|
29 апреля 2013 года космическая инфракрасная обсерватория «Гершель» истощила запас гелиевого охладителя, и самый полномасштабный проект по исследованию Вселенной в инфракрасном диапазоне был официально завершен. В силу особенностей исследуемых объектов, причина завершения работы обсерватории «Гершель», как и в случае с предшествующими миссиями, — невозможность её дальнейшего охлаждения.
Запущенная почти четыре года назад, 14 мая 2009 года, космическая обсерватория за время своей работы в полной мере оправдала имя, данное ей в честь первого исследователя недоступной человеческому глазу инфракрасной области спектра — Уильяма Гершеля.
Обсерватория «Гершель» не была первой в своем роде. Её предшественниками в исследовании инфракрасной картины неба были обсерватории IRAS, запущенная в 1983 году, и ISO, запущенная в 1995 году, а также телескопы «Спитцер» и Akari, начавшие свою работу соответственно в 2003-м и 2006 годах. Однако «Гершель» представлял собой не просто очередной шаг вперед, а настоящий прорыв: телескоп «Гершеля» с радиусом зеркала 3,5 метра, наибольший среди космических обсерваторий, по своим техническим характеристикам значительно превосходил телескопы предшественников, что позволило получить более точные и детализированные данные. Широта спектрального охвата делала «Гершель» своеобразным мостом, перекрывающим оба диапазона — инфракрасный диапазон космических обсерваторий-предшественников и субмиллиметровый диапазон наземных телескопов. «Гершель» работал в диапазоне от субмиллиметрового до дальнего инфракрасного (672–55 микрон) и был единственной полноценной космической обсерваторией, исследования которой были посвящены данной части спектра, что сделало полученные с его помощью данные уникальными.
Космические объекты являются источниками излучения в различных областях спектра, от длинноволнового радиоизлучения до коротковолнового рентгеновского и гамма-излучения. Один и тот же объект может оказаться доступным для исследования в различных областях спектра, однако процессы, индикаторами которых является излучение в той или иной области, различны. Инфракрасный и субмиллиметровый диапазоны позволяют получить информацию о холодных объектах, излучение которых представляет собой либо переизлучение поглощенных фотонов внешних источников, либо собственное тепловое излучение. Такие объекты либо не излучают в диапазонах более высоких энергий, например оптическом или ультрафиолетовом, либо излучают очень слабо, и их обнаружение и исследование оптическими и ультрафиолетовыми телескопами затруднено, а то и вовсе невозможно. Так, основной «специализацией» инфракрасных телескопов являются галактики, области звездообразования и протозвезды, пылевые диски, астероиды. В инфракрасном диапазоне наблюдаются и холодные звезды — коричневые карлики. Термоядерные процессы в коричневых карликах не нагревают звезду достаточно для яркого излучения в оптическом диапазоне, и потому наблюдают их также в основном при помощи инфракрасных телескопов.
|
Многие холодные объекты имеют температуру, близкую к абсолютному нулю, и пытаться наблюдать их при помощи более теплого инструмента аналогично попытке увидеть звезду на залитом Солнцем полуденном небе. Потому ключевым элементом для работы инфракрасной обсерватории является охлаждение, а срок ее работы определяется запасом охладителя. Все три прибора «Гершеля» (HiFi, PACS и SPIRE) охлаждались криостатом (рис. 1). При запуске обсерватории в особый сосуд Дьюара было помещено более 2000 литров сверхтекучего гелия, имевших температуру ниже –271°C. Гелий, испаряясь с постоянной температурой, постепенно опустошал сосуд. Для определения момента достижения EoHe (end-of-helium) — исчерпания запасов гелия — на обсерватории был установлен ряд температурных датчиков. 29 апреля 2013 года превышение допустимой температуры зарегистрировали два из них, что позволило официально заявить о том, что момент EoHe достигнут.
|
За время своей работы «Гершель» провел исследования множества объектов: галактик (рис. 3), молекулярных облаков, пылевых дисков вокруг звезд, астероидов, в том числе астероида Апофис (рис. 3), который пройдёт вблизи Земли в 2029 году, комет. Уникальные изображения, полученные на «Гершеле», послужили своеобразной иллюстрированной историей звездообразования. Они позволили по-новому взглянуть на механизм возмущения газа турбулентностью, приводящий к образованию волокнистой структуры в холодных молекулярных облаках. Если условия подходящие, то впоследствии гравитация, начиная преобладать, дробит волокна на компактные ядра. Протозвезды, находящиеся глубоко внутри таких ядер, слегка нагревают окружающую пыль. Всего на несколько градусов выше абсолютного нуля, однако достаточно для того, чтобы чувствительные приборы «Гершеля» выявили их расположение.
|
Также «Гершель» обнаружил водяной пар в протопланетных дисках, окружающих новорожденные звезды, и еще большее количество воды во льдах на поверхности пылинок и в кометах. Полученные «Гершелем» сведения о составе водяного льда кометы Хартли-2, принадлежащей Солнечной системе, позволили сделать вывод о том, что изотопное отношение в воде льдов кометы почти такое же, как в водах океанов Земли.
Изучая звездообразования в далеких галактиках (рис. 4), обсерватория обнаружила, что в некоторых из них этот процесс происходил гораздо более интенсивно, чем в Млечном пути, даже в те времена, когда Вселенная была совсем молода. Как галактика могла поддерживать такие темпы звездообразования в первые миллиарды лет жизни Вселенной — пока неразрешенная загадка для ученых, изучающих формирование и эволюцию галактик.
|
Хотя обсерватория прекратила свою работу, объем данных, полученных с ее помощью, настолько велик, что астрономы еще долгие годы будут заниматься их обработкой и осмыслением. Научные данные, полученные «Гершелем», доступны на сайте Европейского космического агенства, где с ними может ознакомиться любой желающий.
Можно надеяться, что пауза в инфракрасных наблюдениях продлится недолго. Уже скоро, в 2018 году, планируется запуск новой космической инфракрасной обсерватории — телескопа имени Джеймса Вебба, который будет исследовать Вселенную в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне. В России же рассматривается проект более длинноволнового инструмента — космической обсерватории «Миллиметрон».
Источники:
1) Информация по исследованиям при помощи обсерватории «Гершель» на сайте Европейского космического агенства.
2) Сайт астрономических исследований при помощи «Гершеля» (Herschel Astronomers' website), основанный Центром исследований при помощи «Гершеля» (Herschel Science Centre, HSC).
Ольга Кочина
http://elementy.ru/news/432019
Инфракрасный уголок
Лучшие снимки завершившего работу телескопа «Гершель»
[830x]Телескоп «Гершель» во время сборки в Нидерландах
ESA
Диаметр зеркала «Гершеля» составляет рекордные 3,5 метра — это больше, чем у всех остальных космических телескопов (у «Хаббла» диаметр зеркала составляет 2,4 метра). Прибор оснащен двумя инфракрасными камерами (PACS и SPIRE) и спектрометром высокого разрешения (HIFI).
[830x]Галактика M51
ESA/PACS Consortium
Первое изображение — снимок галактики M51 — было получено 14 июня 2009 года при помощи камеры PACS. Как и на всех изображениях «Гершеля», цвета на нем не настоящие. Они получены «раскрашиванием» трех каналов с длиной волны в 160, 100 и 70 тысяч нанометров в красный, зеленый и синий соответственно.
[830x]Галактика Кентавр А
ESA/Herschel/PACS/SPIRE/C.D. Wilson, MacMaster University, Canada; X-ray: ESA/XMM-Newton/EPIC
«Гершель» не раз наблюдал за джетами черных дыр — потоков вещества, выбрасываемых из их гравитационной воронки. На этом композитном изображении, составленном из инфракрасного снимка «Гершеля» и рентгеновской фотографии космического телескопа XMM-Newton, можно рассмотреть джеты и образуемые ими красные закрученные «облака» вещества.
[830x]Астероид Апофис
ESA/Herschel/PACS/MACH-11/MPE/B.Altieri (ESAC) and C. Kiss (Konkoly Observatory)
Одна из «непрофильных» фотографий «Гершеля» — снимок астероида Апофиса во время его пролета мимо Земли в январе 2013 года. Фотографии, сделанные телескопом, позволили составить карту астероида и определить, что объем небесного тела на 75 процентов больше, чем считалось до сих пор. В 2029 году Апофис пролетит мимо Земли на рекордно близком расстоянии в 36 тысяч километров, после чего вновь окажется в ее окрестностях в 2036 году. Риск столкновения с Землей у астероида небольшой, но астрономы относятся к нему серьезно.
[730x]Облако W3
ESA/PACS & SPIRE consortia, A. Rivera-Ingraham & P.G. Martin, Univ. Toronto, HOBYS Key Programme (F. Motte)
Одним из главных объектов наблюдения «Гершеля» стали туманности и облака межзвездного газа, где происходит образование новых звезд. В этом молекулярном облаке W3, расположенном на расстоянии в 6200 световых лет от Земли, можно рассмотреть желтые точки, которые являются протозвездами небольшой массы. Более массивные «зародыши» светил окрашены на снимке синим светом, соответствующим их более высокой температуре.
[830x]Облако «Розетта»
ESA/PACS & SPIRE Consortium/HOBYS Key Programme Consortia
Молекулярное облако «Розетта» заполнено пыльными звездными «коконами», в которых прячутся зародыши массивных светил. Синий, зеленый и красный каналы соответствуют инфракрасному излучению с длинами волн в 70, 160 и 250 микрон.
[830x]Холодный газ в области Южного Креста
ESA/PACS Consortium
Эта область Млечного Пути расположена в районе Южного Креста и занимает квадрат небесной сферы размером два на два градуса. Она заполнена холодным газом, излучение которого было бы невозможно заметить без охлаждения матриц телескопа гелием. Благодаря «Гершелю» астрономы установили, что самые темные уголки нашей галактики могут быть заполнены сложными филаментами конденсирующегося вещества.
[830x]Область в созвездии Парусов
ESA/PACS & SPIRE Consortia, T. Hill, F. Motte, Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/IRFU – CNRS/INSU – Uni. Paris Diderot, HOBYS Key Programme Consortium
Эта область в районе созвездия Парусов в основном заполнена холодным газом, но в двух местах ближе к правому краю межзвездное вещество разогревается до относительно высоких температур. Это хорошо заметно благодаря иному цвету данных районов — они выглядят на изображении голубыми.
[830x]Газ в созвездии Лебедя
ESA/PACS/SPIRE/Martin Hennemann & Frédérique Motte, Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/Irfu – CNRS/INSU – Univ. Paris Diderot, France.
Этот межзвездный газ в созвездии Лебедя был заснят в два этапа — в мае и в декабре 2010 года. Видны филаменты и точечные уплотнения, соответствующие местам образования новых светил.
[630x]Туманность Ориона
ESA/PACS/NASA/JPL-Caltech/IRAM
Одна из самых живописных туманностей, туманность Ориона, представлена здесь комбинированным изображением. В нем сочетаются полученные «Гершелем» данные из глубокого инфракрасного диапазона с данными американского телескопа «Спитцер». Последний делает снимки в более коротковолновых областях (8 и 24 микрона), представленных здесь синим цветом.
[830x]Кластер W40
ESA and SPIRE & PACS consortia, Ph. André (CEA Saclay) for Gould’s Belt Key Programme Consortia
«Звездная колыбель» W40, по подсчетам астрономов, содержит около шести сотен формирующихся новых светил. Похожая на туманность синяя область имеет в поперечнике около 25 световых лет и расположена в созвездии Орла. Она удалена от Земли на 1000 световых лет.
[830x]Облако Ориона-B
ESA/Herschel/PACS, SPIRE/N. Schneider, Ph. André, V. Könyves (CEA Saclay, France) for the 'Gould Belt survey' Key Programme
Облако Ориона-В представляет собой целый «зоопарк» туманностей разного типа. Слева находятся отражательные NGC 2071 и NGC 2068 — их холодные частицы переизлучают свет звезд. Правее расположена эмиссионная туманность Пламя, свет которой является результатом нагревания ее вещества. В крайнем правом углу можно рассмотреть знаменитую Голову Лошади, относящуюся к типу темных туманностей — тех, чьи очертания видны из-за высокой плотности пыли, затмевающей свет далеких звезд.
[830x]Галактика Андромеда
ESA/Herschel/PACS/SPIRE/J.Fritz, U.Gent/XMM-Newton/EPIC/W. Pietsch, MPE
На снимке галактики Андромеды, ближайшей спутницы Млечного пути, можно рассмотреть газовые кольца и звезды, приближающиеся к концу своей эволюции. Желтая, инфракрасная часть фотографии получена «Гершелем», а синяя, рентгеновская, — другим космическим телескопом, XMM-Newton. Оба диапазона практически недоступны для наблюдения с Земли из-за поглощения в атмосфере.
http://lenta.ru/photo/2013/05/21/herschel/#0