Magyar részvétel az ESA Herschel–űrtávcső programjában MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 Magyar részvétel az ESA Herschel–űrtávcső programjában Infravörös Csillagászati Csoport MTA KTM CSKI Kiss Csaba Csizmadia Szilárd, Ábrahám Péter email: pkisscs@konkoly.hu web: http://kisag.konkoly.hu

Az infravörös tartomány William Herschel kísérlete (1738-1822): 1800-ban először figyelt meg egy “láthatatlan” sugárzást a Nap színképében, hőmérő segítségével Infravörös sugárzás: elsősorban “hősugárzás”: minden test a hőmérsékletének megfelelő sugárzást bocsát ki kb. 3000K hőmérséklet alatt a sugárzás nagy része az infravörösbe esik MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 2

Infravörös csillagászat Az infravörös égbolt drámaian különbözik a szabad szemmel láthatótól Infravörösben olyan helyek is láthatóvá válnak, amelyeket látható fényben a por és a gáz elrejt előlünk (pl. csillagkeletkezési helyek, a Tejútrendszer középpontja) Sok “hideg” objektum “láthatatlan” a látható tartományban, de megfigyelhető az infravörösben, pl. hideg csillagok, barna törpék, (kis)bolygók, por csillagok körül (korongok), infravörös galaxisok Az Univerzum tágulásából származó vöröseltolódás miatt a nagyon távoli galaxisok fénye az ultraibolya/látható tartományból az infravörösbe tolódik el, ezek a galaxisok csak az infravörösben tanulmányozhatók MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 3

Milyen hullámhosszakon áteresztő a légkör? A légkör a látható- és a rádió ablakban áteresztő (vizuális- és rádióablak) Közeli infravörösben valamelyest áteresztő a légkör a vízgőz sávok között, de teljesen átlátszatlan közép- és távoli infravörös hullámhosszakon (kb. 20m felett) Ultraibolya, röntgen és gamma hullámhosszakon a légkör teljesen átlátszatlan A nem áteresztő hullámhosszak észleléséhez a légkör fölé kell emelni a mérőeszközöket (ballon, rakéta, űreszköz) MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 4

Infravörös űrcsillagászat 1960-70-es évek: infravörös csillagászat ballonokról és rakétákról; 1974: Kuiper Airborn Observatory 1983: IRAS (Infrared Astronomical Satellite), az égbolt 96%-ának feltérképezése 12, 25, 60 és 100 m-en 1989: COBE (Cosmic Background Explorer); az égi háttér feltérképezése infravörös és mikrohullámú hullámhosszakon 1995: ISO (Infrared Space Observatory); az első igazi infravörös űrobszervatórium, 2.4—200m között működő műszerek 2003: Spitzer Űrtávcső: a 3—180m tartományban működő detektorok, 85cm-es távcsőtükör, 2,5—5 év várható élettartam MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 5

MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu A Herschel űrtávcső A fellövés várható időpontja: 2007 augusztus Az aktív mérési időszak vége: 2010-2011 Felbocsátó eszköz: Ariane 5 Pálya: Lissajous görbe a Föld-Hold rendszer L2 pontja körül A Herschel főbb tanulmányozandó tudományos céljai: Galaxis-keletkezés és fejlődés a korai Univerzumban Csillagkeletkezés és hatása a csillagközi anyagra Kémiai folyamatok bolygók, holdak és üstökösök felszínén/légkörében A Világegyetem kémiájának vizsgálata MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 6

A Herschel űrtávcső pályája A Herschel nem földkörüli pályán kering, hanem a Föld- Hold—Nap rendszer L2 pontjáig kell utaznia Sok szempontból sokkal stabilabb hely, mint egy földkörüli pálya (pl. sugárzási tér) Lissajous görbe az L2 pont körül: kvázi-kaotikus pálya, de a Herschel élettartamára a pálya jól megjósolható MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 7

MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu A Herschel űrtávcső Felbocsátás a Planck űreszközzel együtt Tükör: 3.3m hasznos átmérő (3,6m valódi, a valaha épített legnagyobb űrtávcső-tükör) Tükör anyaga: szilícium-karbid (SiC, rendkívül könnyű, extrém kicsi hőtágulás és nagy mechanikai szilárdság), speciális alumínium bevonattal Nincsen fedélzeti fókuszálási lehetőség Tükör hűtése: passzív hűtés (kb. 80K), emiatt a jelet a meleg tükör hátterén kell mérnie (jel/háttér kb. 1/1000 a legfényesebb égi objektumokra) A detektorok 1K alatti hőmérsékleteken működnek MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 8

