Herschel geimsjónaukinn

Herschel geimsjónaukinn losnaði frá efsta stigi Ariane 5 eldflaugarinnar um 26 mínútum eftir að hún hóf sig á loft frá Kourou. Planck losnaði frá sama stigi um tveimur og hálfri mínútu síðar. Förinni var heitið að Lagrange punkti 2 sem segja má að sé nokkurs konar jafnvægispunktur í um 1,5 milljón km fjarlægð frá jörðinni. Á þessum punkti hafa fjölmörg geimför hreiðrað um sig, t.d. WMAP og Keplerssjónaukinn svo einhver séu nefnd.

Leiðangur á borð við Herschel hefur verið á teikniborði evrópskra vísindamanna frá árinu 1982. Leiðangurinn tók fyrst á sig mynd árið 2001 og kallaðist þá FIST (Far Infrared Space Telescope).

Herschel sjónaukinn er nefndur til heiðurs ensk-þýska stjörnuáhugamanninum William Herschel (1738-1822) sem uppgötvaði innrauða geislun árið 1800 með sáraeinfaldri tilraun. Nítján árum áður hafði Herschel uppgötvað reikistjörnuna Úranus.

Kostnaður við leiðangurinn er um 1,3 milljarðar evra. Hversu mikið það er í íslenskum krónum skal ósagt látið, enda vita sennilega fáir hvert gengi krónunnar miðað við evruna er nákvæmlega þessa dagana. Peningunum er að minnsta kosti afar vel varið.

Sjónaukinn

Spegill Herschel sjónaukans er 3,5 metrar í þvermál en aðeins 3mm þykkur og með brennihlutfallið f/0,5. Mynd: ESA

Herschel geimsjónaukinn er sá stærsti sem sendur hefur verið út í geiminn hingað til og verður það þar til James Webb geimsjónaukanum verður skotið á loft árið 2014. Safnspegillinn er hvorki meira né minna en 3,5 metrar í þvermál, talsvert stærri en Hubblessjónaukinn. Safnspegillinn safnar ljósi frá fyrirbærum sem verið er að kanna og beinir á smærri aukaspegil. Speglarnir tveir vinna því saman að því að beina ljósinu í þrjú mælitæki sem kæld verða niður undir alkul.

Stærð safnspegilsins er lykilatriðið í næmni sjónaukans. Því stærri sem sjónaukinn er, því meira ljósi safnar hann og er þ.a.l. fær um að greina þeim mun daufari fyrirbæri. Stærðin ákvarðar líka greinigæði sjónaukans, þ.e. hæfni hans til að greina fínustu smáatriði. Lögun spegilsins verður að vera eins fullkomin og auðið er og yfirborð hans eins slétt og tæknin leyfir, því minnstu hnökrar á yfirborði geta aflagað myndina. Þess utan verður spegillinn að vera fisléttur en nautsterkur til að þola álagið sem fylgir geimskotinu og kuldann úti í geimnum. Spegillinn er úr kísilkarbíði og er aðeins 3mm þykkur sem þýðir að hann er miklu léttari en hefðbundið gler.

Herschel sjónaukinn á að rannsaka mun lengri öldulengd ljóss heldur en Hubblessjónaukinn. Hubble sér alheiminn að mestu leyti í sama ljósi og við, þ.e. sýnilegu ljósi, en Herschel verður fyrsti geimsjónaukinn sem sér fjær-innrautt ljós og út í útvarpsbylgjur. Þetta gerir Herschel kleift að gægjast í gegnum gas- og rykský sem birgja Hubblessjónauknum sýn og skoða þar af leiðandi köldustu fyrirbæri alheims; fyrirbæri á borð við köld stjörnumyndunarsvæði og halastjörnur í útjaðri sólkerfisins.

Sum þessara köldu fyrirbæra sem Herschel er ætlað að rannsaka eru nístingsköld, svo ekki sé fastar að orði kveðið, eða milli -268°C til -223°C (5 til 50 K). Til þess að Herschel sé hreinlega fær um að kanna þessi hrollköldu fyrirbæri er brýnt að kæla geimsjónaukann niður undir þessi hitastig. Mælitækin verða með meira en 2000 lítrum af fljótandi helíum undir -270°C, jafnvel nánast alveg niður undir alkul sem er -273,15°C (0 K). Áætlað er að helíumbirgðirnar klárist eftir að minnsta kosti þriggja ára notkun. Líftími sjónaukans er takmarkaður sem því nemur. 

Herschel er þess vegna einstaklega vel í stakk búinn til þess að bylta sýn og skilningi okkar á alheiminum.

