Spitzer (romteleskop)

Spitzer Kunstnerens inntrykk av Spitzer Space Telescope. Generell data

Organisasjon	NASA
Bygger	Lockheed Martin Space Ball Aerospace
Program	Store observatorier
Felt	Infrarød astronomi
Mission typen	Romteleskop
Status	Oppdrag fullført
Andre navn	Space Infrared Telescope Facility (SIRTF)
Start	25. august 2003
Launcher	Delta II 7920H
Oppdragets slutt	30. januar 2020 Mai 2009 (slutten av oppdraget i kjøling modus)
Oppkalt etter	Lyman Spitzer ( amerikansk astrofysiker )
COSPAR-identifikator	2003-038A
Nettstedet	spitzer.caltech.edu

Tekniske egenskaper

Messe ved lansering	950 kg
Holdningskontroll	Stabilisert på 3 akser

Bane

Bane	Heliosentrisk

Teleskop

Type	Ritchey-Christian
Diameter	85 cm
Område	2,3 m²
Fokus	10,2 m
Bølgelengde	Infrarød  : 3,6 til 100 mikron

Hovedinstrumenter

IRAC	Kamera
Skattemyndighetene	Spektrograf
MIPS	Bildefotometer

Spitzer eller SIRTF ( Space Infrared Telescope Facility ) er et infrarødt romteleskop utviklet av NASA . Det er den siste av de fire "  Great Observatories  " med komplementære egenskaper skapt av NASA for å svare på de store vitenskapelige spørsmålene på slutten av århundret innen astrofysikk . Dens rolle er hovedsakelig å observere skapelsen av universet , dannelsen og utviklingen av primitive galakser , opprinnelsen til stjerner og planeter og utviklingen av den kjemiske sammensetningen av universet, som er fenomener som hovedsakelig er synlige i infrarødt.

Dette infrarøde teleskopprosjektet ble lansert i 1984 av NASA. Under utviklingen reduseres størrelsen på Spitzer kraftig (masse senket fra 5,7 tonn til mindre enn ett tonn) for å takle budsjettkutt som påvirker romfartsorganisasjonen. Dens kapasitet er likevel klart bedre enn forgjengerne, IRAS (1983) og ISO (1995), takket være flere tekniske valg og fremgangen i mellomtiden innen infrarøde detektorer. Den optiske delen består av et teleskop med en diameter på 85  cm . Den oppsamlede infrarøde strålingen analyseres av tre instrumenter som avkjøles som teleskopet med flytende helium  : et nær- og middels infrarødt bildefotometer (3 til 8 mikron), et spektroskop (5-40 mikrometer) og et spektrofotometer for det langt infrarøde (50 -160 mikron).

Lansert den 25. august 2003, fungerer teleskopet med full kapasitet til Mai 2009. Fra den datoen, etter å ha brukt opp flytende helium, fortsetter den å operere i "hot" -modus med en del av instrumentene. Teleskopet ble avviklet av NASA den30. januar 2020. Spitzer-prosjektet kostet US $ 1,36 milliarder dollar fra starten av unnfangelsen til slutten av operasjonen i 2020.

Historisk

Forgjengerne: IRAS og ISO (1983-1995)

Spitzer er kronologisk det tredje store infrarøde romteleskopet  : det ble innledet av IRAS utviklet av det amerikanske romfartsorganet NASA, i samarbeid med Nederland og Storbritannia og ble lansert i 1983, samt av ISO designet av European Space Agency og lansert i 1995 .

På slutten av 1960-tallet hadde NASA store forventninger til den amerikanske romfergen, som skulle gjøre sine første flyreiser i begynnelsen av det neste tiåret. Blant de planlagte bruksområdene til denne romskytteren som er i stand til å komme tilbake til bakken på slutten av oppdraget, er å bære et infrarødt romteleskop som skal dra nytte av skytenes høye lanseringshastighet - NASA planlegger å gjennomføre en flytur per uke - og langsiktige oppgaver (opptil 30 dager). Allerede i 1969 ble det foreslått å utvikle et kryogent infrarødt teleskop med et speil på en meter i diameter for å installeres i romfergen. Kostnaden for dette teleskopet, kalt Shuttle Test Facility Infrared (IR Installation Space Shuttle) forkortet FTIR, er verdsatt til 120 millioner amerikanske dollar . Dette prosjektet mottok i 1979 støtte fra National Academy of Sciences i USA . I 1983 lanserte NASA anbud for bygging av et infrarødt romobservatorium festet til romfergen og som ville komme tilbake til bakken på slutten av hvert oppdrag. Dette teleskopet skulle gjøre sin første flytur i 1990. Suksessen med IRAS infrarødt teleskop utviklet av NASA fikk imidlertid romfartsorganisasjonen til å endre planene i 1984: den bestemte seg for å utvikle et autonomt infrarød romteleskop. Denne avgjørelsen støttes av oppdagelsen at det lille infrarøde teleskopet IRT ( InfraRed Telescope ), som ble lagt ut i lasterommet til romfergen iJuli 1985(oppdrag STS-51-F ), må møte viktige problemer med forurensning av infrarøde utslipp produsert av romfartøyet en gang i rommet. Den akronym SIRTF er beholdt til tross for denne endringen i arkitektur, men det står nå for Space Infrared Telescope Facility .

