Наше место в этом мире
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Вселенная и Солнечная система
 Исследователи
Космические аппараты
Страница: Космические аппараты, Оптический диапазон (Part #1, Part #2); Инфракрасный диапазон (Part #1, Part #2); Микроволновый диапазон (Part #1, Part #2); Радиодиапазон. Спектр-Р; Ультрафиолетовый диапазон; Рентгеновский диапазон (Part #1, Part #2);
Наше место в этом мире
Способы изучения космического пространства

Телескоп Hershel

    Herschel Space Observatory — космический телескоп среднего и дальнего инфракрасного диапазона, первый астрономический инструмент, отправленный Европейским Космическим Агентством (ESA) в точку Лагранжа L2 системы «Земля-Солнце». Первоначально этот проект назывался FIRST (Far Infrared and Submillimetre Telescope), но позже был переименован в честь Уильяма Гершеля - основоположника современной астрономии, в 1800 г. открывшего инфракрасные лучи.
    Запущен ракетой Ariane 5 с космодрома Куру (Французская Гвиана) 14 мая 2009 г.
    Космический аппарат Herschel в среднем удален от Земли примерно на полтора миллиона километров, но из-за эллиптичности земной орбиты расстояние до него меняется в пределах от 1,2 до 1,8 млн. км. Каждый месяц производяться малые коррекции орбиты, чтобы компенсировать «снос» из окрестностей точки Лагранжа. Телескоп постоянно направлен в противоположную сторону от Земли, Луны и Солнца, чтобы его чувствительные детекторы были защищены от мощного инфракрасного излучения этих объектов. К марту 2013 г. должны закончиться бортовые запасы жидкого гелия (исходно его на борту имелось около 2300 литров), необходимого для охлаждения оптической системы и инфракрасной ПЗС-матрицы. После этого Herschel полностью потеряет научную ценность. Специалисты ESA рассматривают два варианта его дальнейшей «судьбы»: отправка аппарата на гелиоцентрическую орбиту, двигаясь по которой, он не встретится с Землей на протяжении нескольких сотен лет, или же управляемый «сброс» на лунную поверхность. Если будет принято решение реализовать второй вариант, падение телескопа на Луну произойдет в июне-июле 2013 г.

    ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛЕСКОПА HERSHEL

    > Тип: рефлектор системы Ричи-Кретьена
    > Диаметр: 3500 мм (самое большое зеркало, выведенное за пределы атмосферы)
    > Площадь собирающей поверхности: 9,6 м2
    > Фокусное расстояние: 28,5 м (f/8,7)
    > Рабочий диапазон: от 60 до 670 мкм (инфракрасный)
    > Масса: 3300 кг

    НАУЧНЫЕ ПРИБОРЫ:

    Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) - фотометр и спектрометр среднего разрешения, работающий в диапазоне от 60 до 210 мкм (этот диапазон является оптимальным для изучения молодых, удаленных, содержащих много пыли галактик с бурным звездообразованием, поскольку их линии излучения и максимум непрерывного спектра смещены в сторону более длинных волн).
    Spectral and Photometric Imaging REceiver (SPIRE) - фотометр и спектрометр среднего разрешения для диапазона 194-672 мкм. Он предназначен для изучения очень далеких галактик и ранних стадий формирования звезд, когда они окружены плотной газово-пылевой оболочкой. Кроме того, этот инструмент может исследовать образование и начальные стадии эволюции активных ядер галактик и квазаров, а также крупномасштабную структуру Вселенной в ранние эпохи.
    Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) - гетеродинный спектрометр высокого разрешения для дальней инфракрасной области спектра. Он охватывает диапазоны 480-1250 и 1410-1910 ГГц (длина волны 157-625 мкм). Основная задача инструмента -изучение химического состава наблюдаемых объектов, определение их температур и других характеристик вещества.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Сбор и передача информации происходят циклически. Космический телескоп «общается» с наземными приемо-передающими станциями ежедневно в течение трех часов. 21 час в сутки данные, полученные в ходе наблюдений, хранятся на борту.
    Стоимость проекта с учетом пусковых услуг составила примерно 1,1 млрд. евро.
    С помощью всех бортовых инструментов обсерватория может вести исследования небесной сферы в широком диапазоне длин волн - от 60 до 670 мкм, включая не наблюдавшийся ранее участок спектра. Это означает, что изучаемые объекты имеют очень низкие температуры (в пределах от -268° С до -223° С), соответственно зеркала телескопа и приемники излучения, чтобы не создавать помех, должны быть охлаждены еще сильнее. Для этого инструменты погружены в гигантский криостат, позволяющий достичь температуры -271°С и даже ниже, практически приближаясь к абсолютному нулю. Часть детекторов - например, болометры на приборах PACS и SPIRE - охлаждались до -272,3° С (всего на несколько десятых градуса выше абсолютного нуля).
    Приборы сконструированы таким образом, чтобы дополнять друг друга. SPIRE и PACS представляют собой спектрометры, дающие возможность определить пространственное распределение изучаемых объектов, вто время как HIFI обеспечивает очень высокое спектральное разрешение.
    Научные достижения телескопа Hershel. Уже первые результаты работы новой инфракрасной обсерватории показали, что ученые получили в свое распоряжение уникальнейший научный инструмент, равного которому до сих пор не было ни на Земле, ни в Космосе. Тестовые наблюдения, прежде всего, проводились с целью сравнения возможностей нового аппарата с уже работавшим телескопом Spitzer, диаметр объектива которого составляет всего 0,85 м. Изображения спиральной галактики М51 («Водоворот») продемонстрировали явное и ожидаемое превосходство телескопа Herschel. Кроме того, было выявлено существенное увеличение чувствительности его приборов на более коротких длинах волн. На комбинированном снимке той же галактики во всех трех рабочих диапазонах очень хорошо прослеживаются облака пыли и газа в окрестностях звезд и в межзвездной среде - «индикаторы» очагов звездообразования. Голубой цвет указывает на наличие горячей пыли, нагретой близлежащими молодыми звездами; более холодная пыль представлена красным цветом.

Сравнение снимков галактики М51, сделанных космическими обсерваториями Spitzer (слева) и Herschel (справа). Преимущества большей апертуры последнего хорошо заметны. Фотографирование в обоих случаях велось в спектральной линии 160 мкм.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

Изображение той же галактики в трех рабочих диапазонах телескопа Herschel, синтезированное из снимков, полученных 14-15 июня 2009 г. Условным голубым цветом показаны результаты съемки на длине волны 70 мкм, желтым - 100 мкм, красным - 160 мкм.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    С использованием телескопа Herschel была обнаружена неизвестная ранее область звездообразования, расположенная на расстоянии около тысячи световых лет в созвездии Орла. На снимке этой области видно порядка 700 формирующихся звезд, «оплетенных» нитеподобными пылевыми структурами, которые простираются через все изображение. Его анализ продемонстрировал все преимущества европейской инфракрасной обсерватории, связанные с тем, что она ведет наблюдения как раз в том диапазоне длин волн, где особенно четко просматриваются начальные стадии процессов звездообразования, формирования протопланетных дисков и собственно планет.
«Звездные ясли» в созвездии Орла, скрытые от нас галактическими газово-пылевыми облаками и наблюдаемые только в ИК-диапазоне, являются частью Пояса Гулда -тороидальной области пространства, в котором концентрация звезд и межзвездной материи по непонятным пока причинам превышает среднюю для зтой части нашей Галактики. В наиболее плотных участках переплетенных газовых волокон вещество начинает сжиматься, образуя компактные объекты - будущие звезды. Ярко светящийся в инфракрасных лучах сгусток из семи сотен таких «звездных зародышей» имеет размер 65 световых лет. Термоядерные реакции в недрах большинства из них пока не начались, и разогрев происходит за счет гравитационного сжатия. Изображение получено приборами PACS и SPIRE космического телескопа Herschel 24 октября 2009 г. в рамках специальной программы изучения Пояса Гулда (Gould's Belt Key Programme).
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    На фотографии туманности Кокон (IC 5146, созвездие Лебедя) волокна светящейся пыли указывают на «космический кокон» - область, где в плотном пылевом окружении скрывается будущая звезда. Характерная ширина пылевых волокон говорит о том, что они возникли под действием ударных волн от взрывов «путешествующих» по Галактике массивных звезд, обогащающих межзвездное пространство газом и пылью. Более того, ученые считают, что вдоль этих волокон продолжается активное звездообразование.