Spegill Herschels er sá stærsti sem sendur hefur verið út í geiminn hingað til. Hér er verið að húða hann örþunnu állagi sem tryggir 99,5% endurvarp. Mynd: EADS Astrium/P. Dumas

Markmið 

Herschel sjónaukinn er svo stór að hann gerir mönnum mögulegt að skoða fyrirbæri utan Vetrarbrautarinnar. Markmið sjónaukans eru tvískipt. Innan Vetrarbrautarinnar okkar eru markmiðin að:

• Kanna smástirni, útstirni og halastjörnur í sólkerfinu okkar. Halastjörnur eru nokkurs konar steingervingar sem varðveist hafa frá myndun sólkerfisins og geyma vísbendingar um þau hráefni sem sólkerfið varð til úr.

• Rannsaka stjörnu- og sólkerfismyndunarferli. Herschel sjónaukinn er einstakur að því leyti að geta rannsaka mjög vítt svið rafsegulgeislunar. Verður það nýtt til þess að gægjast inn í annars ógegnsæ stjörnumyndunarsvæði í Vetrarbrautinni. Herschel mun bókstaflega svipta hulunni af mismunandi stigum stjörnumyndunar og yngstu stjörnum Vetrarbrautarinnar. Þetta gerir sjónaukanum fært að rannsaka aðsópsskífur umhverfis ungar stjörnur, þar sem sjá má sólkerfi í fæðingu.

• Rannsaka ryk og gas í Vetrarbrautinni okkar og nálægum vetrarbrautum. Herschel á að rannsaka í þaula þá krafta sem eru til staðar í stjörnumyndunarskýjum. Sjónaukinn er ennfremur vel útbúinn til rannsókna á stjarnefnafræði skýjanna og mun gefa stjörnufræðingum algerlega nýja sýn á þá flóknu efnafræði sem þar eiga sér stað.

Utan Vetrarbrautarinnar eru markmiðin að:

• Kanna áhrif vetrarbrauta á milligeiminn. Stærstu hluti þess sem við vitum um eðlis- og efnafræði milligeimsins, og þau ferli sem þar eiga sér stað, hefur verið aflað með rannsóknum á Vetrarbrautinni okkar. Með Herschel er stjörnufræðingum unnt að gera svipaðar rannsóknir á nálægum vetrarbrautum. Rannsóknir á nálægum málmsnauðum vetrarbrautum geta opnað stjörnufræðingum nýjar þekkingardyr á stjörnumyndunarferli snemma í sögu alheimsins.

• Kortleggja hraða stjörnumyndunar sem fall af tíma. Við vitum að stjörnur og vetrarbrautir urðu til tiltölulega skömmu eftir Miklahvell. Við vitum einnig að þegar alheimurinn var hér um bil helmingur af núverandi aldri var stjörnumyndun tíðari en í dag. Herschel er kjörinn til þess að rannsaka rykugar innrauðar vetrarbrautir í hámarki stjörnumyndunar.

• Kanna innrauða bakgrunnsgeislun alheimsins. Um helmingur þeirrar orku sem myndast hefur og geislast út í sögu alheimsins birtist okkur nú sem dauf innrauð bakgrunnsgeislun. Herschel á að greina þessa geislun og finna hvaðan hún berst.

Mælitæki 

Um borð í Herschel sjónaukanum eru þrjú mælitæki:

• HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared). Litrófsmælir með háa upplausn sem ætlað er að fylgjast með áður ókönnuðum öldulengdum á rafsegulrófinu. HIFI er fær um að greina staka sameindahópa í geimnum, kanna hreyfingu þeirra, hitastig og aðra eðliseiginleika. Þetta er gríðarmikilvægt fyrir rannsóknir á halastjörnum, lofthjúpum reikistjarna, stjörnumyndunarsvæðum og þróun fjarlægra og nálægra vetrarbrauta.

• PACS (Photoconductor Array Camera and Spectrometer). Litmyndavél og litrófsmælir sem hefur lægri upplausn en HIFI en hentar vel til rannsókna á ungum vetrarbrautum og þeim gasskýjum sem stjörnur verða til úr. 

• SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver). SPIRE er einnig ætla að skoða alheiminn í áður ókönnuðum öldulengdum rafsegulrófsins. SPIRE samanstendur af litmyndavél og litrófsmæli líkt og PACS en kannar aðrar öldulengdir. Tækinu er ætlað að afla gagna um stjörnumyndunarsögu alheims.
  

Mælitækin þrjú eiga hvert og eitt að rannsaka gas og ryk í alheiminum við mismunandi hitastig og aðstæður. Þau ná vítt öldulengdabil og eru fær um að fylgjast með stjörnumyndunarferli í heild sinni, frá því þegar skýið þjappast saman til þeirrar stundar þegar frumstjarnan brýst úr skelinni.

Heimildir

1. Herschel. ESA.int. Sótt 16.05.09.
2. 'Silver sensation' seeks cold cosmos. news.bbc.co.uk. Sótt 16.05.09

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2010). Herschel geimsjónaukinn. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/alheimurinn/rannsoknir/herschel-geimsjonaukinn (sótt: DAGSETNING).