6.5: Uchunguzi nje ya Anga ya Dunia
- Page ID
- 175737
Malengo ya kujifunza
Mwishoni mwa sehemu hiyo, utaweza:
- Andika orodha ya faida za kufanya uchunguzi wa astronomical kutoka nafasi
- Eleza umuhimu wa darubini ya Hubble Space
- Kuelezea baadhi ya kubwa nafasi makao observatories astronomers kutumia
Anga ya dunia huzuia mionzi zaidi katika wavelengths mfupi kuliko mwanga unaoonekana, hivyo tunaweza tu kufanya uchunguzi wa moja kwa moja ultraviolet, X-ray, na gamma ray kutoka angani (ingawa uchunguzi wa moja kwa moja wa gamma ray unaweza kufanywa kutoka duniani). Kupata juu ya madhara ya kupotosha ya anga pia ni faida katika wavelengths inayoonekana na infrared. Nyota hazipatikani angani, hivyo kiasi cha undani unachoweza kukiona kinapungua kwa ukubwa wa chombo chako tu. Kwa upande mwingine, ni ghali kuweka darubini katika nafasi, na matengenezo yanaweza kuwasilisha changamoto kubwa. Hii ndiyo sababu wanaastronomia wanaendelea kujenga darubini kwa ajili ya matumizi ardhini na pia kwa ajili ya kuzindua angani.
Telescope ya Infrared na Nafasi
Mvuke wa maji, chanzo kikuu cha kuingiliwa kwa anga kwa kufanya uchunguzi wa infrared, hujilimbikizia sehemu ya chini ya anga ya dunia. Kwa sababu hii, faida ya hata mita mia chache katika mwinuko inaweza kufanya tofauti muhimu katika ubora wa tovuti ya uchunguzi wa infared. Kutokana na mapungufu ya milima ya juu, ambayo wengi huvutia mawingu na dhoruba za vurugu, na ukweli kwamba uwezo wa binadamu kufanya kazi ngumu huharibika kwa urefu wa juu, ilikuwa ya kawaida kwa wanaastronomia kuchunguza uwezekano wa kuchunguza mawimbi ya infrared kutoka ndege na hatimaye kutoka nafasi.
Uchunguzi wa infrared kutoka ndege umefanywa tangu miaka ya 1960, kuanzia na darubini ya sentimita 15 kwenye bodi Learjet. Kuanzia 1974 hadi 1995, NASA iliendesha darubini ya hewa ya mita 0.9 ikiruka mara kwa mara nje ya Kituo cha Utafiti cha Ames kusini mwa San Francisco. Kuchunguza kutoka urefu wa kilomita 12, darubini ilikuwa juu ya 99% ya mvuke wa maji ya anga. Hivi karibuni, NASA (kwa kushirikiana na Kituo cha Ujerumani luftfart) imejenga darubini kubwa zaidi ya mita 2.5, inayoitwa Stratospheric Observatory kwa Infrared Astronomy (SOFIA), ambayo nzi katika tarehe Boeing 747SP (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).
Ili kujua zaidi kuhusu SOFIA, angalia video hii iliyotolewa na Kituo cha Utafiti wa Ndege cha Armstrong cha NASA.
Kupata hata juu na kufanya uchunguzi kutoka angani yenyewe kuna faida muhimu kwa astronomia ya infrared. Kwanza ni kuondoa uingiliaji wote kutoka anga. Muhimu sawa ni fursa ya kupendeza mfumo mzima wa macho wa chombo ili karibu kuondoa mionzi ya infrared kutoka darubini yenyewe. Kama tulijaribu kupoza darubini ndani ya angahewa, ingekuwa haraka kuwa coated na condensing mvuke wa maji na gesi nyingine, na kuifanya haina maana. Tu katika utupu wa nafasi unaweza mambo ya macho kuwa kilichopozwa kwa mamia ya digrii chini ya kufungia na bado kubaki kazi.
Observatory ya kwanza inayozunguka infrared, ilizinduliwa mwaka 1983, ilikuwa Infrared Astronomical Satellite (IRAS), kujengwa kama mradi wa pamoja na Marekani, Uholanzi, na Uingereza. IRAS ilikuwa na vifaa vya darubini ya mita 0.6 kilichopozwa hadi joto la chini ya 10 K. Kwa mara ya kwanza, anga ya infrared inaweza kuonekana kama usiku, badala ya kupitia foreground mkali wa uzalishaji wa anga na darubini. IRAS ilifanya uchunguzi wa haraka lakini wa kina wa anga nzima ya infrared kwa kipindi cha miezi 10, ikitambulisha vyanzo vya 350,000 vya mionzi ya infrared. Tangu wakati huo, darubini nyingine za infrared zimefanya kazi katika nafasi na unyeti bora zaidi na azimio kutokana na maboresho katika detectors infrared. Nguvu zaidi ya darubini hizi za infrared ni darubini ya Spitzer Space ya mita 0.85, ambayo ilizinduliwa mwaka 2003. Uchunguzi wake machache huonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{2}\). Kwa uchunguzi wa infrared, wanaastronomia wanaweza kuchunguza sehemu zenye baridi zaidi za vitu vya cosmic, kama vile mawingu ya vumbi yanayozunguka vitalu vya nyota na mabaki ya nyota zinazokufa, ambazo picha za mwanga zinazoonekana hazidhihirisha.
