Infrarot-Weltraumobservatorium

Infrarot-Weltraumobservatorium Infrarot-
Weltraumteleskop

Das LWS-Instrument des ISO-Teleskops. Allgemeine Daten

Organisation	ESA
Baumeister	Luft- und Raumfahrt (Nantes)
Programm	Horizont 2000
Feld	Infrarot- Teleskop
Mission Art	Weltraumobservatorium
Status	Auftrag erledigt
Andere Namen	ISO
Starten	17. November 1995 um 01:20 UT
Startprogramm	Ariane 4 (44P)
Ende der Mission	16. Mai 1998
Dauer	18 Monate (Hauptmission)
COSPAR-Kennung	1995-062A
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Technische Eigenschaften

Messe beim Start	2.400 kg
Einstellungskontrolle	Stabilisiert auf 3 Achsen

Orbit

Orbit	Geosynchrone Umlaufbahn
Periapsis	1.000 km
Apoapsis	70.500 km
Zeitraum	24 Stunden
Neigung	5,25 °

Teleskop

Art	Ritchey-Christian
Durchmesser	60 cm
Fokus	f / 15
Feld	20 '
Wellenlänge	2 bis 200 um )

Hauptinstrumente

ISOCAM	2 Infrarotkameras von 2,5-17 µm
ISOPHOT	2,5-240 um bildgebendes Photopolarimeter
SWS	2,5-45 um Spektrometer
LWS	45-197 um Spektrometer

ISO ( Abkürzung für Infrared Space Observatory, dh Infrarot-Weltraumobservatorium) ist ein Weltraumteleskop, das von der Europäischen Weltraumorganisation im mittleren und fernen Infrarot (zwischen 2,5 und 240 µm ) beobachtet und in die Umlaufbahn gebracht wirdNovember 1995. Bis es aufhörtMai 1998Mit ISO können insbesondere zwei Objektkategorien beobachtet werden: leuchtende Galaxien in fernen Infrarot- und Molekülwolken wie Rho-Ophiuchus oder der Orion-Nebel . Als Nachfolger von IRAS, das die Infrarotbeobachtung im Weltraum durch einen vollständigen Scan des Himmels einleitet und es ermöglicht, eine sehr große Anzahl von Infrarotquellen zu identifizieren, ist ISO das erste Infrarot-Teleskop, das detaillierte Beobachtungen dieser Quellen durchführen kann.

Kontext

Infrarot - Strahlung wird von einem Objekt emittierte Wärme ab zu geben. Auch kalte Objekte strahlen Infrarot aus. Aus diesem Grund ermöglicht Infrarot die Beobachtung von Objekten, die im sichtbaren Licht nicht erfasst werden können , wie z. B. die im interstellaren Medium vorhandenen Gaswolken , die eine grundlegende Rolle bei der Geburt von Sternen spielen . Ein Großteil der Infrarotstrahlung wird jedoch von der Erdatmosphäre blockiert . ImNovember 1983, IRAS ist das erste Teleskop Lage im infraroten in den Weltraum zu beobachten den Markt gebracht. Als Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der NASA , den Niederlanden und dem Vereinigten Königreich wurden 250.000 Infrarotquellen identifiziert, indem große Teile des Himmels untersucht wurden.

Fortschritt des Projekts

Entwicklung

Die Europäische Weltraumorganisation schlägt das ISO-Projekt in vorMärz 1979. Nach mehreren Studien wurde das ISO-Projekt 1983 als „Eckpfeiler“ des wissenschaftlichen Programms Horizon 2000 ausgewählt . Die an Bord befindlichen wissenschaftlichen Instrumente sind Gegenstand einer Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen inJuli 1984. Es werden vier Instrumente ausgewähltJuni 1985. Die Entwicklung des Satelliten wurde der Firma Aérospatiale ( Centre space de Cannes - Mandelieu ), jetzt Thales Alenia Space, anvertraut . Das Industrieteam besteht aus 32 Unternehmen, darunter DASA ( Deutschland ), das für die Nutzlast verantwortlich ist, Linde AG, die für das Kühlsubsystem mit flüssigem Helium verantwortlich ist , Aérospatiale ( Frankreich ) für das Teleskop, CASA ( Spanien ) für die Struktur des Servicemoduls, des thermischen Subsystems und Verkabelung und Fokker ( Niederlande ) zur Lageregelung . Rund zehn Länder liefern die verschiedenen Komponenten wissenschaftlicher Instrumente.

