Melegszik a leghidegebb űrtávcső

Egy év múlva kifogy a hűtőfolyadék a Herschel-űrtávcsőből. Az abszolút nulla fok környékén üzemelő műszer olyan helyszíneket mutatott meg a Világegyetemben, ahova korábban nem sikerült bepillantani.

Majdnem az abszolút nulla fok környékén üzemel a világ jelenlegi legpontosabb infravörös detektora. A bolygónktól 1,5 millió kilométerre keringő Herschel-űrtávcső olyan helyszíneket mutatott meg a Világegyetemben, ahova korábbi műszerekkel, illetve egyéb hullámhosszakon figyelve nem sikerült bepillantani.

Az elmúlt napokban hivatalosan is bejelentették, hogy már csak egy éve lehet hátra az űreszköznek, ugyanis 100 kilogramm alá csökkent a rendszerében lévő folyékony hélium mennyisége. A hűtőfolyadéknak használt hélium nélkül pedig elveszíti különleges érzékenységét.

A leghidegebb égitestek megfigyelése

Az Európai Űrügynökség (ESA) 2009-ben bocsátotta fel a Herschel-űrtávcsövet. A műszer a Föld felszínéről nem vagy csak alig tanulmányozható hullámhosszakon korábban nem látott objektumokat figyelt meg, és sok távoli objektumról a korábbinál részletesebb képet rajzolt.

A Herschel a Világegyetem leghidegebb égitestjeit is képes elemezni a 3,5 méter átmérőjű tükrével összegyűjtött sugárzás révén. Olyan érdekes objektumokat is megfigyel, mint a sűrű csillagközi felhők belső területei, ahol új égitestek születnek. Itt a csillagokkal együtt bolygók is kialakulnak, valamint olyan összetett molekulák is születnek, amelyek az élet kialakulását megelőző, úgynevezett prebiotikus folyamatokban játszhatnak szerepet.

Ennyivel jobb az európai Herschel (jobbra) az amerikai Spitzer (balra) űrtávcsőnél. A különbségért főleg a nagyobb átmérő a felelős (NASA/JPL-Caltech/SINGS, ESA, PACS Consortium)

A szonda bolygónktól mintegy 1,5 millió kilométerre található, az egyik úgynevezett Lagrange-féle librációs pontban. Innen megfigyelését alig zavarja a Föld, amely az égboltnak csak kis részét takarja ki. A Herschel képes azokat a hullámhosszakat megfigyelni, amelyeket a bolygónk légkörében lévő vízgőz alig enged át, ezért az ilyen megfigyelések ideálisan Föld körüli pályáról végezhetők.

A leghidegebb és legpontosabb detektor

A műszerek rendkívüli érzékenységének elérésében az alacsony üzemelési hőmérséklet segít: az űrtávcső detektorait működés közben abszolút nulla fok körüli hidegre hűtik közel 2000 liter folyékony héliummal. Emellett néhány további eljárás is segíti, hogy a PACS (Photodetecting Array Camera and Spectrometer) és a SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver) érzékelők hőmérséklete állandóan 0,3 kelvin, tehát az abszolút zéró felett mindössze háromtized fokkal legyen. A napsugárzástól és a Föld felől érkező zavaró fényektől egy pajzs védi a szondát, ezen kaptak helyet a napelemek is.

Az űrtávcsövet az állandó napfénytől egy fóliával könnyű megvédeni, ugyanakkor sok alkatrésznek túl alacsony lenne a világűr hidege, ezért néhány egységet a detektornál melegebb állapotban kell tartani. Az érzékelő hűtése viszont az érzékenység és pontosság növeléséhez kell, minél alacsonyabb ugyanis az üzemelési hőmérséklet, annál kisebb a zajszint és gyengébb jel is kimutatható.

A Herschel-űrtávcső pályája az L2 jelű Lagrange-pont körül és a jellemző távolságok a Föld-Hold-Nap rendszerben

Az űrtávcsövet üzemeltető kutatók szerint a műszerből a folyékony hélium 2013 február-márciusa környékén fogy majd el (a detektort hűtő hélium ugyanis felmelegszik és elpárolog), tehát az űreszköz addig folytathatja pontos megfigyeléseit.

Magyar közreműködés

A Herschel-űrtávcső programjában az Magyar Tudományos Akadémia Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének (Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont) Infravörös Csillagászati Csoportja is részt vesz a Magyar Űrkutatási Iroda és az Európai Űrügynökség nemzetközi együttműködést szabályozó, úgynevezett PECS programjának, valamint az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok támogatásával. A szakemberek a 2007-ig tartó előkészítő fázisban az űrteleszkóp Herschel Konfúziós Zaj Modelljét fejlesztették, amely csökkenti az égi háttér által létrehozott bizonytalanságot a mérésekben.

A munka során beépítették az észlelők által használandó HSPOT (Herschel Observation Planning Tool) nevű alkalmazást a megfigyeléseket tervező programcsomagba. Tesztelték továbbá a PACS műszert, a Herschel infravörös képalkotó fotométerének és spektrográfjának földi példányát. Elsősorban azt vizsgálták, milyen hatással vannak a hőmérsékletváltozások a detektor szolgáltatta adatokra és azok pontosságára. A szakemberek jelenleg a távcső méréseinek kiértékelésében működnek közre.

Film a Herschel-űrtávcső pályára állásáról (ESA)

A Herschel-űrtávcső legfontosabb felfedezései

Az elmúlt három évben sok érdekes megfigyelés és felfedezés kapcsolódott az űrtávcsőhöz, ezek többsége más műszerekkel nem is lett volna elérhető.

• 2011-ben első alkalommal sikerült molekuláris oxigént kimutatni a csillagközi térben. Az anyag fontos szerepet játszhat a kémiai átalakulásokban.
• A TW Hydrae fiatal csillag körüli anyagkorongban vízgőzt mutatott ki a Herschel. A mérések során az itt születő bolygórendszerben a földi óceánok vízmennyiségének közel fél százaléka mutatkozott. A molekulák feltehetőleg az anyagszemcsék felszínéről szabadulnak fel, és becslések szerint a teljes mennyiségük a korongban több ezerszerese lehet a földi óceánokénak.
• A Napunkhoz hasonló, de sokkal fiatalabb EX Lupi csillag megfigyelése során sikerült azonosítani azt a fázist az anyag fejlődésében, amelynek során a csillagközi térben még amorf szerkezetű szilikátszemcsék a születő csillag körüli korongban, az ott fellépő hőhatás nyomán kristályos szerkezetűvé alakulnak. A kutatómunka eredményéről Ábrahám Péter vezetésével, több magyar szakember közreműködésével született cikk a Nature folyóiratban.
• Az űrtávcsővel a 103P/Hartley 2 üstökösnél sikerült pontosan kimérni a deutérium/hidrogén arányát. Míg korábban általában az üstökösöket tartották a Földre vizet hozó objektumoknak, addig az elmúlt évek során a kisbolygók kerültek előtérbe. A Herschel rámutatott, hogy a helyzet ennél bonyolultabb Léteznek ugyanis olyan kométák, amelyekben az izotópok aránya megegyezik a Földön megfigyelttel - tehát egykor ezek is hozhattak vizet a Földre.
• A Herschel mérései alapján megállapították, hogy az Enceladus holdról kilövellt vízmolekulák egy része a Szaturnusz és a Titan hold légkörébe jut. Ennek lebomlásával oxigén keletkezik, amely agresszív kémiai anyagként jelentősen befolyásolhatja az ott zajló kémiai folyamatokat.
• Kimutatták, hogy a Nagy Magellán-felhőben, a Tejútrendszer kísérőgalaxisában 1987-ben fellángolt szupernóva (SN 1987A) sok port szórt szét robbanása révén. A hasonló robbanások fontos szerepet játszhatnak a csillagközi anyag porral történő gazdagításában.
• A Herschel ismeretlen eredetű, torzult anyaggyűrűt azonosított a Tejútrendszer belső vidékén. A sűrű csillagközi molekulafelhőkből álló alakzat tömege közel 30 milliószorosa a Napénak, és eredetét eddig nem sikerült megfejteni.
• Az űrtávcső mérései alapján a Neptunuszon túli apró égitestek felszíne részben foltosnak tűnik, és metán is előfordul rajtuk jég formájában. A Haumea törpebolygóról kimutatták, hogy háromtengelyű forgási ellipszoid alakot mutat, és a felszínén nincsen a holdi regolithoz hasonló törmeléktakaró.

A Herschel-űrtávcső működése

A Herschel-űrtávcső összességében több olyan csillagkeletkezési régió belső szerkezetét figyelte meg, amelynél más módszerekkel nem azonosítható részletek mutatkoztak, az eredmények pedig közelebb vittek a csillag- és ezzel együtt a bolygókeletkezés folyamatának jobb megértéséhez. A Herschelhez hasonló mérésekre lesz majd képes a részben szintén az infravörös tartományban vizsgálódó James Webb űrtávcső is, amely a tervek alapján 2016-ban startol.