Rentgenová observatoř Chandra - Chandra X-ray Observatory

Rentgenová observatoř Chandra
Chandra artist illustration.jpg
Ilustrace Chandra
JménaAdvanced X-ray Astrophysics Facility (AXAF)
Typ miseRentgenová astronomie
OperátorNASA  / SAO / CXC
ID COSPARU1999-040B
SATCAT Ne.25867
webová stránkahttp://chandra.harvard.edu/
Trvání misePlánováno: 5 let
Uplynulý: 21 let, 4 měsíce, 13 dní
Vlastnosti kosmické lodi
VýrobceTRW Inc.
Odpalovací mše5 860 kg (12930 lb)[1]
Suchá hmota4 790 kg (10 560 lb)[1]
RozměryNasazeno: 13,8 × 19,5 m (45,3 × 64,0 ft)[2]
Uložené: 11,8 × 4,3 m (38,7 × 14,0 ft)[1]
Napájení2 350 W[2]
Začátek mise
Datum spuštění23. července 1999, 04:30: 59,984 (1999-07-23UTC04: 30: 59) UTC[3]
RaketaRaketoplán Columbia (STS-93 )
Spusťte webKennedy LC-39B
Orbitální parametry
Referenční systémGeocentrický
RežimVysoce eliptické
Poloviční hlavní osa80 795,9 km (50 204,2 mil)
Excentricita0.743972
Perigeová nadmořská výška14 307,9 km (8 890,5 mil)
Apogee nadmořská výška134 527,6 km (83 591,6 mil)
Sklon76.7156°
Doba3809,3 min
RAAN305.3107°
Argument perigeu267.2574°
Střední anomálie0.3010°
Střední pohyb0,3780 ot / den
Epocha4. září 2015, 04:37:54 UTC[4]
Revoluce Ne.1358
Hlavní dalekohled
TypWolter typ 1[5]
Průměr1,2 m (3,9 stopy)[2]
Ohnisková vzdálenost10,0 m (32,8 ft)[2]
Sběratelská oblast0,04 m2 (0,43 čtverečních stop)[2]
Vlnové délkyrentgen: 0.12–12 nm (0.1–10 keV )[6]
Rozlišení0,5 oblouku[2]
← Compton
Spitzer  →
 

The Rentgenová observatoř Chandra (CXO), dříve známý jako Pokročilé rentgenové astrofyzikální zařízení (AXAF), je Vlajková loď vesmírný dalekohled vypuštěn na palubu Raketoplán Columbia v době STS-93 podle NASA 23. července 1999. Chandra je citlivá na rentgenové zdroje stokrát slabší než jakýkoli předchozí rentgenový dalekohled, což umožňuje vysoké úhlové rozlišení jeho zrcadel. Protože Atmosféra Země pohlcuje drtivou většinu Rentgenové záření, nejsou detekovatelné ze Země dalekohledy; proto jsou k provádění těchto pozorování zapotřebí vesmírné dalekohledy. Chandra je Země satelit na 64hodinové oběžné dráze a jeho mise pokračuje od roku 2020.

Chandra je jednou z Velké observatoře, spolu s Hubbleův vesmírný dalekohled, Comptonská gama observatoř (1991-2000) a Spitzerův kosmický dalekohled (2003–2020). Dalekohled je pojmenován po nositeli Nobelovy ceny indický astrofyzik Subrahmanyan Chandrasekhar.[7] Jeho poslání je podobné poslání ESA je XMM-Newton kosmická loď, která byla také vypuštěna v roce 1999, ale oba dalekohledy mají různá konstrukční ohniska; Chandra má mnohem vyšší úhlové rozlišení.

Dějiny

V roce 1976 navrhla NASA rentgenovou observatoř Chandra (v té době nazývanou AXAF) Riccardo Giacconi a Harvey Tananbaum. Přípravné práce začaly následující rok v Marshall Space Flight Center (MSFC) a Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). Mezitím, v roce 1978, NASA vypustila první zobrazovací rentgenový dalekohled, Einstein (HEAO-2), na oběžnou dráhu. Práce na projektu AXAF pokračovaly v 80. a 90. letech. V roce 1992 byla kosmická loď přepracována, aby se snížily náklady. Čtyři z dvanácti plánovaných zrcadel byly vyřazeny, stejně jako dva ze šesti vědeckých přístrojů. Plánovaná oběžná dráha AXAF byla změněna na eliptickou a dosáhla třetiny cesty na Měsíc v nejvzdálenějším bodě. Tím byla vyloučena možnost vylepšení nebo opravy ze strany raketoplán ale postavte observatoř nad zemskou radiační pásy po většinu své oběžné dráhy. Společnost AXAF byla sestavena a testována společností TRW (Nyní Northrop Grumman Aerospace Systems) v Pláž Redondo, Kalifornie.

