| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Indická vesmírná observatoř Astrosat
Radek Beňo
Dne 28. září 2015 byla na orbitu Země úspěšně navedena jedinečná vesmírná laboratoř ASTROSAT, projekt indické organizace pro vesmírný výzkum ISROISRO – Indian Space Research Organisation, Indická kosmická agentura, která byla založena v roce 1969 a má na starosti indický vesmírný program. Rozpočet této státem řízené organizace je přibližně 2 miliardy USD ročně (2014). Organizace má přes 20 000 zaměstnanců. První úspěšná družice Aryabhata byla vypuštěna Sovětským svazem v roce 1975. V roce 1980 umístili Indové zcela samostatně na oběžnou dráhu Země družici Rohini. ISRO provozuje telekomunikační satelity INSAT a satelity IRS pro dálkový průzkum Země. V roce 2014 byla navedena na oběžnou dráhu kolem Marsu indická sonda Mangalyaan., kterému lze bez nadsázky přezdívat indický Hubblův teleskopHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009.. Projekt je jedinečný především svým „pozorovacím záběrem“, který poskytuje díky zařízením pracujícím od viditelných vlnových délek (stovky nanometrů) až po tvrdé rentgenové záření (tisíciny nanometrů). Indie se tímto počinem zapsala mezi vesmírné velmoci vlastnící sofistikované zařízení pro pozorování hvězd z oběžné dráhy ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru..
Start mise Astrosat z indického kosmodromu Sriharikota. Zdroj: ISRO.
|
ISRO – Indian Space Research Organisation, Indická kosmická agentura, která byla založena v roce 1969 a má na starosti indický vesmírný program. Rozpočet této státem řízené organizace je přibližně 2 miliardy USD ročně (2014). Organizace má přes 20 000 zaměstnanců. První úspěšná družice Aryabhata byla vypuštěna Sovětským svazem v roce 1975. V roce 1980 umístili Indové zcela samostatně na oběžnou dráhu Země družici Rohini. ISRO provozuje telekomunikační satelity INSAT a satelity IRS pro dálkový průzkum Země. V roce 2014 byla navedena na oběžnou dráhu kolem Marsu indická sonda Mangalyaan. PSLV – Polar Satellite Launch Vehicle, nosná raketa Indické kosmické agentury. Původně byla vyvinuta pro vynášení satelitů IRS pro dálkový průzkum Země. Raketa je schopna vynést malé družice i na geostacionární dráhu. Raketu počali Indové vyvíjet v 90. letech 20. století, první start se uskutečnil v roce 1993. V roce 1994 za sebou měla raketa 71 úspěšných startů (31 indických a 40 komerčních pro jiné země) a 1 neúspěšný. V listopadu 2013 při startu C-25 tato raketa vynesla na oběžnou dráhu první indickou misi k Marsu (Mars Orbiter Mission). PSLV je čtyřstupňová raketa s kombinací pevného a kapalného paliva. Maximální tah prvního stupně je 4 430 kN. Na nízkou orbitu je raketa schopna vynést až 3 800 kg užitečného nákladu. Výška rakety je 44 m, hmotnost 294 000 kg a průměr 2,8 m. |
Astrosat
Mezi hlavní cíle Astrosatu patří především studium binárních hvězdných systémů obsahujících neutronové hvězdyNeutronová hvězda – těleso tvořené degenerovaným neutronovým plynem o hmotnosti menší než přibližně 2,2 až 3 MS (Tolmanova-Oppenheimerova-Volkoffova mez). Typický průměr neutronové hvězdy je v řádu desítek kilometrů, průměrná hustota 1017 kg m−3 dosahuje hodnot hustoty atomového jádra. Neutronové hvězdy vznikají při gravitačním kolapsu velmi hmotných červených veleobrů, při výbuchu supernovy typu II. Obrovský tlak způsobuje „vtlačení“ elektronů do protonů za vzniku neutronů a neutrin. Neutronové hvězdy byly teoreticky předpovězeny ve 30. letech 20. století. a černé díryČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují., dále měření magnetických polí neutronových hvězd, studium oblastí rodících se hvězd a studium pozůstatků po explozích supernov. Za hranicemi naší Galaxie půjde o sledování aktivních galaktických jaderAGN – Active Galactic Nuclei, aktivní jádra galaxií. Tato jádra produkují netepelné pulzní UV a RTG záření, v centru sídlí velmi hmotná černá díra obklopená akrečním diskem (n ~ 1016 cm-3, T ~ 105 K, B ~ 0,2 T). Přepojení silokřivek magnetického pole je doprovázeno ohřevem elektronů až na 109 K a rentgenovým či gama zábleskem. Existuje celá řada galaxií s aktivními jádry, například Seyfertovy galaxie, linery, blazary a kvazary. a dalších rentgenových zdrojů. V průběhu práce observatoře by měla být pořízena přehlídka rentgenových a ultrafialových zdrojů, a to jak neměnných, tak proměnných. Výzkum bude orientován i na zábleskové zdroje a dlouhodobé sledování kvaziperiodických oscilací. Takové oscilace mohou souviset například s procesy v akrečních discích kolem neutronových hvězd a černých děr, kde se kombinuje přirozená doba oběhu látky s neperiodickými procesy, například rekonekcíRekonekce – přepojení magnetických siločar, při němž siločáry prudce změní svou dosavadní topologii do jiné, energeticky výhodnější podoby. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazma. Někdy natolik, že plazma zazáří i v rentgenovém nebo v gama oboru. Na mikroskopické úrovni jsou za rekonekci zodpovědné pohybující se nabité částice, které generují nová magnetická pole skládající se s polem původním. magnetických siločar.
