Operacje rozpoczynają odmrażanie wizji Euclid
Kilka warstw lodu wodnego - o szerokości nici DNA - zaczyna wpływać na widzenie Euclid; jest to powszechny problem dla statków kosmicznych w mroźnym kosmosie, ale potencjalny problem dla tej bardzo wrażliwej misji, która wymaga niezwykłej precyzji, aby zbadać naturę ciemnego Wszechświata. Po miesiącach badań, zespoły Euclid z całej Europy testują obecnie nowo opracowaną procedurę odladzania optyki misji. W ostatnich miesiącach, podczas dostrajania i kalibracji instrumentów Euclid po uruchomieniu i przygotowaniach do rozpoczęcia pierwszego badania misji, eksperci ds. operacji naukowych zauważyli niewielki, ale postępujący spadek ilości światła mierzonego z gwiazd obserwowanych wielokrotnie za pomocą instrumentu widzialnego (VIS).
Euclid doświadcza powszechnego problemu, z którym borykają się statki kosmiczne po dotarciu w przestrzeń kosmiczną: woda wchłonięta z powietrza podczas montażu na Ziemi jest teraz stopniowo uwalniana z niektórych elementów statku kosmicznego, odrywana przez próżnię kosmiczną.
W lodowatym zimnie nowego środowiska Euclid, te uwolnione cząsteczki wody mają tendencję do przyklejania się do pierwszej powierzchni, na której wylądują - a kiedy wylądują na bardzo czułej optyce misji, mogą powodować kłopoty.
"Porównaliśmy światło gwiazd docierające przez instrument VIS z zarejestrowaną jasnością tych samych gwiazd we wcześniejszych okresach, widzianych zarówno przez Euclid, jak i misję ESA Gaia" - wyjaśnia Mischa Schirmer, naukowiec zajmujący się kalibracją konsorcjum Euclid i jeden z głównych projektantów nowego planu odladzania.
"Niektóre gwiazdy we Wszechświecie różnią się jasnością, ale większość jest stabilna przez wiele milionów lat. Tak więc, gdy nasze instrumenty wykryły słaby, stopniowy spadek ilości docierających fotonów, wiedzieliśmy, że to nie one - to my."
Zawsze spodziewano się, że woda może stopniowo gromadzić się i zanieczyszczać wizję Euklidesa, ponieważ bardzo trudno jest zbudować i wystrzelić statek kosmiczny z Ziemi bez wkradania się do niego części wody z atmosfery naszej planety.
Z tego powodu wkrótce po starcie przeprowadzono "kampanię odgazowywania", podczas której teleskop został ogrzany przez pokładowe grzejniki, a także częściowo wystawiony na działanie Słońca, sublimując większość cząsteczek wody obecnych w momencie startu na lub w pobliżu powierzchni Euclida. Znaczna część jednak przetrwała, wchłaniając się w wielowarstwową izolację, a teraz jest powoli uwalniana w próżni kosmicznej.
Po ogromnej ilości badań - w tym badań laboratoryjnych nad tym, jak maleńkie warstwy lodu na powierzchniach luster rozpraszają i odbijają światło - oraz miesiącach kalibracji w kosmosie, zespół ustalił, że kilka warstw cząsteczek wody jest prawdopodobnie zamrożonych na lustrach w optyce Euclid. Prawdopodobnie o grubości zaledwie kilku do kilkudziesięciu nanometrów - co odpowiada szerokości nici DNA - jest to niezwykłe świadectwo czułości misji, że wykrywa tak małe ilości lodu.
Podczas gdy obserwacje i badania Euclid są kontynuowane, zespoły opracowały plan zrozumienia, gdzie lód znajduje się w układzie optycznym i złagodzenia jego wpływu teraz i w przyszłości, jeśli nadal będzie się gromadził.
"Złożona misja wymaga zjednoczonej reakcji zespołów z całej Europy i jestem niesamowicie wdzięczny za wysiłek i umiejętności, które tak wielu włożyło w to" - mówi Ralf Kohley, naukowiec operacyjny instrumentu Euclid, który koordynował reakcję.
"Wymagało to pracy zespołów w centrum technicznym ESA ESTEC w Holandii, centrum operacji naukowych ESAC w Madrycie i zespołu kontroli lotu w kontroli misji ESOC w Darmstadt - ale nie moglibyśmy tego zrobić bez konsorcjum Euclid i krytycznego wkładu, jaki otrzymaliśmy od głównego wykonawcy statku kosmicznego Thales Alenia Space i jego partnera przemysłowego Airbus Space."
Najprostszą opcją byłoby zastosowanie procedury dekontaminacji opracowanej na długo przed startem i podgrzanie całego statku kosmicznego. Zespoły w kontroli misji wysyłałyby polecenia włączenia każdego pokładowego grzejnika na kilka dni, powoli zwiększając temperaturę z około -140 ° C do, w niektórych częściach statku kosmicznego, "balsamicznych" -3 ° C.
Działanie to oczyściłoby optykę, ale także podgrzałoby całą mechaniczną strukturę statku kosmicznego. Gdy większość materiałów się nagrzewa, rozszerzają się i niekoniecznie wracają do dokładnie tego samego stanu po tygodniowym schłodzeniu, co oznacza potencjalnie subtelną różnicę w wyrównaniu optycznym Euclida. Nie jest to możliwe w przypadku tak wrażliwej misji, w której zmiana temperatury o zaledwie ułamek stopnia może mieć wpływ na optykę, wymagając co najmniej kilku tygodni dokładnej ponownej kalibracji.
"Większość innych misji kosmicznych nie ma tak wysokich wymagań dotyczących "stabilności termooptycznej" jak Euclid" - wyjaśnia Andreas Rudolph, dyrektor lotu Euclid w kontroli misji ESA.
"Aby zrealizować naukowe cele Euclid, jakimi jest stworzenie trójwymiarowej mapy Wszechświata poprzez obserwację miliardów galaktyk w odległości do 10 miliardów lat świetlnych, na ponad jednej trzeciej nieba, musimy utrzymywać misję niezwykle stabilną - w tym jej temperaturę. Aby ograniczyć zmiany termiczne, zespół rozpocznie od indywidualnego ogrzewania części optycznych statku kosmicznego o niskim ryzyku, znajdujących się w obszarach, w których uwolniona woda prawdopodobnie nie zanieczyści innych instrumentów lub optyki. Zaczną od dwóch luster Euclid, które można ogrzać niezależnie. Jeśli utrata światła będzie się utrzymywać i zacznie mieć wpływ na naukę, będą kontynuować rozgrzewanie innych grup luster Euclid, sprawdzając za każdym razem, jaki procent fotonów odzyskują.
Niewielkie ilości wody będą nadal uwalniane w Euclid przez cały czas trwania misji, więc potrzebne jest długoterminowe rozwiązanie, aby regularnie odladzać jego optykę bez zajmowania zbyt cennego czasu misji - Euclid ma sześć lat na ukończenie badania.
"VIS będzie mierzył słabe soczewkowanie grawitacyjne - jak materia we Wszechświecie zbija się razem pod wpływem grawitacji, gdy Wszechświat się rozszerza - i aby to zrozumieć, im więcej galaktyk obserwujemy, tym lepiej", wyjaśnia Reiko Nakajima, naukowiec zajmujący się instrumentem VIS.
"Odladzanie powinno przywrócić i zachować zdolność Euclid do zbierania światła z tych starożytnych galaktyk, ale po raz pierwszy wykonujemy tę procedurę. Mamy bardzo dobre przypuszczenia co do tego, do której powierzchni przylega lód, ale nie będziemy pewni, dopóki tego nie zrobimy."
Mischa podsumowuje: "Kiedy już wyizolujemy dotknięty obszar, mamy nadzieję, że w przyszłości będziemy mogli po prostu ogrzać tę odizolowaną część statku kosmicznego w razie potrzeby. To, co robimy, jest bardzo złożone i drobnoziarniste, dzięki czemu możemy zaoszczędzić cenny czas w przyszłości - jestem niezwykle podekscytowany, aby dowiedzieć się, gdzie gromadzi się ten lód wodny i jak dobrze nasz plan zadziała."
Mimo tego, jak powszechny jest ten problem zanieczyszczenia dla statków kosmicznych działających w niskich temperaturach, jest zaskakująco mało opublikowanych badań na temat tego, jak dokładnie lód tworzy się na zwierciadłach optycznych i jaki jest jego wpływ na obserwacje. Euklides może nie tylko ujawnić naturę ciemnej materii, ale także rzucić światło na kwestię, która od dawna nęka nasze wędrujące oczy w kosmosie, spoglądające w dół na Ziemię i na cały Wszechświat.
Uwagi dla redaktorów Dalsza lektura: Przygotowanie Euklidesa - XXIX. Lód wodny w statkach kosmicznych Część I: Fizyka powstawania lodu i zanieczyszczeń
Ta strona została już polubiona, można ją polubić tylko raz!
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