Utvikling (1984-2003)

De spektakulære resultatene av IRAS- infrarøde romteleskop som ble lansert i 1983 av NASA og hvis oppdrag bare varte i 10 måneder, presset astronomersamfunnet til å be om utvikling av en etterfølger. Bahcall- rapporten, utarbeidet i 1991 med sikte på å identifisere prioriterte astronomiske prosjekter, spår at 1990-tallet vil være tiåret med infrarød og prioriterer utviklingen av et infrarødt teleskop i romfeltet. SIRTF / Spitzer infrarøde teleskop er designet for å være det siste av de fire "  Store observatoriene  " utviklet av NASA for å svare på de store spørsmålene innen astrofysikk . Andre teleskoper i dette programmet er Hubble-romteleskopet, lansert i 1990 for observasjoner i det synlige spekteret og nær ultrafiolett , Chandra (i 1999) for myke røntgenstråler ( 0,01 til 10  nm ) og Compton Gamma -Ray Observatory (i 1991) for gammastråling og harde røntgenstråler (10 til 100 µm). Realiseringen av teleskopet styres av JPL- senteret til NASA. Det opprinnelige prosjektet utviklet seg mot en mye mer ambisiøs maskin, og det er nå tenkt et teleskop med en masse på 5,7 tonn som bærer 3800  liter flytende helium (for å avkjøle detektorene) plassert i høy jordbane av en Titan- bærerakett . Men det amerikanske økonomiske klimaet forverres samtidig, og flere NASA-romoppdrag er feil. Rett etter publiseringen av Bahcall-rapporten led NASA-budsjettet en kraftig nedgang, noe som resulterte i kansellering av flere prosjekter og en reduksjon i målene og gjennomføringen av prosjektene som ble opprettholdt. Spitzer gjennomgår således på 5 år to budsjettkutt som øker budsjettet som er bevilget til prosjektet fra 2,2 milliarder til 500 millioner dollar. Til tross for denne drastiske reduksjonen har SIRTF / Spitzer, takket være de siste fremskrittene innen infrarød observasjon og flere optimaliseringer, en følsomhet som er 10 til 100 ganger større enn forgjengerne. Faktisk på 1980-tallet investerte det amerikanske forsvarsdepartementet hundrevis av millioner dollar i utvikling av infrarøde detektorer. De resulterende teknologiske fremskrittene har gradvis spredt seg til sivile applikasjoner, noe som tillater utvikling for infrarød astronomi av mye mer følsomme detektorer: mens detektorene til IRAS-satellitten bare har 62 piksler de fra Spitzers IRAC-kamera. Har 65.000.

I motsetning til i løpet av prosjekter av denne typen, blir produsentene som er involvert i realiseringen av Spitzer konsultert fra starten av designet. Lockheed Martin har det overordnede ansvaret for satellittutvikling og testing. Ball Aerospace utvikler den kryogene enheten, inkludert kryostaten og den optiske delen. De tre instrumentene om bord er produsert av henholdsvis NASAs Goddard Space Flight Center (IRAC-instrument), Cornell University i Ithaca ( New York State ), IRS-instrumentet og University of Arizona (MIPS-instrument).). Teleskopets operasjoner er pilotert av Spitzer Science Center som ligger på campus for California Institute of Technology i Pasadena ( California ).

Gjennomføring av oppdraget

Start

Spitzer blir plassert i bane på 25. august 2003av en Delta II 7920H bærerakett fra Cape Canaveral lanseringsplate i Florida . Navnet SIRTF for Space Infrared Telescope Facility før lanseringen, ble det omdøpt til Spitzer fire måneder senere til ære for den amerikanske forskeren Lyman Spitzer , amerikansk astrofysiker som spilte en ledende rolle i de første romteleskopprosjektene. Spitzer lanseres "hot" som gjør det mulig å redusere massen. I løpet av de neste tre månedene avkjøles instrumentene nedsenket i flytende helium gradvis mens temperaturen på den optiske delen senkes av dampene fra heliumet som fordamper. Teleskopet begynner deretter den kryogene fasen av oppdraget.

Cold Mission (2003 - Mai 2009)

De første bildene som er tatt av teleskopet, er ment å demonstrere funksjonene til det nye teleskopet: de er bilder av et stjernebarnehage, en plate av rusk fra en formende planet og organisk materiale fra et fjernt univers. En av de mest bemerkelsesverdige observasjonene ble gjort i 2005 da teleskopet klarer å ta de første bildene av eksoplaneter, den varme Jupiter HD 209458 b og TrES-1b. ISeptember 2006deltar teleskopet i en kartlegging av himmelen til Gould-beltet som ligger omtrent 3000 lysår fra solen. Heliumlageret skal tillate at instrumentene blir avkjølt i 2,5 år, men til slutt tar det ikke slutt før15. mai 2009eller 5,5 år etter lansering. Det primære oppdraget har en varighet på 2,5 år, men det vil bli utvidet flere ganger siden det slutter 15 år etter lanseringen.