A Herschel infravörös és szubmilliméteres űrtávcső műszerei PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer) Leképező fotométer (75, 110, 175m) Közepes felbontású spektrométer (55-210m, max. kb. /≈1/1000) SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Reciever) Leképező fotométer (250, 350, 500m) Leképező Fourier spektrométer HIFI (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared) Nagyon nagy felbontású spektrométer MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 9

Magyar részvétel a Herschel programmban MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport Finanszírozás: ESA PECS programjából Jelenleg 2004. szeptember 1.-től 2007 december 31-ig. Összesen 8 ember-év Folytatása a megelőző ISO-alapú programoknak (2000 óta) Munkaterületek: Herschel konfúziós zaj modell Részvétel a PACS műszer kalibrációjában MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 10

A Herschel konfúziós zaj modell Koordinátor: Herschel Science Center (ESTEC, Noordwijk) Tudományos koordináció: MTA KTM CSKI (Kiss Cs.) Együttműködők: ESTEC (R. Vavrek, T. Prusti) NASA Spitzer / Herschel Science Center (B. Bhattacharya) Infrared Processing and Analysis Center (B. Schulz) Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (Th. Müller) ELTE TTK Csillagászati Tanszék (Pál A.) Jelenlegi állapot: A HCNE prototípus készen van, 2006 februárjáig beépítésre kerül a HSPOT-ba. A konfúziós zaj különböző komponenseit leíró adatbázisok (extragalaktikus, cirrusz, kisbolygó) feltöltése folyamatosan történik MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 11

MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu Konfúziós zaj Konfúziós zaj: bizonytalanság egy forrás fényességének meghatározás-ában az égi háttér egyenetlenségei miatt A konfúziós zaj határ abszolút határ, a mérést nem lehet javítani hosszabb integrációs idővel (mint pl. a fotonzaj, vagy a műszerzaj esetében) A konfúziós zaj erőssége függ a háttér szerkezetétől: Csillagközi anyag: fraktál Extragalatikus háttér: Poisson-eloszlás MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 12

A Herschel konfúziós zaj modell MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 13

A Herschel konfúziós zaj modell: cirrusz konfúzió MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 14

A Herschel konfúziós zaj modell: kisbolygók Statisztikus kisbolygó modell (SAM--I, Tedesco et al., 2005) Kisbolygóöv, 15 család, 1.9 millió szimulált kisbolygó, adott méret- és albedo-eloszlással, + kb. 10000 ismert aszteroida Kiszámoljuk mindenkori helyzetüket, és fényességüket 200 hullámhosszon (50 és 800 m között), ebből az égbolt adott helyén adott pillanatban meghatározható az ebből származó konfúziós zaj MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 15

Részvétel a PACS műszer kalibrációjában Koordinátor: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Németország (PACS PI intézet) Feladatok: Fotométer és spektrométer tesztek elvégzése és kiértékelése A fotométer hűtési körfolyamatának elemzése Kalibrációs források kalibrációja Ge:Ga detektorok beállítási tesztjei Hideg kiolvasó elektronika tesztjei Csillagászati mérési módok tesztjei Megfigyelői kézikönyv szerkesztése MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 16

Részvétel a PACS műszer kalibrációjában MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 17

Hűtőszekrény –273˚C-on - I Hagyományos hűtőszekrény működése: 1.) A kompresszor összenyomja a gázt; megnő a nyomás és a hőmérséklet; a keletkező hőt elvezetjük a környezetbe 2.) Ahogyan a gáz hűl, folyadékká kondenzálódik, és keresztülfolyik a tágulási szelepen 3.) A folyadék alacsony nyomású területre jut, ahol kiterjed és elpárolog, amihez hőt von el a környezetétől 4.) a környezet is lehűl, a hőcsere miatt a hőmérséklet lassan emelkedik, majd a körfolyamat újra indul MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 18

Hűtőszekrény –273˚C-on - II Ammónia, vagy hasonló anyagok helyett más kell: N 77K-ig jó, 4He kb. 4K-ig (2.17K-en szuperfolyékonnyá válik) 3He: a hélium ritka izotópja, ami csak 1mK-en lesz szupravezető, kb. 0.25K-t lehet elérni vele (1liter folyékony 3He ~100000USD) Még alacsonyabb hőmérsékletek eléréséhez 4He/3He keveréket használnak (kb. 0.02K-ig) MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 19

Hűtőszekrény –273˚C-on - III Hűtési folyamat: a fotométer-fókuszsík berendezései 0.3K alá hűlnek Ezt a hőmérsékletet a berendezés kb. 46-48 óráig tudja tartani, ezután újabb hűtési folyamat szükséges MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 20

http://kisag.konkoly.hu További információk: MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézete Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu