :2006ApJ...647...25B. doi :10.1086/505291. S2CID  15723115.
  34. ^ Клоу, Дуглас; Брадача, Маруша; Гонсалес, Энтони; Маркевич, Максим; Рэндалл, Скотт; Джонс, Кристин; Зарицкий, Деннис (30 августа 2006 г.). «Прямое эмпирическое доказательство существования темной материи». The Astrophysical Journal . 648 (2): L109–L113. arXiv : astro-ph/0608407 . Bibcode :2006ApJ...648L.109C. doi : 10.1086/508162 .
  35. ↑ Рой, Стив; Вацке, Меган (октябрь 2006 г.). «Чандра рассматривает мюзикл «Черная дыра»: эпично, но не в тему» ​​(пресс-релиз). Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт.
  36. ^ Madejski, Greg (2005). Recent and Future Observations in the X-ray and Gamma-ray Bands: Chandra, Suzaku, GLAST, and NuSTAR . Astrophysical Sources of High Energy Particles and Radiation. 20–24 июня 2005 г. Торунь, Польша. AIP Conference Proceedings. Vol. 801. p. 21. arXiv : astro-ph/0512012 . doi :10.1063/1.2141828.
  37. ^ «Загадочные рентгеновские лучи с Юпитера». NASA. 7 марта 2002 г. Получено 12 июля 2022 г.
  38. ^ Харрингтон, Дж. Д.; Андерсон, Джанет; Эдмондс, Питер (24 сентября 2012 г.). «NASA's Chandra показывает, что Млечный Путь окружен гало горячего газа». NASA.
  39. ^ "M60-UCD1: Сверхкомпактная карликовая галактика". NASA. 24 сентября 2013 г.
  40. ^ ab Chou, Felicia; Anderson, Janet; Watzke, Megan (5 января 2015 г.). "RELEASE 15-001 - NASA's Chandra обнаруживает рекордный выброс из черной дыры Млечного Пути". NASA . Получено 6 января 2015 г. .
  41. ^ "Обнаружение рентгеновских лучей проливает новый свет на Плутон". Лаборатория прикладной физики . 14 сентября 2016 г. Архивировано из оригинала 17 октября 2016 г.
  42. ^ Ринкон, Пол (25 октября 2021 г.). «Признаки первой планеты, обнаруженной за пределами нашей галактики». BBC News . Архивировано из оригинала 25 октября 2021 г.
  43. ^ Крейн, Лия (23 сентября 2020 г.). «Астрономы, возможно, нашли первую планету в другой галактике». New Scientist . Получено 25 сентября 2020 г.
  44. ^ Ди Стефано, Р. и др. (18 сентября 2020 г.). «M51-ULS-1b: первый кандидат на планету во внешней галактике». arXiv : 2009.08987 [astro-ph.HE].
  45. ^ Мохон, Ли (30 марта 2021 г.). «Первые рентгеновские лучи с Урана обнаружены». NASA. Архивировано из оригинала 25 июля 2022 г.
  46. ^ Gaetz, TJ; Jerius, Diab (28 января 2005 г.). "Руководство пользователя HRMA" (PDF) . Chandra X-ray Center. Архивировано из оригинала (PDF) 10 февраля 2006 г.
  47. ^ Готт, Дж. Ричард; Юрич, Марио (2006). «Логарифмическая карта Вселенной». Принстонский университет.
  48. ^ «Технические часто задаваемые вопросы (FAQ)». Космический телескоп Джеймса Уэбба. NASA . Получено 14 декабря 2016 г.
  49. ^ ab "Космический корабль: движение, тепло и энергия". Рентгеновская обсерватория Чандра. NASA. 17 марта 2014 г. Получено 14 декабря 2016 г.
  50. ^ "Science Instruments". Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт . Получено 17 ноября 2016 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Чандра рентгеновская обсерватория» .