Tento něco málo přes 1,5 tuny vážící drobeček nese na palubě šestici přístrojů a byl spolu s dalšími satelity vynesen na nízkou oběžnou dráhu (přibližně do výšky 650 km se sklonem dráhy k rovníku 6°) pomocí nosné rakety Polar Satellite Launch VehiclePSLV – Polar Satellite Launch Vehicle, nosná raketa Indické kosmické agentury. Původně byla vyvinuta pro vynášení satelitů IRS pro dálkový průzkum Země. Raketa je schopna vynést malé družice i na geostacionární dráhu. Raketu počali Indové vyvíjet v 90. letech 20. století, první start se uskutečnil v roce 1993. V roce 1994 za sebou měla raketa 71 úspěšných startů (31 indických a 40 komerčních pro jiné země) a 1 neúspěšný. V listopadu 2013 při startu C-25 tato raketa vynesla na oběžnou dráhu první indickou misi k Marsu (Mars Orbiter Mission). PSLV je čtyřstupňová raketa s kombinací pevného a kapalného paliva. Maximální tah prvního stupně je 4 430 kN. Na nízkou orbitu je raketa schopna vynést až 3 800 kg užitečného nákladu. Výška rakety je 44 m, hmotnost 294 000 kg a průměr 2,8 m.. Umístění na zemské orbitě umožňuje nerušené pozorování přilehlého i vzdáleného vesmíru nejen v optickém, ale i v ultrafialovém a rentgenovém oboru elektromagnetického spektra, který atmosférou neprochází. Při pozorování ve výšce 650 km jsou podstatnou měrou eliminovány jak signály ze zemské ionosféry, tak elektromagnetický smog, který si lidstvo vytváří kolem sebe samo. Družice bude po celou dobu komunikovat především se sítí satelitů IDSN (Indian Deep Space Network) umístěných poblíž indického města Bangalore. Předpokládaný denní objem přenášených dat je 420 gigabitů. Pro „astronomickou veřejnost“ budou data ze satelitu zpřístupněna až rok po vypuštění. Celkový vývoj a výdaje na provoz vycházejí při předpokládané životnosti 10 let na 70 milionů dolarů.
Testy družicové observatoře Astrosat. Zdroj: ISRO.
Přístrojové vybavení Astrosatu
Zobrazovací dalekohled v ultrafialovém oboru UVIT (UltraViolet Imaging Telescope)
Jde o dalekohled pro viditelný a UV obor s průměrem zrcadla 40 cm. Přístroj UVIT pracuje současně se třemi kanály (130÷180 nm, 180÷300 nm a 320÷530 nm). Úhlové rozlišení je 1,8 úhlové vteřiny pro ultrafialovou oblast a 2,5 úhlové vteřiny pro oblast viditelného světla. Každý kanál je vybaven sadou filtrů, které vyberou konkrétní pozorovací pásmo. V obou UV kanálech je možné pořizovat spektrum za pomoci mřížky s rozlišením λ/Δλ ~ 100.