Сравнительно плотные газовые волокна в межзвездном облаке 1C 5146 видны на изображении, полученном обсерваторией Herschel в ИК-диапазоне на длинах волн 70, 250 и 500 мкм. Внутри волокон начинаются процессы звездообразования.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    В ближайшей к нам спиральной галактике - Туманности Андромеды (М31) - Herschel запечатлел полосы и облака холодной пыли, излучающие в инфракрасном диапазоне, однако темные и непрозрачные в видимом свете. Красные оттенки во внешних областях галактики представляют свечение пыли, нагретой звездным светом до температур всего на несколько десятков градусов выше абсолютного нуля. Желтым цветом показана более горячая пыль, разогретая звездами в плотных спиральных рукавах. Эта пыль «сопровождается» молекулярным газом и позволяет обнаружить огромный резервуар вещества для формирования будущих поколений светил.

Наиболее детальное изображение Туманности Андромеды (М31) в дальнем инфракрасном диапазоне, полученное телескопом Herschel в конце 2010 г. Большие кольца пыли, окружающие центр галактики, вероятнее всего, являются результатом ее столкновения с другой галактикой меньших размеров, имевшего место в далеком прошлом.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Необычное открытие сделал Herschel при исследованиях центра нашей Галактики: он «увидел» в направлении на него изогнутую ленту холодного газа и пыли, протянувшуюся на 600 световых лет. Природу этого образования ученым еще предстоит объяснить.

Сеть волокон холодного межзвездного газа, видимая в окрестностях северного полюса небесной сферы и сфотографированная в спектральных линиях 250, 350 и 500 мкм. В качестве возможной причины возникновения этой структуры называют взаимодействие ударных волн от многочисленных взрывов сверхновых в нашей Галактике.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Весьма показателен опыт космического телескопа в изучении особо плотных галактических скоплений на больших расстояниях. На снимке участка звездного неба, расположенного в районе созвездия Малой Медведицы, можно увидеть огромное количество галактик. Некоторые из них удалены от нас на миллиарды световых лет.

Снимок Туманности Андромеды в видимом диапазоне, сделанный любителем астрономии Робертом Гендлером (Robert Gendler) с помощью рефлектора системы Ричи-Кретьена с диаметром объектива 320 мм.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Одна из важнейших научных задач космического телескопа - изучение химического состава небесных объектов посредством спектральных наблюдений. Исследования кометы 103Р/Hartley, например, показали, что она состоит в основном из замерзшей солоноватой воды, очень похожей по составу на воду, наполняющую земные океаны.
    Однако наиболее впечатляющие достижения обсерватории Herschel, конечно же, относятся к исследованию процессов звездообразования. Полученные им изображения демонстрируют тысячи далеких галактик, в которых зарождаются новые звезды. Наблюдения за облаком межзвездной пыли, имеющим обозначение RCW 120, выявили «кокон», окружающий звезду, которая, возможно, через несколько сотен тысяч лет превратится в одну из самых больших и ярких звезд Млечного Пути. На «стенке» огромного газово-пылевого пузыря, окружающего массивный объект, видна яркая белая точка - похоже, там идет формирование другой гигантской звезды, примерно в 8-10 раз превышающей по массе наше Солнце. Она окружена облаком газа и пыли массой в 2 тыс. солнечных, которые в дальнейшем будут способствовать ее развитию. Современные теории звездообразования устанавливают верхний предел звездной массы в районе 8 солнечных, однако астрономам известно уже немало значительно более тяжелых светил, и ученые давно пытаются найти ответ на вопрос, какие процессы «помогают» звездам после достижения теоретического предела продолжать поглощать вещество из окружающего пространства, обеспечивая их дальнейший рост.
    Весьма детально картину звездообразования запечатлел Herschel в хорошо известных «звездных яслях» - молекулярном облаке Парусов (Vela Molecular Ridge), расположенном вблизи экваториальной плоскости Млечного Пути, точнее, в наиболее массивном его компоненте Vela С.


