Obserwacje instrumentem HIFI z pokładu Obserwatorium Kosmicznego Herschel (część 1/3)
17 Lut 2012r. w Astronautyka napisał/a Ryszard SzczerbaW pierwszej części artykułu zostały podane podstawowe informacje dotyczące promieniowania podczerwonego oraz historyczny zarys obserwacji, w tym zakresie widma elektromagnetycznego.
Wstęp
Oko ludzkie nie jest w stanie rejestrować promieniowania spoza zakresu widzialnego, w którym to większość swojej energii emituje najbliższa nam gwiazda jaką jest Słońce. Ta własność receptorów ludzkiego oka jest niewątpliwie wynikiem optymalnego dostosowania się człowieka do warunków panujących na Ziemi. Aby jednak poznać i zrozumieć procesy zachodzące w otaczającym nas świecie, zarówno w skali mikro jak też i w skali makro, musimy sięgnąć do innych zakresów promieniowania elektromagnetycznego. Jednym z zakresów długości fal, który w dużej części był niewykorzystywany w dotychczasowych badaniach Wszechświata, stanowi zakres fal sub-milimetrowych (submm). Jest to spowodowane obecnością gazów (głównie pary wodnej) w atmosferze Ziemi, które absorbują promieniowanie z tego zakresu długości fal.Promieniowanie podczerwone zostało odkryte w 1800 roku przez angielskiego astronoma, urodzonego w Hanowerze, Sir Fredericka Williama Herschela, podczas badań nad rozszczepieniem światła słonecznego. Zauważył on mianowicie, że temperatura promieniowania rośnie od barwy niebieskiej do czerwonej, a termometry umieszczone poza czerwoną składową widma wychodzącego z pryzmatu pokazują najwyższą temperaturę. Było to dowodem na istnienie promieniowania niewidocznego gołym okiem. Promieniowanie to, w zależności od długości fali, nazywane jest obecnie bliską, średnią i daleką podczerwienią. Graniczne długości fal nie są precyzyjnie zdefiniowane, ale przez bliską podczerwień rozumiemy cały zakres promieniowania o falach dłuższych od promieniowania widzialnego do 3-5 mikrometrów, przez średnią podczerwień promieniowanie o falach dłuższych od bliskiej podczerwieni do około 30 mikrometrów, a wszystko powyżej nazywane jest daleką podczerwienią (ang. Far InfraRed - FIR). Zakres fal elektromagnetycznych o długościach fal poniżej 1 milimetra (1000 mikrometrów) nosi nazwę zakresu sub-milimetrowego. Warto podkreślić, że techniki obserwacyjne stosowane w bliskiej podczerwieni są podobne do tych używanych w zakresie optycznym, podczas gdy w zakresie submm używamy technik radiowych (heterodyny) i bolometrów.
Obserwacje w zakresie sub-milimetrowym
Jak już wspomniano, atmosfera ziemska stanowi swoisty parasol dla większości promieniowania elektromagnetycznego. Jednym z najlepszych miejsc na Ziemi do obserwacji w zakresie dalekiej podczerwieni jest płaskowyż Chajnantor, na pustyni Atacama w Chile; położony na wysokości 5100 m n.p.m. i wyjątkowo suchy. To tam operuje obecnie najlepszy na świecie radioteleskop do obserwacji molekularnych APEX (ang. Atacama Pathfinder EXperiment) i rozbudowuje się obserwatorium ALMA (ang. Atacama Large Millimeter Array). Pomimo tych idealnych warunków, w zakresie sub-milimetrowym, możliwe są obserwacje tylko w tzw. oknach obserwacyjnych, wokół 850, 750, 450 i 300 mikrometrów, gdzie absorpcja przez parę wodną jest najmniejsza. Przy czym w trzech ostatnich oknach można przeprowadzić efektywne obserwacje tylko przy bardzo suchej pogodzie, która występuje głównie podczas zimy na półkuli południowej (tj. od czerwca do września). Jedynym sposobem na niezakłócone obserwacje w zakresie sub-milimetrowym jest więc wynoszenie instrumentów naukowych poza atmosferę ziemską (balony, samoloty), a najlepiej w przestrzeń kosmiczną (rakiety). Pierwszą znaczącą misją kosmiczną badającą Wszechświat w średniej i dalekiej podczerwieni była misja IRAS (ang. InfraRed Astronomical Satellite), wystrzelona na początku lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Przegląd nieba wykonany przez IRAS w zakresie długości fal od około 10 do ponad 100 mikrometrów (tj. od 0,01 do 0,1 milimetra), pomimo stosunkowo małego teleskopu o średnicy około 60 cm, pozwolił na odkrycie prawie pół miliona źródeł podczerwonych. Kolejne misje kosmiczne badające Wszechświat w promieniowaniu podczerwonym/submm/mm to: COBE (ang. Cosmic Background Explorer) wystrzelony przez NASA (ang. National Aeronautics and Space Administration) w 1989 r.; ISO (ang. Infrared Space Observatory) wystrzelone przez ESA (ang. European Space Agency) w 1995 r.; SST (ang. Spitzer Space Telescope) wystrzelony w 2003 r. przez NASA oraz AKARI - japoński satelita wystrzelony w 2004 roku. Bez mała 3 lata temu, 14 maja 2009 roku, Europejska Agencja Kosmiczna wystrzeliła przy pomocy rakiety nośnej Ariane 5 jednocześnie 2 misje satelitarne: Planck oraz Obserwatorium Kosmiczne Herschela (ang. Herschel Space Observatory - HSO). Start misji odbył się z Gujany Francuskiej, a sterowanie lotem zostało przekazane do ESOC (ang. European Space Operations Center) w Darmstadt. Po rozdzieleniu, w początkowej fazie lotu, obydwie misje kontynuowały około dwumiesięczny lot do drugiego punktu Lagrange'a układu Słońce-Ziemia (L2) położonego w odległości około 1,5 miliona km od Ziemi (4 razy dalej niż Księżyc). Obydwie misje kosmiczne poruszają się obecnie po rozległych orbitach Lissajous wokół punktu L2, podążając za Ziemią w jej ruchu dookoła Słońca. Herschel i Planck są pierwszymi misjami kosmicznymi wysłanymi do tak odległego miejsca. Jego zaletą jest to, że trzy najjaśniejsze (bo bliskie) źródła promieniowania: Słońce, Ziemia i Księżyc znajdują się zawsze prawie na jednej linii i wystarczy się od nich osłonić. W efekcie stosunkowo łatwo możemy ustabilizować temperaturę teleskopu, stosując "tarczę ochronną".
Informacje o autorze:
Ryszard Szczerba
Centrum Astronomiczne im. M. Kopernika,
Rabiańska 8, 87-100 Toruń
Miniatura: ESA (Image by AOES Medialab)
Komentarze użytkowników
( DODAJ SWÓJ )
Nikt jeszcze nie napisał komentarza do tego materiału.Napisz komentarz
Odpowiedz na pytanie zadane w sondzie.
Zjawiska oraz wydarzenia w nadchodzącym miesiącu.
Zagłosuj lub zgłoś swoją stronę.
Ostatnio pisaliście:
Twoje Imię
7.08.2020, 20:33