Hot mission (juli 2009 - januar 2020)

Romteleskopet begynner på et nytt oppdrag etter at heliumet er uttømt i juli 2009, da temperaturen stabiliseres på 28 kelvin . To av instrumentene fungerer ikke lenger, men IRAC-infrarøde kameraer fortsetter å fungere optimalt under disse nye forholdene. De gjør det mulig å observere bølgelengdene 3,6 og 4,5 mikron. I løpet av denne nye fasen av sitt oppdrag kartlegger teleskopet infrarøde kilder til store deler av himmelen, observerer kometer og asteroider i vårt solsystem, observerer eksoplaneter og gjør observasjoner av de fjerneste galaksene i vårt univers.

I 2014 er det tenkt å stanse oppdraget av budsjettmessige årsaker, men prosjektlederen klarer å senke de årlige driftskostnadene fra 17 millioner dollar til 11 millioner dollar. I 2016 bestemte NASA seg for å utvide oppdraget fordi Spitzer kom spesielt godt rangert sammenlignet med fem andre astrofysiske romoppdrag når kostnader og resultater avstemmes. Tjenestemenn fra det amerikanske romfartsorganet bestemmer seg for å forlenge oppdraget til lanseringen av det neste infrarøde romteleskopet JWST som er planlagt til 2018. Når lanseringen av det blir utsatt til 2021, etter å ha forsøkt å finne eksterne finansieringskilder, vil romfartsorganisasjonen, bestemmer seg for ikke å forlenge Spitzers oppdrag utoverjanuar 2020.

Oppdragets slutt

Teleskopet sirkulerer i en bane nær jordens. Den beveger seg gradvis bort fra den (i begynnelsen av 2020 ligger teleskopet 260 millioner kilometer fra jorden, mer enn 700 ganger avstanden mellom jord og måne). Som en konsekvens av teleskopets relative posisjon i forhold til jorden, blir orienteringen av solcellepanelene under telekommunikasjon økter stadig ugunstigere, og disse blir gradvis forkortet. Etter 16 års drift bestemmer NASA seg for å avslutte oppdraget30. januar 2020. Kommandoer sendes av kontrollsenteret slik at Spitzer går i overlevelsesmodus med solcellepanelene pekende mot solen. Romteleskopet vil fortsette å bevege seg vekk gradvis fra jorden før det nærmer seg det igjen og passerer nær det (8 ganger jord-måne-avstanden) i 2053. Radiosignalet vil være så svakt på dette tidspunktet - det vil trenge utstyr spesielt designet for å fange den. Kostnaden for oppdraget inkludert lansering, gjennomføring av operasjoner og dataanalyse er estimert til $ 1,19 milliarder dollar over varigheten av det primære oppdraget og til $ 1,36 milliarder dollar inkludert operasjoner frem til når de ble avviklet i 2020.

Vitenskapelige mål

Alle objekter i universet produserer kontinuerlig utslipp over hele det elektromagnetiske spekteret ( synlig lys , infrarødt , ultrafiolett , radiobølger , gammastråler og røntgenstråler ) som gir informasjon om deres struktur og prosessene som påvirker dem. En stor del av disse utslippene, spesielt infrarøde utslipp, kan bare observeres fra verdensrommet fordi de ikke når jordens jord og blir fanget opp av jordens atmosfære. Infrarød stråling er spesielt interessant fordi den sendes ut av et hvilket som helst objekt med en temperatur over 0 Kelvin ( −273,15  ° C ). Denne funksjonen tillater infrarøde teleskoper som Spitzer å observere usynlige fenomener i andre bølgelengder som:

• den fødselen av stjerner før de er massiv nok for Termonukleær å begynne. Det infrarøde lyset som sendes ut i løpet av denne første fasen når romobservatoriene til tross for det tykke støvsløret.
• stjerner når de dør produserer materie i form av støv som fungerer som grunnleggende materiale for dannelsen av nye stjerner. Den infrarøde observasjonen av stjerner på slutten av livet gir viktig informasjon om sammensetningen av dette støvet. Denne informasjonen skal tillate astronomer å rekonstruere støvets opprinnelse helt i begynnelsen av universet.
• Spitzer observatoriet kan studere prosessen med planetdannelse. Spitzer er ikke i stand til å observere eksoplaneter, men han kan observere protoplanetarisk plate dannet av støvskyer. Ved å måle temperaturen på platen gjør teleskopet det mulig å kjenne strukturen og alderen til platen og å bestemme om planeter blir dannet eller allerede er dannet.
• Infrarød observasjon av galakser gjør det mulig å karakterisere de tre kildene til denne tilstedeværende strålingen: stjerner , det interstellare mediet og det interstellare støvet . Spitzer kan således identifisere galaksene som produserer nye stjerner i rask hastighet (stjernebarnehager) og identifisere opprinnelsen til denne oppkomsten. Observasjonen av vår egen galakse, Melkeveien , gjør det mulig å finne områdene der stjerner fremdeles dannes. Til slutt bør Spitzer gi en bedre forståelse av galakser som er lysende i infrarødt , som er karakteristiske for å avgi mer enn 90% av deres lys i det infrarøde.
• de fleste av stjernene som bor i universet er ikke massive nok til å sette i gang termonukleær fusjon. Disse brune dvergene produserer ikke synlig lys, men avgir i det infrarøde. Noe av det mørke stoffet som astronomer søker å identifisere, kan være brune dverger. Følsomheten til Spitzers instrumenter gjør det mulig å gjøre en oversikt over dem i nærheten av solsystemet og å studere dem.
• gigantiske molekylære skyer ligger i det interstellare rommet. De består hovedsakelig av hydrogen og er råstoffreservoaret som stjernene dannes av. Spitzers studie av tettheten og temperaturen til disse skyene gir viktig informasjon om de fysiske forholdene og den kjemiske sammensetningen som gjør protostjerner mulige .
• lyset fra de eldste galaksene som dukket opp for 13 milliarder år siden, dvs. nesten en milliard år etter Big Bang, er synlig fra jorden i det infrarøde domenet på grunn av fenomenet skiftet mot det røde . Spitzer gjør det mulig å studere disse galaksene og dermed bestemme hvordan og når disse første objektene i universet ble dannet. Teleskopet gjør det også mulig å studere den infrarøde, kosmologiske diffuse bakgrunnen som skyldes utslipp fra galakser og stjerner som er for lite synlige til å kunne skilles ut.
• de fleste galakser inneholder ett eller noen flere supermassive sorte hull i sentrum. Spitzer er spesielt godt rustet til å observere disse gjenstandene når de er aktive (i ferd med å absorbere materiale). Disse sorte hullene observeres av Spitzer takket være infrarød stråling som avgis av materie når den tiltrekkes av dem.
• Spitzer er det første teleskopet som direkte kan observere lyset fra en exoplanet , dvs. en planet som kretser rundt en annen stjerne. Teleskopet kan bestemme temperatur, vind og sammensetning av fjerne planeter når de oppfyller bestemte egenskaper (størrelse, avstand).

Bane

Det infrarøde teleskopet må holde seg unna så mye som mulig fra enhver varmekilde og være i stand til å opprettholde instrumentene ved en temperatur nær 0 Kelvin uten å forbruke for raskt heliumet som ble brukt til å kjøle dem ned. Oppdragets designere velger, i motsetning til de infrarøde teleskopene som går foran, ikke å sette Spitzer i bane rundt jorden, fordi denne reflekterer en del av varmen som sendes ut av solen , men å plassere den i en parallell heliosentrisk bane. Til den fra jorden som den krysser på 372 dager. I denne banen faller temperaturen på teleskopet passivt ned til 34 Kelvin, og sparer helium for den første avkjølingen. I tillegg er Spitzer langt fra jorden, og har et mye større observasjonsfelt: 30% av himmelen er når som helst synlig mens resten av himmelen kan sees to ganger i året i perioder påfølgende dager på omtrent 40 dager. Teleskopets sikte er innrammet av to begrensninger: aksen må ikke nærme seg mer enn 80 ° i forhold til solens, for utenfor solcellepanelet / solskjermen kan ikke lenger forhindre at den varmes opp, og den må ikke bevege seg bort fra solens aksen mer enn 120 ° slik at solcellene kan produsere nok energi. I sin bane beveger Spitzer seg gradvis vekk fra jorden (den snur seg mindre raskt rundt solen) med en hastighet på en tidel av AU per år. Denne progressive avstanden fører til en progressiv reduksjon i strømningshastigheten i utveksling med jorden.

Tekniske egenskaper

Spitzer er den minste av NASAs store observatorier : den måler en tredjedel av Hubble-romteleskopets lengde i en ellevte masse. Det er en sylindrisk maskin som er 4,45 meter lang og 2,1 meter i diameter og består av tre underenheter:

• teleskopet med dets vitenskapelige instrumenter avkjølt av flytende helium som er beskyttet av et hylster. Sammen danner de CTA ( Cryogenic Telescope Assembly ).
• servicemodulen i den nedre enden av teleskopet. Det er en 8-sidig modul som huser elektronikken til vitenskapelige instrumenter, antenner, thrustere og datamaskiner som er ansvarlige for betjening og orientering av teleskopet.
• de solcellepaneler som også opprettholder den teleskopet skjermet mot sollys.

Spitzer har en masse på 950  kg , inkludert de 15,6  kg av nitrogen anvendes for bane korreksjoner og 360  liter helium (50,4  kg ) som benyttes til å kjøle instrumentene og teleskopet. Dens solcellepaneler gir 400 watt som lagres i batterier med en kapasitet på 16 ampere-timer. Sikting av teleskopet utføres ved hjelp av reaksjonshjul . Desaturering av reaksjonshjulene utføres ved bruk av to sett med seks kalde gasspropeller som bruker nitrogen .

Varmeisolasjon

Teleskopet bør holdes så kjølig som mulig slik at gjenstander som instrumentene ser, ikke forveksles av instrumentene med andre varmekilder (infrarød) fra instrumentene selv. Varmen produseres av solstrålingen som treffer solcellepanelene (til høyre i diagrammet overfor) og elektronikken til servicemodulen (nederst i diagrammet). Den delen av Spitzers nyttelast som må holdes ved svært lave temperaturer kalles CTA ( Cryogenic Telescope Assembly ). Satellitten er orientert slik at solen aldri treffer CTA. CTA består av fire underenheter: teleskopet, rommet som inneholder vitenskapelige instrumenter (unntatt elektronikk), kryostaten og den eksterne konvolutten som er ansvarlig for å isolere denne enheten termisk. Teleskopet bærer flytende helium som ved å fordampe gjør det mulig å evakuere varmen, men for at oppdraget skal vare, er det viktig at overflødig varme evakueres eller stoppes ved å så godt som mulig isolere de kalde delene av teleskopet og dets instrumenter.

Varmen diffunderes mot teleskopet og dets instrumenter ved ledning (via avstandsstykkene som forbinder de forskjellige komponentene) og ved stråling. AHU er festet til servicemodulen av avstandsstykker designet for å begrense varmeoverføring. To termiske skjold plassert på den ene siden mellom AHU og servicemodulen og på den andre siden mellom AHU og solcellepanelene fanger opp og evakueres i vakuum ved stråling av det meste av den produserte varmen. Det ytre hylsteret på CTA, som er laget av bikake i aluminium, er malt svart på ansiktet motsatt solens for å evakuere maksimal varme mot rommet. Det er skinnende på den andre siden for å reflektere solstrålingen. Kryostaten består av et kabinett der det dannes et vakuum og inneholder flytende helium: dampene produsert ved fordampning avkjøler enheten til en temperatur på ca. 5 Kelvin ved å kompensere for den lille mengden varme (modellert ved 4  mW ) som når kjernen av teleskopet eller som produseres av detektorene til instrumentene. CTA er lukket i sin øvre ende av et deksel for å begrense fordampningen av helium ved starten av flyet. Denne delen av teleskopet kastes ut for å tillate at lyset når det primære speilet når temperaturen på enheten har falt under 35 Kelvin.

Telekommunikasjon

Utvekslingen mellom satellitt og jord ikke finne sted kontinuerlig fordi den høye forsterkning antenne som brukes for sambandet er fast og ikke peker mot jorden når teleskopet er i drift. En gang hver 12. til 24. time endres retningen på teleskopet slik at antennen kan rettes mot jorden og data overføres. Teleskopet har et masseminne med en kapasitet på 8 gigabit som muligens kan hoppe over en telekommunikasjonsøkt. Spitzer har også fire antenner med lav forsterkning.

Spitzer diagram og snitt

En optisk del  : 1 - sekundært speil; 2 - ytre skall; 3 - primært speil; 11 støvdeksel; B Kryostat  : 4 - instrumentrom; 10 - heliumtank; C Servicemodul  : 5 - servicemodulskjold; 6 - stjernesøkere; 7 - batterier; 8 - antenne med høy forsterkning; 9 - nitrogen tank; 12 - avstandsstykker; 13 - treghetsenhet; D Solcellepaneler  : 14 - solcellepanelskjerm.

Nyttelast

Den nyttelast Spitzer består av teleskopet (den optiske delen), til det rom som inneholder vitenskapelige instrumenter (unntatt elektronikk) og elektronikk for instrumenter som befinner seg i servicemodulen begrense oppvarmingen av detektorene.

Optisk del

Den optiske delen av Spitzer er et teleskop av typen Ritchey-Chrétien med et primærspeil på 85 centimeter i diameter. Teleskopet inkluderer også et sekundært speil med en diameter på 12  cm og et tårn som forbinder de to speilene. Sekunderspeilet er montert på en mekanisme som gjør at avstanden fra det primære speilet kan endres når teleskopet er i bane. Alle deler av teleskopet, unntatt brakettene, er laget av beryllium . Dette metallet har fordelen av å være lett, sterkt og ikke veldig følsomt for termiske endringer. Den totale massen til teleskopet er 55  kg i en høyde på 90  cm . Brennvidden er 10,2 meter.

• Noen av komponentene i Spitzer

• Den optiske delen av Spitzer-teleskopet.

• Servicemodulen.

Vitenskapelige instrumenter

Den infrarøde strålingen som samles opp av teleskopet, kan analyseres av tre instrumenter, men i motsetning til Hubble-romteleskopet , kan bare ett instrument fungere på et gitt tidspunkt. Disse er plassert i et aluminiumsrom med en diameter på 84  cm og en høyde på 20  cm som mottar den infrarøde strålingen som samles opp av teleskopet gjennom en åpning som ligger midt i den øvre delen. Rommet er plassert rett over kryostaten fylt med flytende helium som dermed holder instrumentene ved en temperatur nær 0 kelvin . Instrumentelektronikken, en varmekilde, plasseres i servicemodulen. De tre instrumentene om bord er:

• IRAC ( Infrared Array Camera ) er et kamera for observasjon av nær og middels infrarød. Detektorene består av 4 matriser med 256 × 256 piksler , som hver samler seg i bånd sentrert på 3,6  um , 4,5  um , 5,8  um og 8,0  um . Detektorene som brukes for korte bølgelengder (3,6 og 5,5 µm) er laget med indium og antimon mens de som er beregnet på lange bølgelengder ( 5,8 og 8  µm ) er tilsatt arsen . Den eneste bevegelige delen av instrumentet er lukkeren, som ikke har blitt brukt siden Spitzer har vært i bane. IRAC er det eneste instrumentet som kan fungere i det minste delvis når heliumet som brukes til å kjøle instrumentene er utmattet: temperaturen er da for høy for 5,8 og 8 µm detektorer, men de to andre detektorene forblir i drift.
• IRS ( Infrarød spektrograf ) er en spektrograf som produserer spektrum av stråling mellom 5  µm og 38  µm . Den består av fire delsett som opererer parallelt: høyoppløselig kortbølgespektrum mellom 10 og 19,5 µm, lavoppløsnings kortbølgespektrum mellom 5,3 og 14 µm, lavoppløsnings langbølgespektrum mellom 14 og 40 µm, høyoppløselig langbølgespektrum mellom 19 og 37 um. Alle detektorer er 128 x 128 piksler, de som brukes til korte bølger er dopet med arsen, mens de for lange bølger er laget av silisium dopet med antimon . Instrumentet har ingen bevegelige deler.
• MIPS ( Multiband Imaging Photometer for Spitzer ) er som IRAC, et bildekamera, men spesialisert på langt infrarødt (24  µm , 70  µm og 160  µm ) og med kapasitet til å lage enkel spektrometri. 24 µm-detektoren har 128 × 128 piksler og er laget av arsen-dopet silisium. De 70 um detektorene  er laget med to 16-piksel gallium- dopet germanium matriser forenet under dannelse av en 32 x 32 matrise. Den 160 um detektoren omfatter 2 rader av bildeelementer 20 er laget av de samme materialer. Disse egenskapene er klart overlegne sensorene til det europeiske ISO-infrarøde teleskopet  : PHOT C-100 (tilsvarende 70  µm ) som bare har 3 × 3 piksler og C-200 som bare har 2 × 2 piksler. Det observerte feltet er 5 x 5 bueminutter for bølgelengden på 24 mikron, men synker til 0,5 x 6 minutter ved 1600 mikron. 70 mikron detektoren kan produsere et enkelt spektrum mellom 50 og 100 mikron. Instrumentet har bare en bevegelig del: det er et roterende speil som gjør det mulig å kartlegge større deler av himmelen. MIPS detektorer er avkjølt til 1,7 K . 

• Vitenskapelige instrumenter

• IRS-spektrografen etter integrasjonen med MIC-kryogenkammeret.

• MIPS infrarøde kamera før integrasjonen.

• De tre instrumentene integrert i MIC-kryogenkammeret.

Resultater

I løpet av 2010 ble nesten 2000 vitenskapelige publikasjoner publisert basert på observasjoner gjort med Spitzer.

Spitzer-teleskopet gjør det mulig å observere mange fenomener for første gang:

• prosessen med dannelse av planetene  : oppløsningen av støv- og gassskiven og dens konsentrasjon som resulterer i dannelsen av planetene. Observasjoner gjort rundt stjerner som ligner solen i forskjellige faser antyder at støv- og gassskiven som de jordiske planetene stammer fra forsvinner i løpet av noen få millioner år, og at dannelsesprosessen derfor er veldig rask.
• Spitzer kan studere brune dverger som er aborterte stjerner (termonukleær fusjon har ikke startet) på grunn av deres lille størrelse (mindre enn 0,08 ganger solens størrelse), men som avgir i det infrarøde. I følge disse observasjonene presenterer brune dverger som stjerner skiver av støv og gass som derfor kan føde planeter.
• Spitzer observerer over et veldig bredt spekter av bølger som gjør at han kan oppdage veldig forskjellige fenomener i galakser, alt fra atmosfærene til stjerner til kalde interstellare skyer. Denne evnen sammen med et optisk felt på 5 x 5 bueminutter tillater slående bilder av nærliggende galakser som M81.
• Spitzers følsomhet gjør at den kan oppdage galakser som er fjernt med en rød forskyvning på 6, og dukket derfor opp litt under en milliard år etter Big Bang .
• Spitzer observerte infrarøde galakser, stedet for veldig intens stjernedannelse ("  galakser med stjernedannelse sprekker  ") og fremhevet de spesielle tilknyttede prosessene.
• for første gang kan romteleskopet fange opp lyset fra en varm eksoplanet og dermed analysere temperaturvariasjonene på overflaten.
• han observerte for første gang fullerenmolekyler i fast tilstand.

Eksoplaneter

Selv om observasjon av eksoplaneter ikke var blant de opprinnelige målene for Spitzer-oppdraget, gjorde romteleskopet viktige funn på dette feltet takket være dets infrarøde observasjonskapasitet og presisjonen til poengsystemet:

• I Mai 2009, Gir Spitzer det første meteorologiske kartet over en exoplanet ved å markere temperaturvariasjoner på overflaten til gassgigantplaneten 189733b. Observasjonene fremhever også tilstedeværelsen av sterk vind som krysser atmosfæren.
• Spitzer oppdager fem av de syv steinete planetene som kretser rundt stjernen TRAPPIST-1 som en del av en 500-timers observasjonskampanje. Spitzers egenskaper var ideelle for å observere denne stjernen mye kjøligere enn solen vår og bestemme størrelsen og massen til planetene.
• I 2010 lyktes Spitzer i å oppdage en exoplanet som ligger 13.372 lysår unna mye lenger enn alle de som hittil ble oppdaget. Deteksjon utføres ved hjelp av gravitasjonsmikrolinseteknikken ved hjelp av et terrestrisk teleskop.
• Denne teknikken blir brukt igjen ved hjelp av sørkoreanske astronomer for å oppdage en jordstørrelse som dreier seg om en dvergstjerne som ligger 12,7 lysår fra jorden.
• Ved å kombinere data fra Spitzer og Kepler- romteleskopet , er en første kartlegging av skyene til en gigantisk eksoplanet på størrelse med Jupiter etablert. Spitzer bestemte at Kepler-7bs temperatur varierte fra 1100 til 1300 Kelvin og utledet at den vestlige halvkulen var permanent overskyet mens den østlige halvkulen hadde en klar atmosfære.
• En 8-timers observasjon av planeten 55 Cancri bestemte at denne superjordplaneten (dobbelt så stor som jorden) opplever spesielt høye temperaturer. Denne planeten, som gjennomgår en gravitasjonslåsing (det samme ansiktet er alltid vendt mot stjernen), har en overflatetemperatur på 2400  ° C på dagsiden og 1120  ° C på nattsiden. Dette antyder at overflaten er dekket av lava .
• I 2007 fanget Spitzer nok lys fra en eksoplanet til å identifisere tilstedeværelsen av visse molekyler i atmosfæren. Ved hjelp av sekundær formørkelsesteknikk fastslår romteleskopspektrografen at de to gigantiske planetene HD 209458b og HD 189733b var både tørrere og overskyet enn forutsagt. I motsetning til det som var forventet, ble det ikke funnet spor av vann i deres atmosfære. Atmosfæren til HD 209458b inneholder små sandkorn (silikater), hvis tilstedeværelse på en planet av denne typen utgjør en nyhet.
• Spitzer gjorde det mulig å bekrefte og avklare funnene av exoplaneter gjort av andre instrumenter, spesielt Kepler . En 10 Jupiter observasjonskampanje som ble utført i 2015 med romteleskopet Hubble, har fjernet mysteriet om den tilsynelatende mangelen på vann i atmosfæren til disse planetene. Vannet ble faktisk skjult av skyer og tåker.
• Spitzer brukte sine infrarøde evner til å observere støv fra restene av asteroider som kretser rundt seks hvite dverger . Dataene som er samlet inn indikerer at dette støvet inneholder olivin , et materiale som er rikelig på jorden vår. Dette antyder at bestanddeler av jorden vår og andre steinete planeter i solsystemet er vanlige over hele universet, og derfor er steinete planeter også rikelig.
• Spitzer observerer mellom August 2012 og Januar 2013en kraftig økning i mengden støv som er tilstede rundt stjernen NGC 2547-ID8. Dette var uten tvil resultatet av en kollisjon mellom to store asteroider som gir innsikt i den voldsomme prosessen som førte til dannelsen av steinete planeter som jorden.

• Bilder tatt av Spitzers instrumenter

• Den Helix Nebula . Blå: infrarød mellom 3,6 og 4,5 mikron; grønn: mellom 5,8 og 8 mikron; rød: 24 mikron.

• Med klokken fra øverst til venstre: infrarød utsikt over Andromeda-galaksen  ; Herbig-Haro HH- objekt som inneholder en protostjerne  ; flere protostjerner funnet i den mørke kulen IC 1396  ; den Comet Schwassmann-Wachmann 1 .

• Spitzer lar oss oppdage den ytre støvringen som omgir Saturn .

Etterfølgere

I 2009 ble Herschel- satellitten med et 3,5 meter speil lansert, som muliggjorde analyse av lengre bølgelengde infrarøde stråler. NASAs JWST- romteleskop er satt til å ta over i 2021 med et primært speil som har et område femti ganger størrelsen på Spitzer.

Merknader og referanser

Merknader

1. ansiktet til en lav bane satellitt vendt mot jorden, kan nå en temperatur på -23  ° C på grunn av emisjon av infrarød stråling fra jorda.

Referanser

1. (in) "  Spitzer> Historie> Tidlig historie  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 11. mars 2014 )
2. Gehrz et all 2007 , s.  4-5
3. (in) "  Spitzer> History> Recent History  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 11. mars 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 (åpnet 15. mars 2014 )
6. (in) "  Spitzer> Technology> Innovations> Program Management  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 16. mars 2014 )
7. (in) Stephen Clark '  endelige kommando om å deaktivere opplinker NASA Spitzer Telescope  " på spaceflightnow.com ,30. januar 2020
8. (No-US) Stephen Clark , “  NASA uplinks final command to deactivate Spitzer telescope - Spaceflight Now  ” (åpnet 2. februar 2020 )
9. Presentasjon til pressen ved lansering (NASA) 2003 , s.  8
10. (i) "  Hvordan NASAs Spitzer har holdt seg i live så lenge  " , Jet Propulsion Laboratory ,13. juni 2019
11. (in) "  Spitzer> Science  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 11. mars 2014 )
12. (in) "  Spitzer> Science> Stars  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 11. mars 2014 )
13. (in) "  Spitzer> Science> Dying Star  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 11. mars 2014 )
14. (in) "  Spitzer> Science> Disks and Planets  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 11. mars 2014 )
15. (in) "  Spitzer> Science> Galaxies and the Universe's Origins  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 11. mars 2014 )
16. (in) "  Spitzer> Science> Dwarfs and Low Mass Stars  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 22. mars 2014 )
17. (in) "  Spitzer> Science> Giant Molecular Clouds  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 22. mars 2014 )
18. (in) "  Spitzer> Science> Distant Galaxies and Origins of the Universe  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 22. mars 2014 )
19. (in) "  Spitzer> Science> Active Galactic Nuclei (AGN) / Supermassive Black Holes  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 22. mars 2014 )
20. (in) "  Spitzer> Science> Extrasolar Planets  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 22. mars 2014 )
21. (in) "  Spitzer> Technology> Innovations> Clever choice of orbit  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 11. mars 2014 )
22. (in) "  Spitzer> Oppdragsoversikt> Raske fakta  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 15. mars 2014 )
23. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly> The Outer Shell  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 19. mars 2014 )
24. Presentasjon til pressen ved lansering (NASA) 2003 , s.  24
25. Gehrz et all 2007 , s.  3-6
26. (in) "  Spitzer> Technology> Innovations> Store-and-Dump Telemetry  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 15. mars 2014 )
27. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 15. mars 2014 )
28. Presentasjon til pressen ved lansering (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 (åpnet 15. mars 2014 )
31. Fazio 2004 , s.  18-19
32. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly> The Infrared Array Camera (IRAC)  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 15. mars 2014 )
33. Houck 2004 , s.  10-12
34. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly> The Infrared Spectrograph (IRS)  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 15. mars 2014 )
35. Rieke 2004 , s.  25-26
36. (in) "  Spitzer> Technology> The Cryogenic Telescope Assembly> The Multiband Imaging Photometer (MIPS)  " , Jet Propulsion Laboratory (åpnet 15. mars 2014 )
37. (en) MW Werner et al. , “  The Spitzer space telescope mission  ” , Astronomy & Geophysics , vol.  47-6,desember 2006, s.  1-6 ( les online )
38. (in) "  10 ting Spitzer lærte oss om eksoplaneter  " , NASA ,20. januar 2020

Bibliografi

• (en) NASA, "  Mission press presentation (NASA press kit)  " , på jpl.nasa.gov ,august 2003.
• (en) JPL NASA et al. , Spitzer Space Telescope Handbook v 2.1 ,8. mars 2013, 75  s. ( les online ).
• ( fr ) Renee M. Rottner et al. , Gjør det usynlige synlig - A History of the Spitzer Infrared Telescope Facility (1971–2003) , NASA, koll.  “Monografier i romfartens historie; # 47 ",2017, 212  s. ( ISBN  9781626830363 , lest online ).
• (en) RD Gehrz et al. , “  The NASA Spitzer Space Telescope  ” , Review of Scientific Instruments , vol.  78,januar 2007, s.  1-39 ( DOI  10.1063 / 1.2431313 , les online ).
• ( fr ) MW Werner et al. , “  The Spitzer space telescope mission  ” , The Astrophysical Journal Supplement Series , vol.  154,September 2004, s.  1-9 ( les online ).
• ( fr ) MW Werner et al. , "  The Spitzer space telescope  " , Optical Engineering , vol.  51,januar 2012, s.  1-9 ( les online ).
• (en) GG Fazio et al. , “  Det infrarøde array-kameraet (IRAC) for Spitzer-romteleskopet  ” , The Astrophysical Journal Supplement Series , vol.  154,September 2004, s.  10-17 ( les online ).
• (i) JR Houck et al. , “  The infrared spectrpograph (IRS) on the Spitzer space telescope  ” , The Astrophysical Journal Supplement Series , vol.  154,September 2004, s.  18-24 ( les online ).
• (en) GH Rieke et al. , “  Multiband imaging photometer for Spitzer  ” , The Astrophysical Journal Supplement Series , vol.  154,September 2004, s.  25-29 ( les online ).

Se også

Relaterte artikler

• Infrarød astronomi .
• IRAS infrarødt teleskop lansert av NASA i 1983.
• ISO- infrarødt teleskop lansert av European Space Agency i 1995.
• Program for de store observatoriene som Spitzer er en del av.
• JWST (2021) Spitzer-suger
• Herschel (2009) Spitzer's Sucker

Eksterne linker

• (no) Offisielt nettsted
• (en) Arkivering av innsamlede data