Magyar részvétel az ESA Herschel–űrtávcső programjában

Az előadások a következő témára: "Magyar részvétel az ESA Herschel–űrtávcső programjában"— Előadás másolata:

1 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 web:

2 Az infravörös tartomány
William Herschel kísérlete ( ): 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 2

3 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 3

4 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 4

5 Infravörös űrcsillagászat
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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 5

6 MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport http://kisag.konkoly.hu
A Herschel űrtávcső A fellövés várható időpontja: 2007 augusztus Az aktív mérési időszak vége: 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 6

7 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 7

8 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 8

9 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 9

10 Magyar részvétel a Herschel programmban
MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport Finanszírozás: ESA PECS programjából Jelenleg 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 10

11 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 11

12 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 12

13 A Herschel konfúziós zaj modell
MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 13

14 A Herschel konfúziós zaj modell: cirrusz konfúzió
MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 14

15 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 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 15

16 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 16

17 Részvétel a PACS műszer kalibrációjában
MTA KTM CSKI Infravörös Csillagászati Csoport MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 17

18 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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 18

19 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 K-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 MÜI Ifjúsági Fórum, 2005 19

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

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