Betriebsphase

Das ISO-Teleskop befindet sich in seiner Umlaufbahn auf 17. November 1995von einem Ariane 4 Typ 44P Launcher, der vom guyanischen Raumfahrtzentrum aus gestartet wurde . Der Satellit arbeitet nominell, solange er Reserven an flüssigem Helium hat, um die Instrumente unter - 269 ° C zu kühlen . Die Mission endet am8. April 1998wenn das Helium vollständig verdunstet ist. Sobald dies erschöpft ist, werden noch Teilbeobachtungen für weitere 150 Stunden mit dem SWS-Instrument durchgeführt, das ohne Kältequelle betrieben werden kann. Vor dem endgültigen Abschalten des Satelliten werden verschiedene Tests durchgeführt16. Mai. Der Satellit muss 20 bis 30 Jahre nach Einstellung des Betriebs wieder eintreten. Die Mission dauert 30 Monate oder 12 Monate länger als erwartet, was es ermöglicht, die aus wissenschaftlicher Sicht sehr wichtige Region Orion / Stier zu beobachten, die nur während dieser ungeplanten Erweiterung zugänglich ist. Die Leistung des Satelliten erwies sich mit einer Richtgenauigkeit von einer Bogensekunde (10-mal besser als angefordert) und einer Zeigeinstabilität nach 30 Sekunden von 2,7 Bogensekunden, d. H. Fünfmal besser als erwartet , als viel besser als erwartet. 98% der vorrangigen Ziele werden eingehalten, und die Verfügbarkeit des Teleskops beträgt 98,3% der für wissenschaftliche Operationen aufgewendeten Zeit. Während der Mission werden 27.000 Einzelbeobachtungen durchgeführt.

Nachfolgende Datenverarbeitung

Das Projekt endet nicht mit der Einstellung des Satellitenbetriebs. Alle Daten werden unter Verwendung aller während der Mission gesammelten Kalibrierungsdaten verarbeitet. Die daraus resultierenden Daten werden der astronomischen Gemeinschaft von zur Verfügung gestelltDezember 1998 und alle Daten, die gemeinfrei in eingegeben wurden August 1999. Von 2002 bis 2006 werden die Daten erneut verarbeitet, um das endgültige ISO-Archiv zu bilden.

Wissenschaftliche Ziele

Die folgenden Themen sind Gegenstand von Beobachtungen durch ISO:

Suche nach protoplanetaren Materie- Scheiben um Sterne, die als erster Schritt bei der Bildung von Planeten angesehen werden .
Detektion von Spektrallinien im Infrarot, die das Vorhandensein identifizierbarer Atome , Moleküle oder Feststoffe aufdecken .
Analyse der Zusammensetzung der Atmosphäre der Planeten des Sonnensystems .
Detektion und Beobachtung von Infrarotgalaxien, die Kerne aktiver Galaxien umfassen .
molekulare Zusammensetzung von Kometenkernen .

Eigenschaften

ISO ist ein 2,4 Tonnen schwerer Satellit mit einer Länge von 5,3 Metern und einem Durchmesser von etwa 3 Metern. Es umfasst ein Teleskop mit einem Primärspiegel von 0,6 m Durchmesser, einen mit Helium gefüllten Kryostaten , um die Detektoren auf eine Temperatur nahe 0 Kelvin abzukühlen , vier wissenschaftliche Instrumente und eine Plattform , auf der die Geräte zusammengeführt werden, damit der Satellit arbeiten kann.

Plattform

Die Plattform umfasst:

Ein an der Sonnenblende montiertes Solarpanel mit einer Leistung von mindestens 580 Watt am Ende der Mission.
ein Telekommunikationssystem mit einer Geschwindigkeit von 32 Kilobit pro Sekunde, von denen 24 wissenschaftlichen Daten zugeordnet sind.
ein Lageregelungssystem , das das Zeigen mit einem relativen Fehler von 2,7 Bogensekunden und einem absoluten Fehler von 11,7 Bogensekunden aufrechterhält . Die Ausrichtung des Teleskops wird mit einer Kombination aus Sonnenkollektoren, Sternenvisieren und Gyroskopen gesteuert . Die Orientierung wird hauptsächlich durch 4 Reaktionsräder korrigiert, die durch ein flüssiges Treibmittelantriebssystem unter Verwendung von Hydrazin entsättigt werden .

Kryostat

Der Kryostat hält wissenschaftliche Instrumente und das Teleskop 18 Monate lang auf einer Temperatur zwischen 1,8 und 4 K. Der Kryostat enthält 2.250 Liter überkritisches Helium 2, das auf eine Temperatur von 1,8 K abgekühlt ist. Einige Instrumentendetektoren sind direkt mit dem Heliumtank verbunden, während andere durch die Gase gekühlt werden, die durch Verdampfung des Heliums entstehen. 'Helium.

