Серия спутников НАСА Great Observatories представляет собой четыре крупных и мощных космических астрономических телескопа, запущенных в эксплуатацию в период с 1990 по 2003 год. Они были построены с использованием различных технологий для исследования определенных областей длин волн/энергий электромагнитного спектра : гамма-лучей , рентгеновских лучей , видимого и ультрафиолетового света , а также инфракрасного света .
Космический телескоп Хаббл ( HST) в основном наблюдает видимый свет и ближний ультрафиолет . Он был запущен в 1990 году на борту космического челнока Discovery во время STS-31 , но его главное зеркало было неправильно отшлифовано, что привело к сферической аберрации , которая поставила под угрозу возможности телескопа. Оптика была скорректирована до предполагаемого качества в ходе сервисной миссии STS-61 в 1993 году. В 1997 году сервисная миссия STS-82 добавила возможности в ближнем инфракрасном диапазоне, а в 2009 году сервисная миссия STS-125 отремонтировала телескоп и продлила его прогнозируемый срок службы. Он остается в активной эксплуатации по состоянию на октябрь 2024 года [обновлять].
Гамма -обсерватория Комптона (CGRO) в первую очередь наблюдала гамма-лучи , хотя она также распространялась на жесткие рентгеновские лучи . Она была запущена в 1991 году на борту Atlantis во время STS-37 . Она была сведена с орбиты в 2000 году после отказа гироскопа.
Рентгеновская обсерватория Chandra ( CXO) в основном наблюдает мягкие рентгеновские лучи . Она была запущена в 1999 году на борту Columbia во время STS-93 на эллиптическую высокую околоземную орбиту и первоначально называлась Advanced X-ray Astronomical Facility (AXAF). Она продолжает активно работать по состоянию на октябрь 2024 года [обновлять].
Космический телескоп Spitzer (SST) наблюдал инфракрасный спектр. Он был запущен в 2003 году на борту ракеты Delta II на солнечную орбиту, следующую за Землей. Истощение его жидкого гелиевого охладителя в 2009 году снизило его функциональность, оставив только два модуля получения изображений в коротковолновом диапазоне. Он был выведен из эксплуатации и переведен в безопасный режим 30 января 2020 года.
Концепция программы Great Observatory была впервые предложена в докладе NRC 1979 года «Стратегия космической астрономии и астрофизики на 1980-е годы». [1] Этот доклад заложил основу для Great Observatories и возглавлялся Питером Мейером (до июня 1977 года), а затем Харланом Дж. Смитом (через публикацию). В середине 1980-х годов она была дополнительно развита всеми директорами астрофизических отделов в штаб-квартире NASA , включая Фрэнка Мартина и Чарли Пеллерина. Программа NASA «Great Observatories» использовала четыре отдельных спутника, каждый из которых был разработан для покрытия различной части спектра способами, которые наземные системы не могли. Такая перспектива позволила рассматривать предлагаемые рентгеновские и инфракрасные обсерватории как продолжение астрономической программы, начатой с Hubble и CGRO, а не как конкурентов или замену. [2] [3] Два пояснительных документа, опубликованных NASA и созданных для NASA Astrophysics Division и NASA Astrophysics Management Working Group, изложили обоснование для набора обсерваторий и вопросы, которые можно было бы рассмотреть по всему спектру. [4] [5] Они сыграли важную роль в кампании по получению и поддержанию одобрения для четырех телескопов. [ необходима ссылка ]
.jpg/1280px-Hubble_Space_Telescope_(27946391011).jpg)
Историю космического телескопа «Хаббл» можно проследить с 1946 года, когда астроном Лайман Спитцер написал статью «Астрономические преимущества внеземной обсерватории» . [6] Спитцер посвятил большую часть своей карьеры продвижению идеи создания космического телескопа.
Миссии Орбитальной астрономической обсерватории 1966–1972 годов продемонстрировали важную роль космических наблюдений в астрономии. В 1968 году НАСА разработало твердые планы по созданию космического рефлекторного телескопа с 3-метровым зеркалом, предварительно известного как Большой орбитальный телескоп или Большой космический телескоп (LST), запуск которого был запланирован на 1979 год. [7] В конечном итоге Конгресс одобрил финансирование в размере 36 миллионов долларов США на 1978 год, и проектирование LST началось всерьез, нацелившись на дату запуска в 1983 году. В начале 1980-х годов телескоп был назван в честь Эдвина Хаббла .
Первоначально предполагалось, что Хаббл будет извлечен и возвращен на Землю космическим челноком , но позже от плана по извлечению отказались. 31 октября 2006 года администратор НАСА Майкл Д. Гриффин дал добро на последнюю восстановительную миссию. 11-дневная миссия STS-125 космического челнока Atlantis , запущенная 11 мая 2009 года, [8] установила новые батареи, заменила все гироскопы, заменила командный компьютер, отремонтировала несколько приборов и установила широкоугольную камеру 3 и спектрограф Cosmic Origins . [9]
Гамма-лучи были исследованы над атмосферой несколькими ранними космическими миссиями. Во время своей Программы астрономической обсерватории высоких энергий в 1977 году НАСА объявило о планах по строительству «великой обсерватории» для гамма-астрономии . Гамма-обсерватория (GRO), переименованная в Комптоновскую гамма-обсерваторию (CGRO), была разработана для использования основных достижений в технологии детекторов в 1980-х годах. После 14 лет усилий CGRO была запущена 5 апреля 1991 года. [10] Один из трех гироскопов на Комптоновской гамма-обсерватории вышел из строя в декабре 1999 года. Хотя обсерватория была полностью функциональна с двумя гироскопами, НАСА посчитало, что отказ второго гироскопа приведет к невозможности управления спутником во время его возможного возвращения на Землю из-за орбитального распада. Вместо этого НАСА приняло решение о превентивном выводе Комптона с орбиты 4 июня 2000 года. [11] Части, которые пережили вход в атмосферу, упали в Тихий океан .
В 1976 году Риккардо Джаккони и Харви Тананбаум предложили NASA рентгеновскую обсерваторию Chandra (тогда она называлась AXAF) . Предварительные работы начались в следующем году в Центре космических полетов имени Маршалла (MSFC) и Смитсоновской астрофизической обсерватории (SAO). Тем временем, в 1978 году, NASA запустило на орбиту первый рентгеновский телескоп с возможностью получения изображений, обсерваторию Эйнштейна (HEAO-2). Работа над проектом Chandra 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 ликвидированы, как и два из шести научных инструментов. Планируемая орбита Chandra была изменена на эллиптическую, достигая одной трети пути до Луны в ее самой дальней точке. Это исключило возможность усовершенствования или ремонта с помощью космического челнока, но позволило разместить обсерваторию выше радиационных поясов Земли на протяжении большей части ее орбиты.
К началу 1970-х годов астрономы начали рассматривать возможность размещения инфракрасного телескопа над затемняющими эффектами атмосферы Земли . Большинство ранних концепций предполагали повторные полеты на борту космического челнока NASA. Этот подход был разработан в эпоху, когда предполагалось, что программа «Шаттл» способна поддерживать еженедельные полеты продолжительностью до 30 дней. В 1979 году в докладе Национального исследовательского совета Национальной академии наук «Стратегия космической астрономии и астрофизики на 1980-е годы » был определен инфракрасный телескоп «Шаттл» (SIRTF) как «один из двух основных астрофизических объектов [будущих разработан] для Spacelab », платформы, установленной на борту «Шаттла».
Запуск инфракрасного астрономического спутника , спутника класса Explorer, предназначенного для проведения первого инфракрасного обзора неба, привел к ожиданию инструмента, использующего новую технологию инфракрасного детектора. К сентябрю 1983 года NASA рассматривало «возможность длительной [свободно летающей] 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 свободно летающая конструкция была лучше. Первое слово в названии было изменено с Shuttle, поэтому он стал называться Space Infrared Telescope Facility. [12] [13]
Spitzer был единственной из Великих обсерваторий, не запущенных космическим челноком. Первоначально планировалось, что он будет запущен таким образом, но после катастрофы Challenger верхняя ступень Centaur LH2 / LOX , которая потребовалась бы для его вывода на гелиоцентрическую орбиту, была запрещена для использования шаттлом. Ракеты-носители Titan и Atlas были отменены по соображениям стоимости. После перепроектирования и облегчения он был запущен в 2003 году ракетой-носителем Delta II . Перед запуском он назывался Space Infrared Telescope Facility (SIRTF). Телескоп был деактивирован, когда операции закончились 30 января 2020 года.
.jpg/1280px-Crab_Nebula_NGC_1952_(composite_from_Chandra,_Hubble_and_Spitzer).jpg)
Поскольку атмосфера Земли препятствует проникновению рентгеновских лучей , гамма-лучей [14] и дальнего инфракрасного излучения на землю, космические миссии были необходимы для обсерваторий Комптона, Чандра и Спитцера. Хаббл также выигрывает от нахождения над атмосферой, поскольку атмосфера размывает наземные наблюдения очень слабых объектов, уменьшая пространственное разрешение (однако более яркие объекты могут быть получены с гораздо более высоким разрешением, чем Хаббл с земли, с помощью астрономических интерферометров или адаптивной оптики ). Более крупные наземные телескопы только недавно сравнялись с Хабблом по разрешению для длин волн ближнего инфракрасного диапазона слабых объектов. Нахождение над атмосферой устраняет проблему свечения воздуха , позволяя Хабблу проводить наблюдения сверхслабых объектов. Наземные телескопы не могут компенсировать свечение воздуха на сверхслабых объектах, и поэтому очень слабые объекты требуют громоздкого и неэффективного времени экспозиции. Хаббл также может вести наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне длин волн, которые не проникают через атмосферу.
Каждая обсерватория была разработана для продвижения технологий в своей области электромагнитного спектра. Compton был намного больше, чем любые гамма-инструменты, запущенные в предыдущих миссиях HEAO , открывая совершенно новые области наблюдения. Он имел четыре инструмента, охватывающих диапазон энергий от 20 кэВ до 30 ГэВ , которые дополняли друг друга по чувствительности, разрешению и полю зрения. Гамма-лучи испускаются различными источниками высокой энергии и температуры, такими как черные дыры , пульсары и сверхновые .
У Chandra также не было наземных предшественников. Он последовал за тремя спутниками программы NASA HEAO , в частности, за весьма успешной обсерваторией Эйнштейна , которая первой продемонстрировала мощь скользящего падения, фокусирующей рентгеновской оптики , дающей пространственное разрешение на порядок лучше, чем у коллимированных инструментов (сравнимых с оптическими телескопами), с огромным улучшением чувствительности. Большой размер, высокая орбита и чувствительные ПЗС-матрицы Chandra позволили наблюдать очень слабые источники рентгеновского излучения.
Spitzer также наблюдает на длинах волн, в значительной степени недоступных для наземных телескопов. Ему предшествовали в космосе меньшая миссия IRAS НАСА и большой телескоп ISO Европейского космического агентства (ESA) . Инструменты Spitzer воспользовались быстрым прогрессом в технологии инфракрасных детекторов со времен IRAS в сочетании с его большой апертурой, благоприятными полями зрения и долгим сроком службы. Научные результаты были соответственно выдающимися. [ необходима цитата ] Инфракрасные наблюдения необходимы для очень далеких астрономических объектов, где весь видимый свет смещен в красную область до инфракрасных длин волн, для холодных объектов, которые излучают мало видимого света, и для областей, оптически скрытых пылью.
Помимо присущих миссии возможностей (в частности, чувствительности, которую невозможно воспроизвести с помощью наземных обсерваторий), программа Great Observatories позволяет миссиям взаимодействовать для большей отдачи от науки. Разные объекты светятся на разных длинах волн, но обучение двух или более обсерваторий на объекте позволяет достичь более глубокого понимания.
Исследования высоких энергий (в рентгеновских и гамма-лучах) до сих пор имели лишь умеренное разрешение изображений. Изучение рентгеновских и гамма-объектов с помощью Хаббла, а также Чандра и Комптон, дает точные данные о размерах и положении. В частности, разрешение Хаббла часто позволяет различить, является ли цель отдельным объектом или частью родительской галактики, и находится ли яркий объект в ядре, рукавах или гало спиральной галактики . Аналогично, меньшая апертура Спитцера означает, что Хаббл может добавлять более тонкую пространственную информацию к изображению Спитцера. Сообщалось в марте 2016 года, что Спитцер и Хаббл были использованы для открытия самой далекой из известных галактик, GN-z11 . Этот объект был виден таким, каким он был 13,4 миллиарда лет назад. [15] [16] ( Список самых далеких астрономических объектов )
Ультрафиолетовые исследования с Хабблом также раскрывают временные состояния высокоэнергетических объектов. Рентгеновские лучи и гамма-лучи сложнее обнаружить с помощью современных технологий, чем видимые и ультрафиолетовые. Поэтому Чандра и Комптон нуждались в длительном времени интеграции, чтобы собрать достаточно фотонов. Однако объекты, которые светятся в рентгеновских и гамма-лучах, могут быть небольшими и могут меняться в масштабах времени в минуты или секунды. Такие объекты затем требуют последующего наблюдения с Хабблом или Rossi X-ray Timing Explorer , который может измерять детали в угловых секундах или долях секунды из-за различных конструкций. Последний полный год работы Росси был 2011.
Способность Spitzer видеть сквозь пыль и плотные газы хороша для наблюдений за ядрами галактик. Массивные объекты в сердцевинах галактик светятся в рентгеновских лучах, гамма-лучах и радиоволнах, но инфракрасные исследования этих затуманенных областей могут выявить количество и положение объектов.
Между тем, Хаббл не имеет ни поля зрения , ни доступного времени для изучения всех интересных объектов. Достойные цели часто обнаруживаются с помощью наземных телескопов, которые дешевле, или с помощью небольших космических обсерваторий, которые иногда специально предназначены для охвата больших областей неба. Кроме того, три другие Великие обсерватории обнаружили новые интересные объекты, которые заслуживают отвлечения Хаббла.
Одним из примеров синергии обсерваторий являются исследования Солнечной системы и астероидов . Малые тела, такие как малые луны и астероиды, слишком малы и/или удалены, чтобы их можно было напрямую разрешить даже с помощью Хаббла; их изображение выглядит как дифракционная картина, определяемая яркостью, а не размером. Однако минимальный размер может быть выведен Хабблом через знание альбедо тела . Максимальный размер может быть определен Спитцером через знание температуры тела, которая в значительной степени известна по его орбите. Таким образом, истинный размер тела заключен в скобки. Дальнейшая спектроскопия Спитцером может определить химический состав поверхности объекта, что ограничивает его возможные альбедо и, следовательно, уточняет оценку низкого размера.
На противоположном конце лестницы космических расстояний наблюдения, выполненные с помощью Хаббла, Спитцера и Чандры, были объединены в рамках Глубокого обзора происхождения Великой обсерватории , чтобы получить многоволновую картину формирования и эволюции галактик в ранней Вселенной .
Все четыре телескопа оказали существенное влияние на астрономию. Открытие новых диапазонов волн для наблюдений с высоким разрешением и высокой чувствительностью телескопами Compton, Chandra и Spitzer произвело революцию в нашем понимании широкого спектра астрономических объектов и привело к обнаружению тысяч новых интересных объектов. Hubble оказал гораздо большее влияние на общественность и средства массовой информации, чем другие телескопы, хотя на оптических длинах волн Hubble обеспечил более скромное улучшение чувствительности и разрешения по сравнению с существующими инструментами. Способность Hubble к однородному высококачественному изображению любого астрономического объекта в любое время позволила проводить точные обзоры и сравнения большого количества астрономических объектов. Наблюдения Hubble Deep Field были очень важны для изучения далеких галактик, поскольку они обеспечивают ультрафиолетовые изображения этих объектов в неподвижном кадре с таким же количеством пикселей по галактикам, как и предыдущие ультрафиолетовые изображения более близких галактик, что позволяет проводить прямое сравнение.
.png/1280px-Telescope_Primary_Mirror_Sizes_Compared_(4198-Image).png)
В 2016 году НАСА начала рассматривать четыре различных флагманских космических телескопа , [21] это Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx), Large UV Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), Origins Space Telescope (OST) и Lynx X-ray Observatory . В 2019 году четыре команды передадут свои окончательные отчеты в Национальную академию наук , чей независимый комитет Decadal Survey консультирует НАСА о том, какая миссия должна иметь наивысший приоритет. [21]
NASA объявило о создании Обсерватории обитаемых миров (HWO) в 2023 году, которая станет преемником предложений Большого ультрафиолетового оптического инфракрасного обзорщика (LUVOIR) и Миссии по получению изображений экзопланет (HabEX). [22] Администрация также создала Программу развития Великой обсерватории для развития Обсерватории обитаемых миров [23]
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .Подробное описание Великих обсерваторий NASA, включая основную полезную нагрузку STS-93, рентгеновскую обсерваторию Chandra