Hubble nafasi darubini
Mnamo Aprili 1990, leap kubwa mbele katika astronomia ilifanywa na uzinduzi wa darubini ya Hubble Space (HST). Kwa ufunguzi wa mita 2.4, hii ni darubini kubwa iliyowekwa angani hadi sasa. (Aperture yake ilikuwa mdogo na ukubwa wa payload bay katika Space Shuttle kwamba aliwahi kuwa gari lake uzinduzi.) Iliitwa jina la Edwin Hubble, mwanaastronomia ambaye aligundua upanuzi wa ulimwengu katika miaka ya 1920 (ambaye kazi yake tutajadili katika sura za Galaxy).
HST inaendeshwa kwa pamoja na kituo cha ndege cha Goddard Space Flight cha NASA na Taasisi ya Sayansi ya Telescope ya Space huko Baltimore. Ilikuwa ya kwanza orbiting uchunguzi iliyoundwa na kuhudumia na wanaanga Shuttle na, zaidi ya miaka tangu ilizinduliwa, walifanya ziara kadhaa kuboresha au kuchukua nafasi ya vyombo yake ya awali na kukarabati baadhi ya mifumo ambayo kazi spacecraft (Sura Kielelezo) -ingawa mpango huu kukarabati ina sasa imekoma, na hakuna ziara zaidi au maboresho yatafanywa.
Kwa Hubble, wanaastronomia wamepata baadhi ya picha za kina zaidi za vitu vya astronomia kutoka kwenye mfumo wa jua nje hadi galaxi za mbali zaidi. Miongoni mwa mafanikio yake mengi makubwa ni Hubble Ultra-Deep Field, picha ya kanda ndogo ya anga iliyoonekana kwa karibu masaa 100. Ina maoni ya juu ya 10,000 galaxies, baadhi ya ambayo sumu wakati ulimwengu ilikuwa tu asilimia chache ya umri wake wa sasa (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).
Kioo cha HST kilikuwa chini na kilichopigwa kwa kiwango cha ajabu cha usahihi. Ikiwa tungeongeza kioo chake cha mita 2.4 hadi ukubwa wa bara zima la Marekani, hakutakuwa na kilima au bonde kubwa kuliko sentimita 6 katika uso wake laini. Kwa bahati mbaya, baada ya kuzinduliwa, wanasayansi waligundua kwamba kioo cha msingi kilikuwa na kosa kidogo katika sura yake, sawa na takribani 1/50 upana wa nywele za binadamu. Ndogo kama hiyo inavyoonekana, ilikuwa ya kutosha kuhakikisha kwamba mwanga mwingi unaoingia kwenye darubini haukuja kwenye mtazamo wazi na kwamba picha zote zilikuwa zenye rangi nyepesi. (Katika jitihada zilizopotea ili kuokoa pesa, mtihani kamili wa mfumo wa macho haukufanyika kabla ya uzinduzi, hivyo hitilafu haikugunduliwa mpaka HST ilikuwa katika obiti.)
Suluhisho lilikuwa kufanya kitu sawa na kile tunachofanya kwa wanafunzi wa astronomia wenye maono mazuri: kuweka optics ya kurekebisha mbele ya macho yao. Mnamo Desemba 1993, katika mojawapo ya misioni ya kusisimua zaidi na ngumu iliyowahi kuruka, wanaanga waliteka darubini inayozunguka na kuirudisha kwenye bay ya shuttle payload. Hapo waliweka pakiti iliyo na optics fidia pamoja na kamera mpya, iliyoboreshwa kabla ya kutoa HST tena kwenye obiti. Darubini sasa inafanya kazi kama ilivyokusudiwa, na misioni zaidi yake iliweza kufunga vyombo vya juu zaidi ili kuchukua faida ya uwezo wake.
Observatories ya juu
Uchunguzi wa ultraviolet, X-ray, na moja kwa moja gamma-ray (high-nishati ya umeme wimbi) uchunguzi unaweza kufanywa tu kutoka nafasi. Uchunguzi huo kwanza uliwezekana mwaka wa 1946, na makombora ya V2 yalichukuliwa kutoka Ujerumani baada ya Vita Kuu ya II. Maabara ya Utafiti wa Majini ya Marekani yaliweka vyombo kwenye makombora haya kwa mfululizo wa ndege za uanzilishi, zilizotumiwa awali kuchunguza mionzi ya ultraviolet kutoka Jua. Tangu wakati huo, makombora mengine mengi yamezinduliwa kufanya uchunguzi wa X-ray na ultraviolet wa Jua, na baadaye ya vitu vingine vya mbinguni.
Kuanzia miaka ya 1960, mkondo wa kutosha wa observatories ya juu-nishati umezinduliwa katika obiti ili kufunua na kuchunguza ulimwengu kwa wavelengths fupi. Miongoni mwa darubini za hivi karibuni za X-ray ni Chandra X-ray Observatory, iliyozinduliwa mwaka 1999 (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)) Ni huzalisha picha za X-ray na azimio la kawaida na unyeti. Kubuni vyombo vinavyoweza kukusanya na kuzingatia mionzi yenye nguvu kama X-rays na mionzi ya gamma ni changamoto kubwa ya kiteknolojia. Tuzo ya Nobel ya mwaka 2002 katika fizikia ilitolewa kwa Riccardo Giacconi, mpainia katika uwanja wa kujenga na uzinduzi wa vyombo vya kisasa vya X-ray. Mwaka 2008, NASA ilizindua darubini ya nafasi ya Fermi Gamma-ray, iliyoundwa kupima mionzi ya gamma ya cosmic kwa nguvu kubwa kuliko darubini yoyote ya awali, na hivyo ikaweza kukusanya mionzi kutoka kwa baadhi ya matukio yenye nguvu zaidi ulimwenguni.
Changamoto moja kubwa ni kutengeneza “vioo” kutafakari mionzi inayoingilia kama vile eksirei na mionzi ya gamma, ambayo kwa kawaida hupita moja kwa moja kupitia jambo. Hata hivyo, ingawa maelezo ya kiufundi ya kubuni ni ngumu zaidi, vipengele vitatu vya msingi vya mfumo wa kuchunguza, kama tulivyoelezea hapo awali katika sura hii, ni sawa katika wavelengths zote: darubini kukusanya mionzi, filters au vyombo vya kutengeneza mionzi kulingana na wavelength, na njia fulani ya kuchunguza na kufanya rekodi ya kudumu ya uchunguzi. Jedwali\(\PageIndex{1}\) linaorodhesha baadhi ya vituo muhimu vya nafasi ambavyo ubinadamu umezindua.
Uchunguzi wa gamma-ray pia unaweza kufanywa kutoka uso wa Dunia kwa kutumia angahewa kama detector ya msingi. Wakati ray ya gamma inapiga anga yetu, inaharakisha chembe za kushtakiwa (hasa elektroni) katika anga. Vile chembe za juhudi hupiga chembe nyingine katika anga na kutoa mionzi yao wenyewe. Athari ni cascade ya mwanga na nishati ambayo inaweza kuonekana chini. Safu ya VERITAS huko Arizona na safu ya H.E.S.S. nchini Namibia ni vituo viwili vya uchunguzi wa gamma-ray.
| Uchunguzi | Tarehe ya Operesheni ilianza | Bendi ya Spectrum | Notes | Tovuti |
|---|---|---|---|---|
| Hubble Space darubini (HST) | 1990 | inayoonekana, UV, IR | Kioo cha 2.4-m; picha na spectra | www.hubblesite.org |
| Chandra X-ray | 1999 | X-rays | Picha za X-ray na spectra | www.chandra.si.edu |
| XMM-Newton | 1999 | X-rays | X-ray | http://www.cosmos.esa.int/web/xmm-newton |
| Maabara ya Kimataifa ya Gamma-Ray ya Astrofizikia ( | 2002 | X- na gamma-rays | azimio la juu la picha za gamma-ray | http://sci.esa.int/integral/ |
| Spitzer Nafasi darubini | 2003 | HEWA | Darubini ya 0.85-m | www.spitzer.caltech.edu |
| Fermi Gamma-ray Nafasi Darubini | 2008 | gamma-rays | kwanza high-nishati gamma-ray uchunguzi | fermi.gsfc.nasa.gov |
| Kepler | 2009 | inayoonekana-mwanga | sayari finder | kepler.nasa.gov |
| Mchunguzi wa Utafiti wa Infrared pana (WISE | 2009 | HEWA | ramani nzima ya anga, utafutaji wa asteroid | www.NASA.gov/mission_Pages/busara/Main |
| Gaia | 2013 | inayoonekana-mwanga | Ramani sahihi ya Milky Way | http://sci.esa.int/gaia/ |
| Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) | 2018 | inayoonekana-mwanga | sayari finder | http://tess.mit.edu |
Muhtasari
Uchunguzi wa infrared hufanywa na darubini ndani ya ndege na katika nafasi, na pia kutoka kwenye vituo vya msingi kwenye kilele cha mlima kavu. Uchunguzi wa ultraviolet, X-ray, na gamma-ray lazima ufanywe kutoka juu ya anga. Wengi unaozunguka observatories wamekuwa wakiongozwa kuchunguza katika bendi hizi za wigo katika miongo michache iliyopita. Darubini kubwa ya kufungua angani ni darubini ya Hubble Space (HST), darubini ya infrared muhimu zaidi ni Spitzer, na Chandra na Fermi ni observatories za eksirei na gamma-ray, mtawalia.