    Таким «увидел» космический телескоп Herschel гигантское молекулярное облако Vela-C - наиболее массивную часть газово-пылевого комплекса в созвездии Парусов, лежащего вблизи главной галактической плоскости. Эта масштабная область звездообразования находится на расстоянии 2300 световых лет. Возраст наиболее старых звезд, обнаруженных в пределах Vela-C, не превышает миллиона лет, что исключительно мало по меркам Вселенной. Здесь формируются светила самых разных масс и размеров, то есть можно сказать, что эта область пространства стала для астрономов своеобразной «лабораторией звездообразования».
    Изображение изобилует множеством ранее невиданных деталей. Самые холодные и плотные скопления газа и пыли, излучающие в более длинноволновом диапазоне, зарегистрировал детектор SPIRE (спектральная линия 250 мкм, обозначена условным красным цветом); сравнительно теплое вещество, нагретое излучением близлежащих новорожденных звезд, «светится» в линиях 70 и 160 мкм, сфотографированных прибором PACS и показанных соответственно голубым и зеленым условными цветами. Белые точки, усылавшие сложное сплетение волокон туманности, представляют собой сжимающиеся газовопылевые сгустки, в которых уже зажглись или в ближайшее время зажгутся новые светила.
    Около центра снимка расположено скопление горячих звезд, недоступных детекторам телескопа Herschel (они почти не излучают в дальнем и среднем ИК-диапазонах), однако мы можем наблюдать эффект от их присутствия -неправильной формы «пузырь» сравнительно разреженного горячего газа, «выдутый» в межзвездной материи их мощным излучением и звездным ветром.
    Это образование имеет индекс RCW 36 (Gum 20).
    Вещество внутри «пузыря» - главным образом водород - сравнительно сильно нагрето и почти полностью ионизировано, то есть его атомы лишены одного или нескольких электронов. Аналогичную природу имеет структура в нижнем правом углу, обозначенная RCW 34, однако ее принадлежность к комплексу Vela-C пока не доказана - возможно, она расположена от нас значительно дальше.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

RCW 120 - «галактический пузырь», на стенке которого обнаружился большой сюрприз для исследователей. По массе «сюрприз» как минимум в 8 раз превышает Солнце. По меркам возраста Вселенной ему осталось буквально мгновение (несколько тысяч лет) до превращения в полноценную звезду - голубого гиганта с температурой поверхности в десятки тысяч кельвинов. Еще более удивительный объект стал причиной возникновения «пузыря» - это сверхгигантская звезда, своим мощным излучением «очистившая» пространство вокруг себя от газа и пыли. Ее возраст не превышает 2,5 млн. лет. Сама звезда на снимке не видна, поскольку максимум ее излучения приходится на видимый и ультрафиолетовый спектральный диапазон. Вещества, содержащегося в оболочке «пузыря», хватило бы для образования примерно двух тысяч звезд солнечной массы. RCW 120 находится от нас на расстоянии 4300 световых лет.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    В относительно молодом по космическим меркам молекулярном комплексе (его возраст - менее миллиона лет) телескопу удалось разглядеть не только «коконы» будущих звезд, но и фрагменты облака, из которых эти «коконы» образуются. Предварительные исследования показывают, что этот комплекс может служить в качестве универсального «звездного роддома»: в нем обнаружены зародыши как маломассивных светил, так и объектов средней массы. Здесь наблюдается сложнейшая cтруктурированность газовых нитей, которые замысловато переплетены с пылевыми фрагментами.

