Kā Spitzer kļuva par planētu pētnieku
Publicēts: 4.10.2013
NASA Spitzer teleskops darbojas jau desmit gadus. No observatorijas, kas pēta zvaigžņu dzimšanas vietas, galaktikas un jaunveidotās planētu sistēmas, šis ilgdzīvotājs ir uzsācis darbu sfērā, kura sākotnējo uzdevumu sarakstā nebija iekļauta. NASA Spitzer teleskops turpmāk pētīs pasaules, kas riņķo ap citām zvaigznēm jeb tā dēvētās citplanētas.
"Kad Spitzer startēja 2003. gadā, ideja, ka mēs to varētu izmantot citplanētu pētīšanai, šķita tik traka, ka neviens to pat neapsvēra," atcerējās Šīns Kerijs no NASA Spitzer Zinātnes centra. "Tagad citplanētu izpēte ir šī teleskopa pamatnodarbošanās."
Spitzer teleskops Visumu vēro infrasarkano staru diapazonā. Šie viļņi viegli iet cauri kosmiskajai gāzei un putekļiem, ļaujot zinātniekiem ielūkoties zvaigžņu dzimšanas vietās, galaktiku centros un jaunveidotajās planētu sistēmās.
Šī Spitzer spēja tiek izmantota arī citplanētu pētījumos. Kad planēta šķērso zvaigznes disku, tā bloķē nelielu daļu zvaigznes gaismas. Šie miniatūrie aptumsumi palīdz noteikt planētu izmērus.
Tā kā citplanētas izstaro infrasarkano gaismu, šo informāciju, kas tiek iegūta ar Spitzer teleskopa palīdzību, iespējams izmantot, lai pētītu citplanētu atmosfēras sastāvu. Planētai riņķojot ap zvaigzni, pret Spitzer kamerām ir pavērsti dažādi planētas reģioni. Kopējā infrasarkanā starojuma daudzuma izmaiņas palīdz noteikt planētas klimatiskos apstākļus. Spožuma izmaiņas, planētai rotējot ap zvaigzni, var tikt izmantotas, lai aprēķinātu planētas temperatūru.
Zvaigžņu un planētu veidošanās putekļainie reģioni ir bijuši Spitzera pētījuma objekti jau kopš pašiem teleskopa ieceres pirmsākumiem. Savukārt darbs ar citplanētām prasīja nodrošināt tādu jutības līmeni, kas būtiski pārspēja sākotnējās tehniskās prasības.
Darbs pie teleskopa tehniskā dizaina tika pabeigts 1996. gadā, kad ar tranzīta metodi atklātas citplanētas vēl nebija kļuvušas par realitāti. Citplanētu pētīšana infrasarkano staru diapazonā tika uzskatīta par neiespējamu, jo neviens no agrāk izstrādātajiem instrumentiem nebija ne tuvu tik precīzs, cik nepieciešams.
Spitzer spēja kontrolēt nevēlamas temperatūras svārstības, kā arī zvaigžņu mērķēšanas sistēmas precizitāte būtiski pārsniedza tehniskās prasības. Abi šie faktori tad arī ļāva pārveidot Spitzer teleskopu par ļoti precīzu instrumentu, kuru var izmantot citplanētu pētīšanai.
Fakts, ka Spitzer joprojām spēj darboties, ir inženieru un zinātnieku inovatīvās domāšanas un darba auglis. Spitzer sistēmā esošais dzesētājs varēja nodrošināt trīs zinātniskajiem instrumentiem nepieciešamo temperatūru vismaz divus ar pusi gadus. Tā vietā "aukstā" misija ilga piecus ar pusi gadus.
Tomēr ar dzesētāja izbeigšanos Spitzer darbs netika pārtraukts. Inženieri bija izveidojuši rezerves variantu. Pasīva dzesēšanas sistēma nodrošināja vienai no infrasarkano staru kameru sistēmām nepieciešamo zemo temperatūru (-244 grādi pēc Celsija). Tādejādi šī kameru sistēma turpināja darboties, nodrošinot misijas "silto" pagarinājumu.
Lai nodrošinātu zemo temperatūru, Spitzer teleskopa puse, kura ir vērsta prom no Saules, ir nokrāsota melna, tādejādi veicinot maksimālu siltuma atdevi. Savukārt Saules puse ir pārklāta ar ļoti atstarojošu materiālu, kas atstaro no Saules un Saules paneļiem saņemto siltumu. Spitzer bija pirmais infrasarkano staru teleskops, kur tika izmantots šāds inovatīvs risinājums.
Spitzer pārtapšanai par citplanētu spiegu bija nepieciešamas modifikācijas, kuras bija jāveic jau tad, kad teleskops atradās tālu ārpus cilvēka sniedzamības robežām.
Neskatoties uz to, ka teleskops bija ļoti stabils, tika novērotas nelielas svārstības, pavēršot pret konkrētu zvaigzni, kā arī tika novērotas niecīgas spožuma svārstības, zvaigznei virzoties pāri kameras atsevišķiem pikseļiem. Abu šo faktoru savienojums radīja periodiskas zvaigznes spožuma svārstības, kas būtiski apgrūtināja citplanētu tranzīta pētījumus.
Lai risinātu šos jautājumus, vispirms inženieri meklēja svārstību avotu. Viņi atklāja, ka teleskopa drebēšana ir cikliska, kas izrādījās ir saistīts ar sildītāju, kas periodiski ieslēdzas, lai uzturētu akumulatora temperatūru. Sildītājs izraisīja teleskopa struktūras deformācijas, kuras bija novērojamas kā nelielas svārstības zvaigznes pozicionēšanas laikā.
2010. gada oktobrī inženieri secināja, ka temperatūras uzturēšanai nepieciešams mazāks siltuma daudzums, tādejādi šīs svārstības izdevās samazināt uz pusi.
Tomēr iegūtais rezultāts joprojām neapmierināja zinātniekus un inženierus. 2011. gada septembrī viņi modificēja Spitzer pozicionēšanas kontroles sensoru. Šī kamera tika izmantota aukstajā misijas daļā, lai infrasarkano gaismu novadītu pa taisno uz spektrometru un tādejādi veiktu regulāro pozicionēšanas kalibrēšanu. Skatoties uz konkrētu objektu, teleskops nedaudz svārstās šurpu turpu. Tā kā šo nevēlamo parādību nevar novērst, iespēja kontrolēt starojuma nokļūšanu kamerā ir nepieciešama, lai iegūtu precīzus mērījumus.
Pozicionēšanas kameras izmaiņas nebija pēdējais darbs, pie kā pieķērās inženieri. Viņi veica katra kameras pikseļa rūpīgu izpēti. Tādejādi izdevās atrast apgabalu, kurā iegūtie mērījumi bija visprecīzākie. Aptuveni 90% no Spitzer veiktajiem citplanētu mērījumiem ir precīzi nomērķēti ne tikai konkrētā kameras apgabalā, bet pat konkrētā pikseļa reģiona līmenī.
"Mēs varam izmantot pozicionēšanas kameru, lai gaismu precīzi novirzītu kamerā, uz vislabāko pikseļa daļu," paskaidroja Kerijs. "Jūs novirzat gaismu uz pareizo punktu un ļaujat Spitzer skatīties."
Šie trīs sasniegumi - sildītāja modifikācijas, pozicionēšanas kameras uzdevumu maiņa un katra individuālā pikseļa izpēte, vairāk nekā uz pusi palielināja Spitzer stabilitāti un spēju precīzi pozicionēties, nodrošinot citplanētu izpētei nepieciešamo precizitāti.
"Pateicoties šīm modifikācijām, Spitzer ir pārtapis par citplanētu izpētes teleskopu," noslēdza Kerijs. "Mēs ceram sagaidīt daudz vērtīgu datu no Spitzer."
The Spitzer Space Telescope
Komentāri