Optischer Teil

Die Nutzlast umfasst ein Ritchey-Chrétien-Teleskop mit einer effektiven Öffnung von 60 Zentimetern Durchmesser und einer Brennweite von 1: 15. Das optische Feld beträgt 20 Bogenminuten . Das Licht, das auf den Primärspiegel trifft, wird von einem Stativ zu dem über dem Primärspiegel hängenden Sekundärspiegel gesendet. Letzterer sendet wiederum den Lichtstrahl zu einer Öffnung in der Mitte des Primärspiegels. Auf der Rückseite befindet sich ein pyramidenförmiger Spiegel, der den Lichtstrahl in vier Unterbaugruppen schneidet, die in einem Winkel von 90 ° von der optischen Achse zu den vier an der Peripherie montierten wissenschaftlichen Instrumenten gesendet werden. Jedes Instrument kann ein 3-Minuten-Bogenbild empfangen, das um eine Achse zentriert ist, die 8,5 Bogenminuten von der Teleskopachse entfernt ist. Der Primär- und der Sekundärspiegel bestehen aus Quarzglas , um die Beugung zu optimieren .

Wissenschaftliche Instrumente

Die vier wissenschaftlichen Instrumente an Bord sind:

ISOCAM, zwei Kameras (jeweils 32 x 32 Pixel ) im nahen und mittleren Infrarot mit Filterrädern. SW-CAM ( Kurzwellenkamera ) deckt den Bereich von 2 bis 6 µm ab, LW-CAM (Langwellenkamera) deckt den Bereich von 2,5 bis 17 µm ab.

ISOPHOT, ein Photopolarimeter, das einen weiten Spektralbereich von 2,5 bis 240 µm abdeckt.
SWS ( Short Wave Spectrometer) , ein Spektrometer im Bereich von 2,4 bis 45 µm.
LWS ( Long Wave Spectrometer ), ein Spektrometer im Bereich von 45 bis 197 µm.

Implementierung

ISO-Umlaufbahn

Das ISO-Teleskop arbeitet in einer 24 Stunden hohen Erdumlaufbahn mit einem Apogäum von 70.500 km und einem Perigäum von 1.000 km . In jeder Umlaufbahn wird daher die Position der Bodenstationen immer nach demselben Diagramm dargestellt. Wenn sich der Satellit in der Nähe der Erde befindet, also innerhalb der Van-Allen-Gürtel , werden die Instrumente nicht verwendet, da die Strahlung, die von den Elektronen und Protonen erzeugt wird, die von den Gürteln eingefangen werden, die wissenschaftlichen Instrumente unbrauchbar macht. Vor dem Start der Mission wird festgestellt, dass das Teleskop über einen Zeitraum von 24 Stunden 16 Stunden lang verwendet werden kann. Nach dem Start und der Analyse der Ergebnisse wird die Nutzungsdauer für das durch Strahlung stärker betroffene LWS-Instrument um 40 Minuten (ab Umdrehung 66) verlängert, anschließend jedoch auf 66 Minuten (ab Umdrehung 204) verkürzt. Dem Weltraumteleskop folgen nacheinander zwei Satellitenschüsseln, die Bodenstationen empfangen: die Station Villafranca ( Spanien ) der ESA und die Goldstone-Station der NASA in Kalifornien . Eine in 24 Stunden zurückgelegte Umlaufbahn besteht aus 6 Phasen:

h 0: Durchgang zum Perigäum .
h 0 + 10 min: Herstellung der Verbindung zum Bahnhof Villafranca und Aktivierung des Satelliten.
h 0 + 4 h (Höhe 43.214 km ): Beginn des wissenschaftlichen Betriebs mit dem Bahnhof Villafranca in Sicht.
h 0 + 13 h 20 min: Abgabe und Abholung von Villafranca durch Goldstone.
h 0 + 13 h 35 min: Beginn der wissenschaftlichen Operationen mit der Goldstone-Station in Sicht.
h 0 + 20 h 56 min: Verlust des Goldstone-Signals.

Beobachtungseinschränkungen

Um die thermischen Veränderungen des Teleskops zu minimieren und einen optimalen Betrieb der für die Bereitstellung elektrischer Energie verantwortlichen Solarmodule zu ermöglichen , ist die Achse des ISO-Teleskops so ausgerichtet, dass ein Mindestwinkel zu den wichtigsten sichtbaren Körpern eingehalten wird, der bei etwa 10-15% der Teil des Himmels zu einem bestimmten Zeitpunkt beobachtbar:

ISO sollte in eine Richtung zwischen 60 und 120 ° von der Sonne gerichtet sein.
Es sollte nicht weniger als 77 ° vom Erdglied und nicht weniger als 24 ° vom Mond entfernt sein.
ISO sollte mindestens 7 ° vom Jupiter entfernt sein, es sei denn, dieser Planet oder einer der Monde wird beobachtet.

Durchführung von Operationen

ISO verfügt nicht über einen Massenspeicher , in dem die von seinen Instrumenten gesammelten Daten und Anweisungen zum Zeigen und Verwenden der Instrumente gespeichert werden können. Der Betrieb des Satelliten wird daher in Echtzeit von der Zentrale aus gesteuert, die in Villafranca in Spanien in der Nähe der verwendeten Hauptempfangsantenne installiert ist. Die an das Teleskop gesendeten Anweisungen werden im Voraus erstellt, um die Ausfallzeiten zu begrenzen, die mit der Ausrichtung des Teleskops verbunden sind, und um die Regionen des Himmels zu berücksichtigen, die aufgrund der Nähe von Himmelskörpern mit großer Leuchtkraft (Sonne, Erde usw.) Verboten sind ...).

Auswahl der Beobachtungen

Etwa 45% der Zeit sind Wissenschaftlerteams vorbehalten, die die wissenschaftlichen Instrumente entwickelt haben, sowie den internationalen Partnern ( NASA , ISAS ) des Projekts. Der Rest der Beobachtungszeit steht der astronomischen Gemeinschaft der Mitgliedsländer der Europäischen Weltraumorganisation , Japans und der Vereinigten Staaten zur Verfügung . Zuvor wurden zwei Aufforderungen zur Einreichung von Vorschlägen veröffentlicht (April 1994) und danach (August 1996) den Start von ISO. Etwa 1000 Vorschläge mit durchschnittlich 50 verschiedenen Beobachtungen werden von einem Ausschuss ausgewählt, der für die Auswahl nach ihrem wissenschaftlichen Interesse zuständig ist. Die durchgeführten Beobachtungen beziehen sich auf das Sonnensystem (10% der Zeit), das interstellare Medium (23%), die Sterne unserer Galaxie (29%), andere Galaxien (27%) und die Kosmologie (11%).

Ergebnisse

ISO-Instrumente messen die Wassermenge, die in einer Reihe von Körpern im Sonnensystem vorhanden ist, anhand ihrer spektralen Signatur. Die auf Jupiter , Saturn und Uranus gesammelten Daten ermöglichen es, abzuschätzen, dass die Atmosphäre dieser Planeten 10 kg Wasser pro Sekunde erhält, ohne den Ursprung dieses Planeten zu kennen. Es ist wahrscheinlich, dass dieses Wasser aus kleinen Partikeln stammt, die von Kometen freigesetzt werden . Die Wassermenge wird auch im Orionnebel gemessen . Es ist viel häufiger als das, was bisher in den interstellaren Wolken gemessen wurde, die als Baumschulen für Sterne wie diesen Nebel dienen: Täglich wird die 60-fache Menge an Wasser gebildet, die in den Ozeanen der Erde vorhanden ist. Diese Entdeckung kann Auswirkungen auf die Entstehung von Wasser im Sonnensystem und auf der Erde selbst haben und Auswirkungen auf die Modellierung der Sternentstehung haben.

Durch Beobachtung des Koma-Clusters in der Konstellation des Haares von Berenice ermöglicht ISO die Entdeckung des Vorhandenseins von Staub in den Regionen zwischen den Galaxien, insbesondere im Zentrum des Galaxienhaufens . Bis dahin betrachten Astronomen den intergalaktischen Raum als nahezu ohne Materie mit nur geringen Gasspuren. Die Beobachtung von Staub impliziert, dass das Universum viel weniger transparent ist als erwartet, was einen signifikanten Einfluss auf die scheinbare Leuchtkraft entfernter Galaxien und Quasare hat .

ISO-Nachfolger

Die Nachfolge-Infrarot-Weltraumteleskope von ISO sind:

NASA WIRE , Startfehler inMärz 1999.
NASA Spitzer , gestartet inAugust 2003.
JAXAs ASTRO-F , eingeführt inFebruar 2006).
WISE der NASA, gestartet inDezember 2009ersetzt das WIRE-Teleskop.
Herschel der ESA, gestartet inMai 2009.

Anmerkungen und Referenzen

Anmerkungen

Verweise

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Literaturverzeichnis

: Dokument, das als Quelle für diesen Artikel verwendet wird.

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