Астрономы, в общем, ожидали встретить в окрестностях центра Млечного Пути кольцо холодной материи (такие структуры уже наблюдались в других галактиках), однако снимки космического телескопа Herschel показали, что оно странным образом изогнуто, причины чего до сих пор непонятны. На приведенном изображении кольцо заметно в виде разорванной желтой полосы; разрыв вызван его пересечением с главной галактической плоскостью. Температура пыли и газа в кольце не превышает 15К (-258°С). В ходе предыдущих исследований его удавалось наблюдать только частично. В самых плотных его частях предположительно протекают процессы зарождения новых поколений звезд. Излучение наиболее теплого вещества представлено условным голубым цветом (соответствует длине волны 70 мкм), наиболее холодного - красным (длина волны 350 мкм). Результаты съемки на волне 160 мкм нанесены зеленым цветом.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Полученное совместными усилиями телескопов Herschel и Spitzer изображение нашего ближайшего соседа - галактики Большое Магелланово Облако (БМО) - показывает, что пылевые облака, которые ее заполняют, похожи на пыль, находящуюся в плоскости Млечного Пути. Температура пылевых частиц отражает интенсивность звездообразования. Данные телескопа Spitzer (голубой цвет) показывают теплую пыль, нагретую молодыми звездами. Информация, полученная инструментами обсерватории Herschel, нанесена красным и зеленым цветами. Это излучение пыли из областей с относительно низкими температурами, где звездообразование только начинается или уже прекратилось. Вид БМО в инфракрасных лучах, отображающий распределение пыли, заметно отличается от изображений в оптическом диапазоне. Эта галактика удалена от нас на 160 тыс. световых лет.

    Большое Магелланово Облако - карликовая галактика, четвертый по размеру член Местной Группы и предположительно спутник Млечного Пути. Расстояние до нее составляет около 160 тыс. световых лет, ее поперечник равен примерно 14 тыс. световых лет. Сравнительно небольшая масса и гравитационные возмущения со стороны нашей Галактики не позволяют БМО сформировать спиральную структуру. На зтом изображении, скомбинированном из снимков, сделанных инфракрасными телескопами Herschel (ESA) и Spitzer (NASA), эта звездная система похожа на остатки грандиозного взрыва. Огромные струи межзвездной пыли и газа простираются на сотни световых лет. В центре, а также немного ниже него, заметны крупные области звездообразования. Самая большая и яркая из них известна как 30 Золотой Рыбы или же туманность «Тарантул».
    Наиболее теплые «детали» изображения, сфотографированные обсерваторией Spitzer в спектральных линиях 24 и 70 мкм, представлены голубым цветом. Зеленым нанесены данные прибора. PACS (Herschel), чувствительного к линиям 100 и 160 мкм, красным - детектора SPIRE, центрированного на длину волны 250 мкм.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Естественно, европейский телескоп задействовали и в наиболее актуальных исследованиях - в частности, в поисках экзопланет. Здесь также особенно эффективным оказался его «дуэт» со своим американским «коллегой». Совместно им удалось обнаружить интересную особенность пылевого диска, окружающего звезду Вега (α Аиры). Он оказался разделен на внешний и внутренний - по аналогии с Солнечной системой, имеющей внутренний главный пояс астероидов и внешний пояс Койпера, а также известным «двойным кольцом» ε Эридана. Внешний диск Веги состоит в основном из ледяных объектов, тогда как внутренний, согреваемый лучами звезды - из твердых каменистых тел. Крупный зазор между двумя поясами может объясняться только наличием в нем как минимум одной большой планеты, «расчистившей» силой тяготения окрестности своей орбиты. Радиус внешнего пояса в десять раз превышает радиус внутреннего, так что в промежутке между ними, скорее всего, «скрывается» целая планетная система.
    Впечатляет также инфракрасное изображение протопланетного диска вокруг звезды Фомальгаут (α Южной Рыбы) - об этот многострадальный диск было сломано немало копий в жарких дискуссиях, его неоднократно «открывали» и «закрывали». Однако после того, как его снимки получил Herschel, вряд ли найдутся желающие оспорить факт его существования. Более того, в среде астрономов зреет убеждение, что подобные диски - вовсе не исключительное явление в звездном мире.
    Подводя предварительные итоги работы космической обсерватории Hershel, следует отметить, что она весьма плодотворно отработала отведенный ей срок, предоставив астрономам огромное количество информации, анализировать которую им предстоит еще немало лет. А для будущих поколений этот телескоп запомнится тем, что он открыл нам неведомую ранее «сторону» Вселенной, поведав о ней то, о чем ученые даже не догадывались.

Волгоград курсы подготовки и переподготовки в волгограде.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru