Kosmiczny Teleskop Spitzera rozpoczyna etap „Beyond”

Źródło: NASA/JPL-Caltech
Źródło: NASA/JPL-Caltech

Chcąc uczcić zdolność Kosmicznego Teleskopu Spitzera do przesuwania granic nauki i technologii, zajmujący się nim zespół nazwał kolejny etap jego podróży „Beyond” (ang. poza, dalej).

“Spitzer pracuje daleko poza granicami, które zostały wyznaczone na początku misji”, powiedział Michael Werner, naukowiec zajmujący się teleskopem Spitzera w należącym do NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) w kalifornijskiej Pasadenie. „Nigdy nie przypuszczaliśmy, że będziemy pracować 13 lat po starcie, a badacze dokonują odkryć w dziedzinach nauki, o których nie przypuszczaliśmy, że mogą być wspomagane przez ten teleskop.”

Niedawno NASA przyznała misji dwu i pół letnie przedłużenie. Etap Beyond zbada szeroki zakres zagadnień astronomicznych i kosmologicznych, jak również ciała niebieskie w Układzie Słonecznym i poza nim.

Z powodu orbity i wieku teleskopu Spitzara, etap Beyond wiąże się z przeróżnymi nowymi wyzwaniami inżynieryjnymi. Spitzer w swojej podróż wokół Słońca podąża za Ziemią, ale ponieważ porusza się od niej wolniej, odległość pomiędzy nimi z czasem się zwiększa. Oddalanie się Spitzera powoduje, że jego antena musi się znajdować pod większym kątem względem Słońca, aby móc komunikować się z Ziemią, co oznacza, że część urządzeń będzie poddawana wyższym temperaturom. Co więcej, panele słoneczne Spitzera odwracają się od Słońca i dociera do nich coraz mniej światła, więc mogą wystąpić problemy z zasilaniem. Aby umożliwić ten bardziej ryzykowny tryb pracy, zespół zajmujący się misją będzie musiał obejść niektóre autonomiczne systemy zabezpieczeń.

“Poradzenie sobie z tymi problemami na podatnym na ciepło statku kosmicznym będzie trudnym zadaniem, ale inżynierowie ciężko pracują w przygotowaniu na nowe wyzwania etapu Beyond”, powiedział Mark Effertz, główny inżynier misji pracujący dla firmy Lockheed Martin Space Systems Company w Littleton w Kolorado, która wybudowała statek.

Spitzer, który został wysłany w kosmos 25 sierpnia 2003 roku, konsekwentnie dostosowuje się do nowych wymagań naukowych i inżynieryjnych, a zespół zakłada, że będzie to robił nadal podczas etapu Beyond, który rozpocznie się 1 października. Wybrane propozycje badań dla Beyond, znane pod nazwą Cycle 13, dotyczą między innymi obiektów, którymi Spitzer z początku nie miał się zajmować – na przykład galaktyk w młodym wszechświecie, czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej i egzoplanet.

“Gdy Spitzer rozpoczynał pracę, w ogóle nie przyszło nam do głowy, żeby wykorzystać go do badania egzoplanet”, powiedział Sean Carey z Spitzer Science Center NASA w Caltech w Pasadenie. „Wówczas wydawałoby się to absurdem, a teraz jest to istotna część misji.”

Źródło: NASA/JPL-Caltech
Źródło: NASA/JPL-Caltech

Eksploracja planet pozasłonecznych

Spitzer posiada wiele cech, które sprawiają, że jest cennym teleskopem w nauce o egzoplanetach, na przykład niezwykle precyzyjny system wyszukiwania gwiazd czy możliwość kontrolowania niechcianych zmian temperatury. Jego stabilne środowisko i umiejętność obserwowania gwiazd przez dłuższe okresy doprowadziły do pierwszego wykrycia światła ze znanych egzoplanet w 2005 roku. Ostatnio IRAC (Spitzer’s Infrared Array Camera) jest wykorzystany do odnajdywania egzoplanet metodą tranzytu – poszukując delikatnego spadku w jasności gwiazdy, który odpowiada momentowi, gdy planeta porusza się po jej tarczy. Ta zmiana jasności musi być mierzona wyjątkowo precyzyjnie, aby „dostrzec” egzoplanetę. Naukowcy zajmujący się IRAC stworzyli specjalny rodzaj obserwacji, aby zebrać takie dane, wykorzystując pojedyncze piksele na matrycy.

Inną techniką używaną przez Spitzera, dla której nie był on zaprojektowany, jest mikrosoczewkowanie. Gdy gwiazda porusza się przed inną gwiazdą, jej grawitacja zachowuje się jak soczewka sprawiając, że światło z dalszej gwiazdy będzie wydawało się jaśniejsze. Naukowcy wykorzystują mikrosoczewkowanie w poszukiwaniu nagłego spadku tej jasności, co mogłoby oznaczać, że wokół pierwszej gwiazdy orbituje planeta. Spitzer i znajdujący się na ziemi polski OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) zostały wykorzystane, aby odnaleźć jedną z najdalszych planet, jakie znamy, znajdujących się poza Układem Słonecznym, co ogłoszono w roku 2015. Tego rodzaju badania są możliwe dzięki wzrastającej odległości Spitzera od Ziemi i nie mogłyby być przeprowadzone we wcześniejszych etapach misji.

Spoglądając we wczesny wszechświat

Rozumienie wczesnego wszechświata to kolejne zagadnienie, które Spitzer doprowadził do przełomu. IRAC został zaprojektowany, aby wykrywać odległe galaktyki, znajdujące się w odległości około 12 miliardów lat świetlnych od nas, czyli tak daleko, że ich światło było w podróży przez 88% historii wszechświata. Dzięki współpracy pomiędzy Spitzerem i Kosmicznym Teleskopem Hubble’a, naukowcy mogą teraz spojrzeć jeszcze dalej w przeszłość. Najdalsza dostrzeżona galaktyka, GN-z11, została scharakteryzowana w badaniu z 2016 z użyciem tych teleskopów. GN-z11 jest od nas oddalona o około 13,4 miliarda lat świetlnych, co oznacza, że światło jest w podróży od 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

“Gdy projektowaliśmy instrument IRAC, nie wiedzieliśmy, że te najdalsze galaktyki istnieją”, powiedział Giovanni Fazio, główny badacz zajmujący się IRAC, pracujący w Harvard Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge w Massachusetts. „Połącznie Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Spitzera było fantastyczne, bo teleskopy pracowały razem, aby określić odległość, ich masę gwiazdową i wiek.”

Bliżej domu, Spitzer pogłębił naszą wiedzę o Saturnie, gdy naukowcy przy jego użyciu odkryli największy pierścień tej planety w 2009 roku. Większość materiału w tym pierścieniu – składającego się z lodu i pyłu – rozciąga się na obszarze od 6 do 12 milionów kilometrów od Saturna. Choć pierścień nie odbija zbyt wiele światła widzialnego, co sprawia, że trudno go obserwować z teleskopów ziemskich, Spitzer był w stanie wykryć podczerwoną poświatę generowaną przez chłodny pył.

Liczne etapy Spitzera

Spitzer narodził się po raz drugi w maju 2009 roku, rozpoczynając misję ciepłą po wyczerpaniu się płynnego helu, który chłodził urządzenia od sierpnia 2003 roku. Po zakończeniu „zimnej misji” działać przestały Spitzer’s Infrared Spectrograph oraz Multiband Imaging Photometer, ale dwie z czterech kamer w IRAC przetrwały. Od tego czasu dokonał wielu odkryć, pomimo pracy w cieplejszych warunkach (które jak na ziemskie standardy nadał są zimne, bo temperatura wynosi tam -243 stopnie Celsjusza).

“Dzięki współpracy zespołów IRAC oraz Spitzer Science Center, naprawdę nauczyliśmy się, jak pracować z IRAC. I to lepiej, niż myśleliśmy, że nam się uda”, powiedział Fazio. „Teleskop jest też bardzo stabilny i znajduje się na orbicie doskonałej do obserwacji większości nieba.”

Najbliższy etap misji Spitzera, Beyond, będzie trwał do czasu ostatniego etapu budowy Kosmicznego Teleskopy Jamesa Webba, którego umieszczenie na orbicie Słońca jest planowane na październik 2018 roku. Spitzer będzie identyfikował obiekty, które później Webb będzie intensywnie obserwował.

“Jesteśmy podekscytowani tym, że możemy kontynuować misję Spitzera dzięki Beyond. Jesteśmy teraz pewni, że przez następne dwa i pół roku będziemy świadkami fascynujących odkryć”, powiedziała Suzanne Dodd, project manager Spitzera, pracująca w JPL.

JPL kieruje misją Kosmicznego Teleskopu Spitzera dla NASA’s Science Mission Directorate w Waszyngtonie. Operacje naukowe przeprowadzane są w Spitzer Science Center w Caltech w kalifornijskiej Pasadenie. Operacje kosmiczne przeprowadzane są z Lockheed Martin Space Systems Company w Littleton w Kolorado. Dane uzyskiwane są w Infrared Science Archive znajdującym się w Infrared Processing and Analysis Center w Caltech. Caltech kieruje JPL dla NASA.

Źródło: www.spitzer.caltech.edu