Spitzer (rumteleskop)

Spitzer Kunstnerens indtryk af Spitzer-rumteleskopet. Generelle data

Organisation	NASA
Bygger	Lockheed Martin Space Ball Aerospace
Program	Store observatorier
Mark	Infrarød astronomi
Type mission	Rumteleskop
Status	Mission fuldført
Andre navne	Ruminfrarød teleskopfacilitet (SIRTF)
Start	25. august 2003
Launcher	Delta II 7920H
Afslutning af missionen	30. januar 2020 Maj 2009 (afslutningen af ​​missionen i køletilstand)
Opkaldt efter	Lyman Spitzer ( amerikansk astrofysiker )
COSPAR-id	2003-038A
Websted	spitzer.caltech.edu

Tekniske egenskaber

Masse ved lanceringen	950 kg
Holdningskontrol	Stabiliseret på 3 akser

Kredsløb

Kredsløb	Heliocentrisk

Teleskop

Type	Ritchey-Christian
Diameter	85 cm
Areal	2,3 m²
Brændvidde	10,2 m
Bølgelængde	Infrarød  : 3,6 til 100 mikron

Hovedinstrumenter

IRAC	Kamera
IRS	Spektrograf
MIPS	Billedfotometer

Spitzer eller SIRTF ( Space Infrared Telescope Facility ) er et infrarødt rumteleskop udviklet af NASA . Det er den sidste af de fire "  Store observatorier  " med komplementære egenskaber skabt af NASA for at besvare de store videnskabelige spørgsmål ved århundredskiftet inden for astrofysik . Dets rolle er primært at observere skabelsen af universet , dannelsen og udviklingen af primitive galakser , dannelsen af stjerner og planeter og udviklingen af ​​den kemiske sammensætning af universet, som er fænomener, der hovedsagelig er synlige i infrarødt.

Dette infrarøde teleskopprojekt blev lanceret i 1984 af NASA. Under sin udvikling reduceres størrelsen af ​​Spitzer kraftigt (masse sænket fra 5,7 tons til mindre end et ton) for at klare budgetnedskæringer, der påvirker rumfartsorganisationen. Dens kapacitet er ikke desto mindre klart bedre end dets forgængere, IRAS (1983) og ISO (1995), takket være flere tekniske valg og de fremskridt, der er gjort i mellemtiden inden for infrarøde detektorer. Dens optiske del består af et teleskop med en diameter på 85  cm . Det opsamlede infrarøde stråling analyseres ved tre instrumenter, der afkøles ligesom teleskopet ved flydende helium  : en nær og medium infrarød billeddannelse fotometer (3 til 8 mikron), et spektroskop (5-40 mikrometer) og et spektrofotometer for langt infrarøde (50 -160 mikron).

Lanceret den 25. august 2003, fungerer teleskopet med fuld kapacitet indtil Maj 2009. Fra denne dato, efter at have opbrugt sit flydende helium, fortsætter den med at fungere i "hot" -tilstand med en del af dets instrumentering. Teleskopet blev nedlagt af NASA den30. januar 2020. Spitzer-projektet kostede 1,36 milliarder dollars fra starten af ​​dets undfangelse og indtil operationens afslutning i 2020.

Historisk

Forgjengerne: IRAS og ISO (1983-1995)

Spitzer er kronologisk det tredje store infrarøde rumteleskop  : det er forud for IRAS udviklet af det amerikanske rumagentur, NASA, i samarbejde med Holland og Det Forenede Kongerige og lanceret i 1983 samt af ISO designet af Den Europæiske Rumorganisation og lanceret i 1995 .

I slutningen af ​​1960'erne havde NASA høje forventninger til den amerikanske rumfærge, som skulle foretage sine første flyvninger i starten af ​​det følgende årti. Blandt de påtænkte anvendelser af denne rumskydning, der er i stand til at vende tilbage til jorden i slutningen af ​​sin mission, er transport af et infrarødt rumteleskop, der skal drage fordel af shuttleens høje lanceringshastighed - NASA planlægger at gennemføre en flyvning om ugen - og langsigtede opgaver (op til 30 dage). Allerede i 1969 blev det foreslået at udvikle et kryogent infrarødt teleskop med et spejl på en meter i diameter, der skulle installeres i rumfærgen. Omkostningerne ved dette teleskop, kaldet Shuttle Test Facility Infrared (IR Installation Space Shuttle) forkortet FTIR, værdiansættes til tidspunktet for 120 millioner dollars . Dette projekt modtog i 1979 støtte fra National Academy of Sciences i USA . I 1983 lancerede NASA et udbud til opførelse af et infrarødt rumobservatorium knyttet til rumfærgen, og som ville vende tilbage til jorden i slutningen af ​​hver mission. Dette teleskop skulle foretage sin første flyvning i 1990. Succesen med IRAS- infrarøde teleskop udviklet af NASA fik imidlertid rumagenturet til at ændre sine planer i 1984: det besluttede at udvikle et autonomt infrarødt rumteleskop. Denne beslutning understøttes af opdagelsen af, at det lille infrarøde teleskop IRT ( InfraRed Telescope ) startede i rumfærgen i lastrummet iJuli 1985(mission STS-51-F ), skal stå over for store forureningsproblemer med infrarøde emissioner produceret af rumfartøjet en gang i rummet. Den akronym SIRTF fastholdes på trods af denne ændring i arkitektur, men det nu står for Space Infrarøde Teleskop Facility .