STS-93 uvádí na trh v roce 1999

Společnost AXAF byla přejmenována na Chandru v rámci soutěže pořádané NASA v roce 1998, která vylosovala více než 6 000 příspěvků po celém světě.[8] Vítězky soutěže Jatila van der Veen a Tyrel Johnson (tehdejší středoškolský učitel a středoškolský student) navrhly jméno na počest nositele Nobelovy ceny Indicko-americký astrofyzik Subrahmanyan Chandrasekhar. On je známý pro jeho práci při určování maximální hmotnost z bílý trpaslík hvězdy, což vede k lepšímu porozumění vysokoenergetickým astronomickým jevům, jako jsou neutronové hvězdy a černé díry.[7] Jméno Chandra výstižně znamená „měsíc“ Sanskrt.[9]

Původně měl být spuštěn v prosinci 1998,[8] kosmická loď byla zpožděna o několik měsíců a nakonec byla vypuštěna 23. července 1999 v 04:31 UTC do Raketoplán Columbia v době STS-93. Chandra byla nasazena z Columbia v 11:47 UTC. Motor prvního stupně inerciálního horního stupně se zapálil v 12:48 UTC a po 125 sekundovém hoření a oddělení se druhý stupeň zapálil v 12:51 UTC a hořel 117 sekund.[10] S hmotností 22 753 kilogramů (50 162 lb),[1] bylo to nejtěžší užitečné zatížení, jaké kdy raketoplán vypustil, důsledek dvoustupňové zkoušky Inerciální horní fáze k přepravě kosmické lodi na její vysokou oběžnou dráhu je zapotřebí systém posilovací rakety.

Chandra vrací data od měsíce po spuštění. Provozuje jej NKÚ v rentgenovém centru Chandra v Cambridge, Massachusetts, s pomocí od MIT a Northrop Grumman Vesmírná technologie. CIS ACIS utrpěly poškození částic během průchodů raného radiačního pásu. Aby se zabránilo dalšímu poškození, je nyní přístroj během průchodu odstraněn z ohniskové roviny dalekohledu.

Přestože Chandra měla původně předpokládanou životnost 5 let, 4. září 2001 prodloužila NASA její životnost na 10 let „na základě vynikajících výsledků observatoře“.[11] Fyzicky mohla Chandra vydržet mnohem déle. Studie z roku 2004 provedená v rentgenovém centru Chandra naznačila, že observatoř může trvat nejméně 15 let.[12]

V červenci 2008 se Mezinárodní rentgenová observatoř, společný projekt mezi ESA, NASA a JAXA, byla navržena jako další velká rentgenová observatoř, ale později byla zrušena.[13] ESA později vzkřísil zmenšenou verzi projektu jako Pokročilý dalekohled pro vysokoenergetickou astrofyziku (ATHENA) s navrhovaným spuštěním v roce 2028.[14]

10. října 2018 vstoupila Chandra do provozu v bezpečném režimu kvůli závadě gyroskopu. NASA uvedla, že všechny vědecké přístroje jsou bezpečné.[15][16] Během několika dní byla pochopena 3sekundová chyba v datech z jednoho gyroskopu a byly učiněny plány na vrácení Chandry do plného provozu. Gyroskop, který zažil závadu, byl umístěn do rezervy a je jinak zdravý.[17]

Ukázkové objevy

Posádka STS-93 se zmenšeným modelem

Data shromážděná Chandrou výrazně pokročila v poli Rentgenová astronomie. Zde je několik příkladů objevů podpořených pozorováním Chandry:

CXO obrázek hnědého trpaslíka TWA 5B

Technický popis

Sestavení dalekohledu
Hlavní zrcadlo AXAF (Chandra)
HRC letová jednotka Chandra

Na rozdíl od optický dalekohledy, které mají jednoduchý hliník parabolický povrchy (zrcadla), rentgenové dalekohledy obecně používají a Wolterův dalekohled skládající se z vnořeného válcového tvaru paraboloid a hyperboloid povrchy potažené iridium nebo zlato. rentgen fotony by byla absorbována běžnými povrchy zrcadel, proto jsou k jejich odrážení nutná zrcadla s malým úhlem pastvy. Chandra používá čtyři páry vnořených zrcadel spolu s jejich nosnou strukturou zvanou Sestava zrcadla s vysokým rozlišením (HRMA); zrcadlovým substrátem je sklo o tloušťce 2 cm s odraznou plochou 33 nm iridiovým povlakem a průměry jsou 65 cm, 87 cm, 99 cm a 123 cm.[26] Silný substrát a obzvláště pečlivé leštění umožnilo velmi přesný optický povrch, který je zodpovědný za nepřekonatelné rozlišení Chandry: mezi 80% a 95% přicházející rentgenové energie je soustředěno do jednohoarcsecond kruh. Tloušťka substrátu však omezuje podíl vyplněného otvoru, což vede k nízké shromažďovací ploše ve srovnání s XMM-Newton.

Chandra je vysoce eliptický oběžná dráha mu umožňuje nepřetržitě pozorovat až 55 hodin ze 65 hodin oběžná doba. V nejvzdálenějším orbitálním bodě od Země je Chandra jedním z nejvzdálenějších satelitů obíhajících kolem Země. Tato oběžná dráha ji vede za geostacionární satelity a za vnější Van Allenův pás.[27]

S úhlové rozlišení 0,5 arcsecond (2,4 µrad) má Chandra rozlišení 1000krát lepší než rozlišení prvního oběžného rentgenového dalekohledu.

CXO používá mechanické gyroskopy,[28] což jsou senzory, které pomáhají určit, jakým směrem je dalekohled namířen.[29] Další navigační a orientační systémy na palubě CXO zahrnují kameru, Earth a Sluneční senzory, a reakční kola. Má také dvě sady trysek, jednu pro pohyb a druhou pro vyložení hybnosti.[29]

Nástroje

The Vědecký přístrojový modul (SIM) drží dva nástroje ohniskové roviny, Pokročilý CCD zobrazovací spektrometr (ACIS) a Fotoaparát s vysokým rozlišením (HRC), pohybující se podle toho, co je požadováno, do polohy během pozorování.

ACIS se skládá z 10 CCD čipy a poskytuje obrázky stejně jako spektrální informace o pozorovaném objektu. Působí v fotonová energie rozmezí 0,2–10 keV. HRC má dva mikrokanálová deska komponenty a obrázky v rozsahu 0,1–10 keV. Má také časové rozlišení 16 mikrosekundy. Oba tyto nástroje lze použít samostatně nebo ve spojení s jedním ze dvou observatoří přenosové mřížky.

Přenosové mřížky, které se houpají do optické dráhy za zrcadly, poskytují Chandře spektroskopii s vysokým rozlišením. The Vysokoenergetický přenosový mřížkový spektrometr (HETGS) pracuje nad 0,4–10 keV a má a spektrální rozlišení 60–1 000. The Nízkoenergetický přenosový mřížkový spektrometr (LETGS) má rozsah 0,09–3 keV a rozlišení 40–2 000.

Souhrn:[30]

  • Fotoaparát s vysokým rozlišením (HRC)
  • Pokročilý CCD zobrazovací spektrometr (ACIS)
  • Spektrometr s vysokoenergetickým přenosovým roštem (HETGS)
  • Nízkoenergetický přenosový mřížkový spektrometr (LETGS)

Galerie

Označený diagram CXO
Animace rentgenové observatoře Chandraje obíhá kolem Země od 7. srpna 1999 do 8. března 2019
  Chandra ·   Země

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d „Rychlá fakta o rentgenové observatoři Chandra“. Marshall Space Flight Center. Citováno 16. září 2017.
  2. ^ A b C d E F "Specifikace Chandra". NASA / Harvard. Citováno 3. září 2015.
  3. ^ „Mezinárodní let č. 210: STS-93“. Spacefacts.de. Citováno 29. dubna 2018.
  4. ^ „Chandra X-Ray Observatory - Orbit“. Nebe nahoře. 3. září 2015. Citováno 3. září 2015.
  5. ^ „Rentgenová observatoř Chandra: Přehled“. Rentgenové centrum Chandra. Citováno 3. září 2015.
  6. ^ Ridpath, Ian (2012). Slovník astronomie (2. vyd.). Oxford University Press. str. 82. ISBN  978-0-19-960905-5.
  7. ^ A b „A co-vítězové jsou ...“ Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. 1998. Citováno 12. ledna 2014.
  8. ^ A b Tucker, Wallace (31. října 2013). „Tyrel Johnson & Jatila van der Veen - vítězky soutěže Chandra-Naming Contest - Kde jsou teď?“. Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Citováno 12. ledna 2014.
  9. ^ Campbell, Mike. "Význam, původ a historie jména Chandra". Za jménem.
  10. ^ Drachlis, Dave (23. července 1999). „Zpráva o stavu rentgenové observatoře Chandra: 23. července 1999 18:00 EDT“. Zprávy o stavu střediska Marshall Space Flight Center. NASA. Archivovány od originál 26. února 2000. Citováno 9. září 2018.
  11. ^ „Mise Chandry prodloužena do roku 2009“. Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. 28. září 2001.
  12. ^ Schwartz, Daniel A. (srpen 2004). „Vývoj a vědecké dopady rentgenové observatoře Chandra“. International Journal of Modern Physics D. 13 (7): 1239–1248. arXiv:astro-ph / 0402275. Bibcode:2004IJMPD..13.1239S. doi:10.1142 / S0218271804005377.
  13. ^ „Mezinárodní rentgenová observatoř“. NASA.gov. Archivovány od originál 3. března 2008. Citováno 28. března 2014.
  14. ^ Howell, Elizabeth (1. listopadu 2013). „Rentgenový vesmírný dalekohled budoucnosti by mohl být spuštěn v roce 2028“. ProfoundSpace.org. Citováno 1. ledna 2014.
  15. ^ Kooser, Amanda (12. října 2018). „Jiný vesmírný dalekohled NASA právě přešel do bezpečného režimu“. CNET. Citováno 14. října 2018.
  16. ^ Dunbar, Brian, ed. (12. října 2018). „Chandra vstupuje do nouzového režimu; probíhá vyšetřování“. NASA. Citováno 14. října 2018.
  17. ^ Chou, Felicia; Porter, Molly; Watzke, Megan (24. října 2018). „Operace Chandra se obnoví po zjištění příčiny nouzového režimu“. NASA /Smithsonian.
  18. ^ „Studenti využívající data NASA a NSF provádějí Stellar Discovery; vyhrajte soutěž vědeckého týmu“ (Tisková zpráva). NASA. 12. prosince 2000. Vydání 00-195. Archivovány od originál 10. května 2013. Citováno 15. dubna 2013.
  19. ^ Roy, Steve; Watzke, Megan (říjen 2006). „Chandra Reviews Black Hole Musical: Epic But Off-Key“ (Tisková zpráva). Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
  20. ^ Madejski, Greg (2005). Nedávná a budoucí pozorování v rentgenových a gama paprskech: Chandra, Suzaku, GLAST a NuSTAR. Astrofyzikální zdroje vysokoenergetických částic a záření. 20. – 24. Června 2005. Toruň, Polsko. Sborník konferencí AIP. 801. str. 21. arXiv:astro-ph / 0512012. doi:10.1063/1.2141828.
  21. ^ „Zmatené rentgenové paprsky od Jupitera“. NASA.gov. 7. března 2002.
  22. ^ Harrington, J. D .; Anderson, Janet; Edmonds, Peter (24. září 2012). „NASA Chandra ukazuje, že Mléčná dráha je obklopena halo horkého plynu“. NASA.gov.
  23. ^ „M60-UCD1: Ultrakompaktní trpasličí galaxie“. NASA.gov. 24. září 2013.
  24. ^ A b Chou, Felicia; Anderson, Janet; Watzke, Megan (5. ledna 2015). „RELEASE 15-001 - NASA Chandra Detects Rekordní výbuch z černé díry Mléčné dráhy“. NASA. Citováno 6. ledna 2015.
  25. ^ „Rentgenová detekce vrhá nové světlo na Pluto“. Laboratoř aplikované fyziky. 14. září 2016. Archivovány od originál dne 17. října 2016. Citováno 17. listopadu 2016.
  26. ^ Gaetz, T. J .; Jerius, Diab (28. ledna 2005). „Uživatelská příručka HRMA“ (PDF). Rentgenové centrum Chandra. Archivovány od originál (PDF) 10. února 2006.
  27. ^ Gott, J. Richard; Juric, Mario (2006). „Logaritmická mapa vesmíru“. Univerzita Princeton.
  28. ^ „Technické často kladené otázky (FAQ)“. Vesmírný dalekohled Jamese Webba. NASA. Citováno 14. prosince 2016.
  29. ^ A b „Kosmická loď: pohyb, teplo a energie“. Chandra X-ray Observatory. NASA. 17. března 2014. Citováno 14. prosince 2016.
  30. ^ "Vědecké nástroje". Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Citováno 17. listopadu 2016.

Další čtení

externí odkazy