Zobrazovací dalekohled v měkkém rentgenovém oboru SXT (Soft X-ray imaging Telescope)
Rentgenový dalekohled je složen z 41 soustředných kónických zrcadel, která jsou potažena zlatem a mají efektivní plochu 120 cm2. Elektromagnetický signál v rozsahu energií 0,3÷8 keV je fokusován na CCDCCD – Charge Coupled Device, zařízení s nábojovou vazbou, umožňuje převést paralelní analogový signál (elektrický náboj kumulovaný v potenciálových jámách) na sériový signál, daný časovou posloupností proudových pulzů úměrných kumulovanému náboji. Při serializaci paralelní informace CCD funguje jako posuvný registr, který umožňuje postupné posouvání náboje změnou potenciálového profilu řízenou hodinovým signálem. (Přesun náboje si lze přestavit podobně jako řetěz lidí předávajících si při požáru na povel různě naplněná vědra s vodou. S každým povelem se konkrétní vědro posune o krok blíže k požáru. Časový průběh proudu vody vylitého do ohně odráží prostorové rozložení objemů vody ve vědrech.) Potenciálové jámy mohou být umístěny vedle sebe pouze v jediné řadě (lineární CCD) nebo ve více řadách (plošné CCD). Nejznámějšími CCD jsou fotoelektrické snímače, kdy se rozložení náboje vytváří vnitřním fotoefektem. Mohou však sloužit i jako paměťové prvky (například jako odkládací paměť pro výše zmíněné fotoelektrické snímače). V zobrazovacích zařízeních jsou nejmenší rozměry jednoho CCD pixelu 9×9 mikrometrů a plošné senzory jsou tvořeny maticí velkou až 5120×5120 pixelů. Chlazené CCD senzory pracují se šumem odpovídajícím 4 až 7 elektronům. (Údaje z roku 2008.) čip, jehož teplota je udržována na –80 °C. Chlazení zajišťuje termoelektrický chladicí systém.
Rentgenový čítač s velkou sběrnou plochou LAXPC (Large Area X-Ray Proportional Counter)
Proporcionální čítač je detektorem ionizujícího záření, který je schopen měřit energii dopadajícího záření (výstup detektoru je úměrný této energii). K měření se využívá kombinace Geigerovy-Müllerovy trubice s ionizační komorou. Na Astrosatu jsou umístěny tři identické čítače za sebou, což umožňuje odhadnout směr dopadajícího záření. Zorné pole je 1°×1° a efektivní sběrná plocha detektoru je 6 000 cm2. Mezi hlavní přednosti těchto čítačů patří jejich dlouhá životnost ve vesmírném prostředí a vysoká účinnost detekce v rozsahu energií 3÷80 keV.
Kadmio-telurido-zinkový detektor CZTI (Cadmium Zinc Telluride Imager)
Kadmio-telurido-zinkový pixelový detektor je přístroj pracující v tvrdém rentgenovém oboru. Jeho efektivní sběrná plocha je 500 cm2 a rozsah energií je od 10 do 150 keV, přičemž při energiích kolem 100 keV má detektor téměř stoprocentní účinnost a energetické rozlišení kolem 2 %. U jasných galaktických zdrojů bude možné určit i polarizaci signálu, a to v rozsahu energií 100÷300 keV.
Skenovací monitor SSM (Scanning Sky Monitor)
Trojice citlivých čítačů s maskou (řada štěrbin vrhajících na detektor stín). Maska umožní zjistit rozložení intenzity signálu na obloze. Čítače jsou plněné plynem a jejich srdcem je pole odporových drátů, které slouží jako anody. Množství náboje na koncích vodičů je úměrné interakci rentgenového záření s plynem.
Monitor nabitých částic CPM (Charged Particle Monitor)
I přes dráhu s nízkým sklonem se družice bude někdy pohybovat nad Jihoatlantickou anomálií (viz AB 34/2011). Předpokládá se, že tomu tak bude u 2/3 oběhů, vždy zhruba na 20 minut. V tomto období bude družice prolétat zvýšeným tokem nízkoenergetických protonů a elektronů, které mohou být nebezpečné pro přístroje LAXPC, SXT a SSM. Pokud monitor nabitých částic takovou situaci zjistí, budou přístroje buď odpojeny, nebo bude alespoň sníženo jejich napětí.
Závěr
Ve vesmíru je celá řada observatoří pro určitou část elektromagnetického spektra. Máme zde infračervené, optické, ultrafialové, rentgenové i gama přístroje. Žádná z těchto observatoří ale nepokrývá současně vizuální, ultrafialový i rentgenový obor. Tím je indický Astrosat zcela výjimečný a umožní sledování objektů ve více oborech elektromagnetického spektra naráz. Indie tak získala velmi důležité prvenství a přístroj, který umožní provádět dosud nerealizovatelná pozorování.
Odkazy