Udvikling (1984-2003)

De spektakulære resultater af IRAS- infrarøde rumteleskop, der blev lanceret i 1983 af NASA, og hvis mission kun varede 10 måneder, skubbede astronomers samfund til at bede om udvikling af en efterfølger. Bahcall- rapporten, udarbejdet i 1991 med det formål at identificere prioriterede astronomiske projekter, forudsiger, at 1990'erne vil være infrarød og prioriterer udviklingen af ​​et infrarødt teleskop inden for rumområdet. SIRTF / Spitzer infrarødt teleskop er designet til at være det sidste af de fire "  Store observatorier  " udviklet af NASA til at besvare de store spørgsmål inden for astrofysik . Andre teleskoper i dette program er Hubble-teleskopet, der blev lanceret i 1990 til observationer i det synlige spektrum og nær ultraviolet , Chandra (i 1999) til bløde røntgenstråler ( 0,01 til 10  nm ) og Compton Gamma -Ray Observatory (i 1991) til gammastråling og hårde røntgenstråler (10 til 100 µm). Realiseringen af ​​teleskopet styres af JPL- centret i NASA. Det oprindelige projekt udvikler sig mod en meget mere ambitiøs maskine, og det forventes nu et teleskop med en masse på 5,7 ton, der bærer 3.800  liter flydende helium (til at afkøle detektorerne) placeret i en høj jordbane af en Titan- løfteraket . Men det amerikanske økonomiske klima forværres på samme tid, og flere NASA-rumopgaver er fiaskoer. Kort efter offentliggørelsen af ​​Bahcall-rapporten led NASA-budgettet et kraftigt fald, hvilket resulterede i annullering af flere projekter og en reduktion i målene og udførelsen af ​​de projekter, der blev opretholdt. Spitzer gennemgår således på 5 år to budgetnedskæringer, der øger det budget, der er afsat til projektet, fra 2,2 milliarder til 500 millioner dollars. På trods af denne drastiske reduktion har SIRTF / Spitzer takket være de seneste fremskridt inden for infrarød observation og flere optimeringer en følsomhed, der er 10 til 100 gange større end dens forgængere. Faktisk investerede det amerikanske forsvarsministerium i 1980'erne hundreder af millioner dollars i udviklingen af ​​infrarøde detektorer. De resulterende teknologiske fremskridt har gradvist spredt sig til civile applikationer, hvilket muliggør udvikling af infrarød astronomi af meget mere følsomme detektorer: mens detektorerne fra IRAS-satellitten kun har 62 pixels dem fra Spitzers IRAC-kamera. Har 65.000.

I modsætning til forløbet af projekter af denne type høres de producenter, der er involveret i realiseringen af ​​Spitzer, fra starten af ​​designet. Lockheed Martin har det overordnede ansvar for satellitudvikling og testning. Ball Aerospace udvikler den kryogene samling inklusive kryostat og den optiske del. De tre indbyggede instrumenter er produceret af NASAs Goddard Space Flight Center (IRAC-instrument), Cornell University i Ithaca ( New York State ), henholdsvis IRS-instrumentet og University of Arizona (MIPS-instrument).). Teleskopets operationer styres af Spitzer Science Center, der ligger på campus for California Institute of Technology i Pasadena ( Californien ).

Gennemførelse af missionen

Start

Spitzer placeres i kredsløb 25. august 2003af en Delta II 7920H løfteraketter fra Cape Canaveral affyringsrampen i Florida . Navngivet SIRTF for Space Infrared Telescope Facility før lanceringen blev det omdøbt til Spitzer fire måneder senere til ære for den amerikanske videnskabsmand, Lyman Spitzer , amerikansk astrofysiker, der spillede en førende rolle i de første rumteleskopprojekter. Spitzer lanceres "hot", som gør det muligt at reducere dens masse. I løbet af de følgende tre måneder køler instrumenterne nedsænket i flydende helium gradvis ned, mens temperaturen på den optiske del sænkes af dampene fra heliumet, som fordamper. Teleskopet begynder derefter den kryogene fase af sin mission.

Cold Mission (2003 - maj 2009)

De første billeder, der er taget af teleskopet, er beregnet til at demonstrere det nye teleskops kapaciteter: de er billeder af et stjerneskole, en skive af affald fra en formende planet og organisk materiale fra et fjernt univers. En af de mest bemærkelsesværdige observationer blev foretaget i 2005, da teleskopet formår at tage de første billeder af exoplaneter, den varme Jupiter HD 209458 b og TrES-1b. ISeptember 2006deltager teleskopet i en undersøgelse af himlen i Gould-bæltet, der ligger omkring 3000 lysår fra solen. Heliumbestanden skal gøre det muligt at afkøle instrumenterne i 2,5 år, men i sidste ende løber den ikke ud før15. maj 2009eller 5,5 år efter lanceringen. Den primære mission har en varighed på 2,5 år, men den forlænges flere gange, da den slutter 15 år efter lanceringen.

Hot mission (juli 2009 - januar 2020)

Rumteleskopet begynder en ny mission efter udtømningen af ​​dets helium i juli 2009, da temperaturen stabiliseres ved 28 kelvin . To af instrumenterne fungerer ikke længere, men IRAC-infrarøde kameraer fungerer fortsat optimalt under disse nye forhold. De gør det muligt at observere bølgelængderne 3,6 og 4,5 mikron. I løbet af denne nye fase af sin mission kortlægger teleskopet infrarøde kilder til store dele af himlen, observerer kometer og asteroider i vores solsystem, observerer exoplaneter og foretager observationer af de fjerneste galakser i vores univers.

I 2014 forventes en afbrydelse af missionen af ​​budgetmæssige årsager, men projektlederen formår at sænke de årlige driftsomkostninger fra US $ 17 millioner til US $ 11 millioner. I 2016 besluttede NASA at udvide missionen, fordi Spitzer kom særligt godt ud i forhold til fem andre astrofysiske rumopgaver, når omkostninger og resultater afstemmes. Tjenestemænd fra det amerikanske rumagentur beslutter at forlænge missionen indtil lanceringen af ​​det næste infrarøde rumteleskop JWST, der er planlagt til 2018. Når lanceringen af ​​det udsættes til 2021, efter at have forsøgt at finde eksterne finansieringskilder, har rumagenturet forsøgt at finde eksterne finansieringskilder, beslutter ikke at udvide Spitzers mission ud overjanuar 2020.

Afslutning af missionen

Teleskopet cirkulerer i en bane tæt på Jordens. Den bevæger sig gradvist væk fra den (i starten af ​​2020 ligger teleskopet 260 millioner kilometer fra Jorden, mere end 700 gange afstanden Jord-Månen). Som en konsekvens af teleskopets relative position i forhold til Jorden er orienteringen af ​​dets solpaneler under telekommunikationssessioner i stigende grad ugunstig, og disse afkortes gradvist. Efter 16 års drift beslutter NASA at afslutte missionen30. januar 2020. Kommandoer sendes af kontrolcentret, så Spitzer går i overlevelsesfunktion med sine solpaneler holdt peget mod solen. Rumteleskopet vil fortsætte med at bevæge sig gradvist væk fra Jorden, inden det nærmer sig det igen og passerer tæt på det (8 gange afstanden mellem Jorden og Månen) i 2053. Radiosignalet vil være så svagt på dette tidspunkt - der vil have brug for udstyr specielt designet til at fange det. Udgifterne til missionen inklusive lancering, gennemførelse af operationer og dataanalyse anslås til 1,19 mia. Dollars over varigheden af ​​den primære mission og til 1,36 mia. Dollar inklusive operationer indtil nedlæggelse i 2020.

Videnskabelige mål

Alle objekter i universet producerer kontinuerligt emissioner over hele det elektromagnetiske spektrum ( synligt lys , infrarødt , ultraviolet , radiobølger , gammastråler og røntgenstråler ), der giver information om deres struktur og de processer, der påvirker dem. En stor del af disse emissioner, især infrarøde emissioner, kan kun observeres fra rummet, fordi de ikke når jorden på jorden, der bliver opfanget af jordens atmosfære. Infrarød stråling er især interessant, fordi den udsendes af ethvert objekt med en temperatur over 0 Kelvin ( -273,15  ° C ). Denne funktion gør det muligt for infrarøde teleskoper som Spitzer at observere usynlige fænomener i andre bølgelængder som:

• den fødsel af stjerner , før de er massiv nok til termonuklear fusion til at begynde. Det infrarøde lys, der udsendes i denne første fase, når rumobservatorierne på trods af det tilstedeværende tykke slør af støv.
• stjerner, når de dør, producerer stof i form af støv, der tjener som det grundlæggende materiale til dannelsen af ​​nye stjerner. Den infrarøde observation af stjerner i slutningen af ​​deres levetid giver vigtig information om sammensætningen af ​​dette støv. Denne information skal gøre det muligt for astronomer at rekonstruere støvets oprindelse lige i starten af ​​universet.
• Spitzer-observatoriet kan studere processen med planetdannelse. Spitzer er ikke i stand til at observere exoplaneter, men han kan observere den protoplanetære skive dannet af støvskyer. Ved at måle temperaturen på disken gør teleskopet det muligt at kende strukturens alder og alder og at bestemme, om planeter dannes eller allerede er dannet.
• Infrarød observation af galakser gør det muligt at karakterisere de tre kilder til denne tilstedeværende stråling: stjerner , det interstellære medium og interstellært støv . Spitzer kan således identificere de galakser, der producerer nye stjerner i hurtig hastighed (stjerneskoleanlæg) og identificere oprindelsen til denne oprindelse. Observation af vores egen galakse, Mælkevejen , gør det muligt at lokalisere de regioner, hvor stjerner stadig dannes. Endelig skal Spitzer give en bedre forståelse af galakser, der er lette i infrarød , hvis egenskab er at udsende mere end 90% af deres lys i det infrarøde.
• de fleste af de stjerner, der befolker universet, er ikke massive nok til at igangsætte termonuklear fusion. Disse brune dværge producerer ikke synligt lys, men udsendes i det infrarøde. Noget af det mørke stof, som astronomer forsøger at identificere, kan være brune dværge. Følsomheden af ​​Spitzers instrumenter gør det muligt at foretage en oversigt over dem i nærheden af solsystemet og studere dem.
• gigantiske molekylære skyer er placeret i det interstellære rum. De består hovedsageligt af brint og er det råmaterialereservoir, hvorfra stjernerne dannes. Spitzers undersøgelse af densiteten og temperaturen af ​​disse skyer giver vigtig information om de fysiske forhold og kemiske sammensætning, der gør protostjerner mulige .
• lyset fra de ældste galakser, der dukkede op for 13 milliarder år siden, dvs. næsten en milliard år efter Big Bang, er synligt fra Jorden i det infrarøde domæne på grund af fænomenet skift mod det røde . Spitzer gør det muligt at studere disse galakser og dermed bestemme, hvordan og hvornår disse første objekter i universet blev dannet. Teleskopet gør det også muligt at studere den infrarøde, kosmologiske diffuse baggrund, der skyldes emissioner fra galakser og stjerner, der er for lidt synlige til at kunne skelnes.
• de fleste galakser indeholder et eller nogle gange flere supermassive sorte huller i deres centrum. Spitzer er særlig veludstyret til at observere disse objekter, når de er aktive (i færd med at absorbere stof). Disse sorte huller observeres af Spitzer takket være infrarød stråling udsendt af stof, når den tiltrækkes af dem.
• Spitzer er det første teleskop, der direkte kan observere lyset fra en exoplanet , dvs. en planet, der kredser om en anden stjerne. Teleskopet kan bestemme temperatur, vind og sammensætning af fjerne planeter, når de opfylder bestemte egenskaber (størrelse, afstand).

Kredsløb

Det infrarøde teleskop skal holde sig væk så meget som muligt fra enhver varmekilde og være i stand til at holde sine instrumenter ved en temperatur tæt på 0 kelvin uden at forbruge for hurtigt det helium, der blev brugt til at afkøle dem. Missionens designere vælger, i modsætning til de infrarøde teleskoper, der går forud, ikke at sætte Spitzer i kredsløb omkring Jorden, fordi denne reflekterer en del af varmen fra solen , men at placere den i en parallel heliocentrisk bane. Jorden, som den krydser i løbet af 372 dage. I denne bane falder teleskopets temperatur passivt til 34 Kelvin, hvilket sparer helium til den indledende afkøling. Derudover er Spitzer langt fra Jorden og har et meget større observationsfelt: 30% af himlen kan observeres når som helst, mens resten af ​​himlen kan ses to gange om året i perioder på hinanden følgende dage på ca. 40 dage. Teleskopets målretning er indrammet af to begrænsninger: dens akse må ikke komme tættere end 80 ° på Solens, fordi ud over solpanelet / solskærmen ikke længere kan forhindre det i at blive opvarmet, og det må ikke s bevæge sig væk fra solens akse mere end 120 °, så solcellerne kan producere nok energi. I sin bane bevæger Spitzer sig gradvist væk fra Jorden (den drejer mindre hurtigt omkring solen) med en hastighed på en tiendedel AU om året. Denne progressive afstand fører til et progressivt fald i strømningshastigheden i udveksling med Jorden.

Tekniske egenskaber

Spitzer er den mindste af NASAs store observatorier : den måler en tredjedel af Hubble-rumteleskopets længde for en ellevte af dens masse. Det er en cylindrisk maskine med en længde på 4,45 meter og en diameter på 2,1 meter, der består af tre underenheder:

• teleskopet med dets videnskabelige instrumenter afkølet af flydende helium, der er beskyttet af en kappe. Sammen udgør de CTA ( Cryogenic Telescope Assembly ).
• servicemodulet placeret i den nedre ende af teleskopet. Det er et 8-sidet modul, der huser elektronikken til videnskabelige instrumenter, antenner, thrustere og computere, der er ansvarlige for betjening og orientering af teleskopet.
• de solpaneler , som også opretholder Telescope læ mod sollys.

Spitzer har en masse på 950  kg herunder 15,6  kg af nitrogen anvendes til orbit korrektioner og de 360  liter helium (50,4  kg ), der anvendes til at afkøle de instrumenter og teleskopet. Dens solpaneler leverer 400 watt, der opbevares i batterier med en kapacitet på 16 ampere-timer. Målretningen af ​​teleskopet udføres ved hjælp af reaktionshjul . Desaturation af reaktionshjulene udføres ved hjælp af to sæt med seks kolde gaspropeller, der anvender nitrogen .

Termisk isolering

Teleskopet skal holdes så køligt som muligt, så genstande, der ses af instrumenterne, ikke forveksles af instrumenterne med andre varmekilder (infrarød) fra selve instrumenterne. Varmen produceres af solstrålingen, som rammer solpanelerne (til højre i diagrammet overfor) og elektronikken i servicemodulet (nederst i diagrammet). Den del af Spitzers nyttelast, der skal holdes ved meget lave temperaturer, kaldes CTA ( Cryogenic Telescope Assembly ). Satellitten er orienteret, så solen aldrig rammer CTA. CTA består af fire underenheder: teleskopet, rummet, der indeholder de videnskabelige instrumenter (ekskl. Elektronik), kryostaten og den eksterne konvolut, der er ansvarlig for termisk isolering af denne enhed. Teleskopet bærer flydende helium, som ved fordampning gør det muligt at evakuere varme, men for at missionen skal vare, er det vigtigt, at den overskydende varme evakueres eller stoppes ved så godt som muligt at isolere de kolde dele af teleskopet og dets instrumenter.

Varmen diffunderes mod teleskopet og dets instrumenter ved ledning (via afstandsstykkerne, der forbinder de forskellige komponenter) og ved stråling. AHU'en er fastgjort til servicemodulet med afstandsstykker designet til at begrænse varmeoverførslen. To termiske skærme placeret på den ene side mellem AHU og servicemodul og på den anden side mellem AHU og solpaneler opfanger og evakueres i vakuum ved stråling af det meste af den producerede varme. Det udvendige hus på CTA, som er lavet af aluminiumskage, er malet sort på ansigtet modsat solens for at evakuere den maksimale varme mod rummet. Det er skinnende på den anden side for at reflektere solens stråling. Kryostaten består af et kabinet, hvor der dannes et vakuum og indeholder flydende helium: dampene produceret ved fordampning afkøler enheden til en temperatur på ca. 5 Kelvin ved at kompensere for den lille mængde varme (modelleret ved 4  mW ), der når kernen af teleskopet, eller som produceres af instrumentets detektorer. CTA'en er lukket i sin øvre ende af et dæksel for at begrænse fordampningen af ​​helium i starten af ​​flyvningen. Denne del af teleskopet skubbes ud for at tillade lys at nå det primære spejl, når temperaturen på enheden er faldet til under 35 Kelvin.

Telekommunikation

Udvekslingen mellem satellitten og Jorden finder ikke sted kontinuerligt, fordi antennen med høj forstærkning, der bruges til kommunikation, er fast og ikke peger mod Jorden, når teleskopet er i drift. En gang hver 12. til 24. time ændres teleskopets retning, så antennen kan peges på jorden og data overføres. Teleskopet har en massehukommelse med en kapacitet på 8 gigabit, som muligvis giver dig mulighed for at springe en telekommunikationssession over. Spitzer har også fire antenner med lav forstærkning.

Spitzer-diagram og snitbillede

En optisk del  : 1 - sekundært spejl; 2 - ydre skal 3 - primært spejl 11 støvdæksel; B Kryostat  : 4 - instrumentrum; 10 - heliumtank; C Servicemodul  : 5 - servicemodulskjold; 6-stjernede findere; 7 - batterier; 8 - antenne med høj forstærkning 9 - nitrogen tank; 12 - afstandsstykker; 13 - inertienhed; D Solpaneler  : 14 - solpanelskærm.

Nyttelast

Den nyttelast Spitzer består af teleskopet (den optiske del), til rummet indeholdende videnskabelige instrumenter (undtagen elektronik) og elektronik instrumenter placeret i servicemodulet begrænse opvarmningen af detektorerne.

Optisk del

Den optiske del af Spitzer er et Ritchey-Chrétien - teleskop med et primært spejl på 85 centimeter i diameter. Teleskopet inkluderer også et sekundært spejl med en diameter på 12  cm og et tårn, der forbinder de to spejle. Det sekundære spejl er monteret på en mekanisme, der gør det muligt at ændre afstanden fra det primære spejl, når teleskopet er i kredsløb. Alle dele af teleskopet, undtagen beslagene, er lavet af beryllium . Dette metal har den fordel, at det er let, stærkt og ikke særlig følsomt over for termiske ændringer. Teleskopets samlede masse er 55  kg i en højde på 90  cm . Brændvidden er 10,2 meter.

• Nogle af komponenterne i Spitzer

• Den optiske del af Spitzer-teleskopet.

• Servicemodulet.

Videnskabelige instrumenter

Den infrarøde stråling, der indsamles af teleskopet, kan analyseres af tre instrumenter, men i modsætning til Hubble-rumteleskopet kan kun et instrument fungere på et givet tidspunkt. Disse placeres i et aluminiumsrum med en diameter på 84  cm og en højde på 20  cm, som modtager den infrarøde stråling, der indsamles af teleskopet, gennem en åbning midt i sin øvre del. Rummet er placeret direkte over kryostaten fyldt med flydende helium, som således holder instrumenterne ved en temperatur tæt på 0 kelvin . Instrumentelektronikken, en varmekilde, placeres i servicemodulet. De tre indbyggede instrumenter er:

• IRAC ( Infrared Array Camera ) er et kamera til observation af nær og medium infrarød. Detektorerne består af 4 arrays med 256 × 256 pixels , der hver samler henholdsvis i bånd centreret på 3,6  µm , 4,5  µm , 5,8  µm og 8,0  µm . Detektorerne, der anvendes til korte bølgelængder (3,6 og 5,5 µm), er fremstillet med indium og antimon, mens de beregnet til lange bølgelængder ( 5,8 og 8  µm ) er tilsat arsen . Den eneste bevægelige del af instrumentet er lukkeren, som ikke er blevet brugt, siden Spitzer har været i kredsløb. IRAC er det eneste instrument stand til at fungere i det mindste delvist, når helium anvendes til at køle instrumenterne er opbrugt: temperaturen er derefter for høj for de 5,8 og 8 um detektorer men de to andre detektorer forblive i drift.
• IRS ( Infrarød spektrograf ) er en spektrograf, der producerer spektrum af stråling mellem 5  µm og 38  µm . Den består af fire undergrupper, der arbejder parallelt: kortbølgespektrum med høj opløsning mellem 10 og 19,5 µm, kortbølgespektrum med lav opløsning mellem 5,3 og 14 µm, langbølgespektrum med lav opløsning mellem 14 og 40 µm, langbølgespektrum med høj opløsning mellem 19 og 37 µm. Alle detektorer er 128 x 128 pixels, dem, der bruges til korte bølger, er doteret med arsen, mens de for lange bølger er lavet af silicium doteret med antimon . Instrumentet har ingen bevægelig del.
• MIPS ( Multiband Imaging Photometer for Spitzer ) er som IRAC, et billedkamera, men specialiseret i langt infrarødt (24  µm , 70  µm og 160  µm ) og med en evne til at udføre simpel spektrometri. 24 µm detektoren har 128 × 128 pixels og er lavet af arsen-doteret silicium. De 70 um detektorer  er lavet med to 16-pixel gallium- doteret germanium arrays forbundet til dannelse af en 32 × 32 matrix. Den 160 um Detektoren omfatter 2 rækker af 20 pixels fremstillet af de samme materialer. Disse egenskaber er klart bedre end sensorerne i det europæiske ISO-infrarøde teleskop  : FOTO C-100 (svarende til 70  µm ), som kun har 3 × 3 pixels og C-200, som kun har 2 × 2 pixels. Det observerede felt er 5 x 5 bueminutter for 24 mikron bølgelængde, men falder til 0,5 x 6 bueminutter ved 1600 mikron. 70 mikron detektoren kan producere et enkelt spektrum mellem 50 og 100 mikron. Instrumentet har kun en bevægelig del: det er et roterende spejl, der gør det muligt at kortlægge større dele af himlen. MIPS detektorer afkøles til 1,7 K . 

• Videnskabelige instrumenter

• IRS-spektrografen efter dens integration med MIC-kryogene kammer.

• MIPS infrarøde kamera før dets integration.

• De tre instrumenter integreret i MIC-kryogene kammer.

Resultater

I løbet af 2010 blev næsten 2000 videnskabelige publikationer baseret på observationer foretaget ved hjælp af Spitzer offentliggjort.

Spitzer-teleskopet gør det muligt at observere mange fænomener for første gang:

• processen med dannelse af planeterne  : opløsning af skiven af ​​støv og gas og dens koncentration, hvilket resulterer i dannelsen af ​​planeterne. Observationer foretaget omkring stjerner, der ligner solen i forskellige faser, tyder på, at støv- og gasskiven, som de jordbaserede planeter stammer fra, forsvinder i løbet af få millioner år, og at dannelsesprocessen derfor er meget hurtig.
• Spitzer kan undersøge brune dværge, der er afbrudte stjerner (termonuklear fusion er ikke startet) på grund af deres lille størrelse (mindre end 0,08 gange Solens størrelse), men som udsendes i det infrarøde. Ifølge disse observationer præsenterer brune dværge som stjerner skiver af støv og gas, som derfor kan føde planeter.
• Spitzer observerer over en meget bred vifte af bølger, der gør det muligt for ham at opdage meget forskellige fænomener inden for galakser, der spænder fra stjernernes atmosfære til kolde interstellære skyer. Denne evne sammen med et optisk felt på 5 x 5 bueminutter muliggør slående billeder af nærliggende galakser som M81.
• Spitzers følsomhed gør det muligt at opdage særligt fjerne galakser med en rød forskydning på 6 og optrådte derfor lidt mindre end en milliard år efter Big Bang .
• Spitzer observerede infrarøde galakser, stedet for meget intens stjernedannelse ("  galakser med stjernedannelse bursts  ") og fremhævede de særlige tilknyttede processer.
• for første gang kan rumteleskopet fange lyset fra en varm exoplanet og således analysere temperaturvariationerne på dens overflade.
• han observerede for første gang fullerenmolekyler i fast tilstand.

Eksoplaneter

Selvom observation af exoplaneter ikke var blandt de oprindelige mål for Spitzer-missionen, gjorde rumteleskopet vigtige opdagelser på dette felt takket være dets infrarøde observationskapacitet og præcisionen i dets scoresystem:

• I Maj 2009, Spitzer tilvejebringer det første meteorologiske kort over en exoplanet ved at fremhæve temperaturvariationer på overfladen af ​​gasgigantplaneten 189733b. Observationerne fremhæver også tilstedeværelsen af ​​stærke vinde, der krydser atmosfæren.
• Spitzer opdager fem af de syv stenagtige planeter, der kredser om stjernen TRAPPIST-1 som en del af en 500 timers observationskampagne. Spitzers egenskaber var ideelle til at observere denne stjerne meget køligere end vores sol og bestemme planetenes størrelse og masse.
• I 2010 lykkedes det Spitzer at opdage en exoplanet, der ligger 13.372 lysår væk langt mere fjernt end alle de hidtil opdagede. Påvisning udføres ved hjælp af gravitationsmikrolensteknikken ved hjælp af et jordbaseret teleskop.
• Denne teknik bruges igen ved hjælp af sydkoreanske astronomer til at opdage en jordstørrelse, der drejer sig om en dværgstjerne, der ligger 12,7 lysår fra jorden.
• Ved at kombinere data fra Spitzer og Kepler- rumteleskopet er der etableret en første kortlægning af skyerne på en kæmpe exoplanet på størrelse med Jupiter. Spitzer fastslog, at Kepler-7bs temperatur varierede fra 1100 til 1300 Kelvin og udledte, at den vestlige halvkugle var permanent overskyet, mens den østlige halvkugle havde en klar atmosfære.
• En 8-timers observation af planet 55 Cancri fastslog, at denne superjordtype planet (dobbelt så stor som Jorden) oplever særlig høje temperaturer. Denne planet, som gennemgår en tyngdekraftslåsning (det samme ansigt vender altid mod stjernen), har en overfladetemperatur på 2400  ° C på dagsiden og 1120  ° C på nattesiden. Dette antyder, at overfladen er dækket af lava .
• I 2007 fangede Spitzer nok lys fra en exoplanet til at identificere tilstedeværelsen af ​​visse molekyler i sin atmosfære. Ved hjælp af den sekundære formørkelsesteknik fastslår rumteleskopspektrografen, at de to gigantiske planeter HD 209458b og HD 189733b begge var tørre og overskyet end forudsagt. I modsætning til hvad man forventede, blev der ikke fundet spor af vand i deres atmosfære. Atmosfæren i HD 209458b indeholder små sandkorn (silikater), hvis tilstedeværelse på en planet af denne type udgør en nyhed.
• Spitzer gjorde det muligt at bekræfte og afklare opdagelserne af exoplaneter foretaget af andre instrumenter, især Kepler . En 10 Jupiter observationskampagne udført i 2015 med rumteleskopet Hubble har fjernet mysteriet om den tilsyneladende mangel på vand i atmosfæren på disse planeter. Vandet blev faktisk tilsløret af skyer og tåger.
• Spitzer brugte sine infrarøde evner til at observere støv fra resterne af asteroider, der kredser om seks hvide dværge . De indsamlede data indikerer, at dette støv indeholder olivin , et materiale der er rigeligt på vores jord. Dette antyder, at bestanddele af vores jord og andre stenede planeter i solsystemet er almindelige overalt i universet, og derfor er stenrige planeter også rigelige.
• Spitzer observerer mellem August 2012 og Januar 2013en kraftig stigning i mængden af ​​støv til stede omkring stjerne NGC 2547-ID8. Dette var uden tvivl resultatet af en kollision mellem to store asteroider, der giver indsigt i den voldelige proces, der førte til dannelsen af ​​stenagtige planeter som Jorden.

• Billeder taget af Spitzers instrumenter

• Den Helix-tågen . Blå: infrarød mellem 3,6 og 4,5 mikron; grøn: mellem 5,8 og 8 mikron; rød: 24 mikron.

• Med uret fra øverst til venstre: infrarød visning af Andromeda-galaksen  ; Herbig-Haro HH- genstand indeholdende en protostjerne  ; flere protostjerner fundet i den mørke kugle IC 1396  ; den Comet Schwassmann-Wachmann 1 .

• Spitzer giver os mulighed for at opdage den ydre ring af støv, der omgiver Saturn .

Efterfølgere

I 2009 blev Herschel- satellitten med et 3,5 meter spejl lanceret, hvilket muliggjorde analyse af infrarøde stråler med længere bølgelængde. NASAs JWST- rumteleskop er indstillet til at overtage i 2021 med et primært spejl, der har et areal halvtreds gange så stort som Spitzer's.

Noter og referencer

Bemærkninger

1. Forsiden af ​​en satellit med lav bane, der vender mod Jorden, kan nå en temperatur på -23  ° C på grund af jordens emission af infrarød stråling.

Referencer

1. (in) "  Spitzer> Historie> Tidlig historie  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 11. marts 2014 )
2. Gehrz et all 2007 , s.  4-5
3. (in) "  Spitzer> Historie> Nyere historie  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 11. marts 2014 )
4. Werner M, The Legacy of Spitzer , For Science, februar 2010, s.  28-35
5. (in) "  Spitzer> Technology> Innovations> Infrared Detector Developments  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 15. marts 2014 )
6. (in) "  Spitzer> Technology> Innovations> Program Management  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 16. marts 2014 )
7. (in) Stephen Clark '  endelige kommando til at deaktivere uplinks NASA Spitzer Telescope  " på spaceflightnow.com ,30. januar 2020
8. (en-US) Stephen Clark , “  NASA uplinks final command to deactivating Spitzer telescope - Spaceflight Now  ” (adgang 2. februar 2020 )
9. Præsentation for pressen ved lanceringen (NASA) 2003 , s.  8
10. (i) "  Hvordan NASAs Spitzer Har holdt sig i live så længe  " , Jet Propulsion Laboratory ,13. juni 2019
11. (in) "  Spitzer> Science  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang til 11. marts 2014 )
12. (in) "  Spitzer> Science> Stars  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang til 11. marts 2014 )
13. (in) "  Spitzer> Science> Dying Star  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 11. marts 2014 )
14. (in) "  Spitzer> Videnskab> Disker og planeter  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 11. marts 2014 )
15. (i) "  Spitzer> Videnskab> Galakser og universets oprindelse  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 11. marts 2014 )
16. (in) "  Spitzer> Videnskab> Dværge og lavmassestjerner  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang til 22. marts 2014 )
17. (in) "  Spitzer> Science> Giant Molecular Clouds  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang til 22. marts 2014 )
18. (in) "  Spitzer> Science> Distant Galaxies and Origins of the Universe  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang til 22. marts 2014 )
19. (in) "  Spitzer> Science> Active Galactic Nuclei (AGN) / Supermassive Black Holes  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang til 22. marts 2014 )
20. (in) "  Spitzer> Videnskab> Ekstrasolære planeter  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang til 22. marts 2014 )
21. (in) "  Spitzer> Technology> Innovations> Clever choice of orbit  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 11. marts 2014 )
22. (in) "  Spitzer> Mission oversigt> Hurtige fakta  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 15. marts 2014 )
23. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly> The Outer Shell  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 19. marts 2014 )
24. Præsentation for pressen ved lanceringen (NASA) 2003 , s.  24
25. Gehrz et all 2007 , s.  3-6
26. (in) "  Spitzer> Technology> Innovations> Store-and-Dump Telemetry  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 15. marts 2014 )
27. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 15. marts 2014 )
28. Præsentation for pressen ved lanceringen (NASA) 2003 , s.  29
29. Werner 2012 , s.  1008-1
30. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly> The Multiple Instrument Chamber  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 15. marts 2014 )
31. Fazio 2004 , s.  18-19
32. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly> The Infrared Array Camera (IRAC)  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 15. marts 2014 )
33. Houck 2004 , s.  10-12
34. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly> The Infrared Spectrograph (IRS)  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 15. marts 2014 )
35. Rieke 2004 , s.  25-26
36. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly> The Multiband Imaging Photometer (MIPS)  " , Jet Propulsion Laboratory (adgang 15. marts 2014 )
37. (en) MW Werner et al. , “  The Spitzer space telescope mission  ” , Astronomy & Geophysics , vol.  47-6,december 2006, s.  1-6 ( læs online )
38. (in) "  10 ting, som Spitzer lærte os om eksoplaneter  " , NASA ,20. januar 2020

Bibliografi

• (en) NASA, "  Mission pressepræsentation (NASA pressesæt)  " , på jpl.nasa.gov ,august 2003.
• (en) JPL NASA et al. , Spitzer Space Telescope Handbook v 2.1 ,8. marts 2013, 75  s. ( læs online ).
• ( fr ) Renee M. Rottner et al. , Gør det usynlige synligt - En historie om Spitzer Infrarød Teleskopfacilitet (1971-2003) , NASA, koll.  “Monografier i luftfartens historie; # 47 ",2017, 212  s. ( ISBN  9781626830363 , læs online ).
• (en) RD Gehrz et al. , “  NASA Spitzer Space Telescope  ” , Review of Scientific Instruments , bind.  78,januar 2007, s.  1-39 ( DOI  10.1063 / 1.2431313 , læs online ).
• ( fr ) MW Werner et al. , "  Spitzer-rumteleskopmissionen  " , The Astrophysical Journal Supplement Series , bind.  154,September 2004, s.  1-9 ( læs online ).
• ( fr ) MW Werner et al. , "  Spitzer-rumteleskopet  " , Optical Engineering , bind.  51,januar 2012, s.  1-9 ( læs online ).
• (en) GG Fazio et al. , "  Det infrarøde array-kamera (IRAC) til Spitzer-rumteleskopet  " , The Astrophysical Journal Supplement Series , bind.  154,September 2004, s.  10-17 ( læs online ).
• (in) JR Houck et al. , "  Den infrarøde spektrograf (IRS) på Spitzer-rumteleskopet  " , The Astrophysical Journal Supplement Series , bind.  154,September 2004, s.  18-24 ( læs online ).
• (en) GH Rieke et al. , “  Multiband imaging photometer for Spitzer  ” , The Astrophysical Journal Supplement Series , bind.  154,September 2004, s.  25-29 ( læs online ).

Se også

Relaterede artikler

• Infrarød astronomi .
• IRAS infrarødt teleskop lanceret af NASA i 1983.
• ISO infrarødt teleskop lanceret af Den Europæiske Rumorganisation i 1995.
• Program for de store observatorier, som Spitzer er en del af.
• JWST (2021) Spitzer sucker
• Herschel (2009) Spitzer's Sucker

eksterne links

• (en) Officielt websted
• (en) Arkivering af indsamlede data