Dlaczego astrofizycy potrzebują żarówki na orbicie

Teleskopy kosmiczne zmieniły nasze postrzeganie Wszechświata w ciągu ostatnich 25 lat, a przyszłość wygląda obiecująco. Szereg nowych obserwatoriów i technik obserwacyjnych, zarówno na ziemi, jak i na orbicie, może jeszcze bardziej poszerzyć naszą wiedzę o kosmosie.

Ale jest problem. Jednym z podstawowych procesów w obserwacji jest kalibracja zaangażowanych instrumentów. Astronomowie mogą z łatwością przetestować swoje teleskopy naziemne za pomocą przyzwoitej żarówki. Ale jednej rzeczy, której nie mogą wyjaśnić, to ilość światła pochłanianego przez atmosferę, która może być znacząca.

Łatwo sobie wyobrazić, że ten problem znika w obserwatoriach kosmicznych. Ale one też muszą zostać skalibrowane. Na przykład Kosmiczny Teleskop Hubble'a ma wbudowane żarówki wolframowe przeznaczone właśnie do tego celu.

Ale wprowadzają one również różne niewiadome z powodu takich rzeczy, jak niewielkie zmiany w mocy żarówki, gdy zmienia się jej temperatura, gdy obserwatorium wchodzi i wychodzi z cienia Ziemi. Nie ma też żadnego sposobu na sprawdzenie pomiarów żarówek wolframowych przez Hubble'a z obserwacjami z ziemi.

Te niepewności nakładają teraz istotne ograniczenia na niektóre rodzaje obserwacji, mówi Justin Albert z University of Victoria w Kanadzie. Być może najważniejszym przykładem są pomiary rozszerzania się Wszechświata, które astronomowie dokonują obserwując jasność supernowych typu 1a w odległych galaktykach. Lepsze pomiary będą wymagały lepszej kalibracji.

Albert mówi, że istnieje oczywiste rozwiązanie: umieść żarówkę na orbicie, której teleskopy naziemne mogą użyć, aby dokładnie określić, ile światła pochłania atmosfera przy dowolnej częstotliwości. Dodanie wyprodukowanych przez człowieka skalibrowanych źródeł światła w kosmosie do arsenału technik kalibracji fotometrycznej zapewni potężne nowe narzędzie do zwiększania precyzji w astrofizyce, mówi. Dziś przedstawia różne czynniki związane z jego myśleniem.

Wymagane źródło światła jest zaskakująco małe. Wskazuje, że standardowa 25-watowa żarówka na orbicie 700 km byłaby tak jasna jak gwiazda o jasności 12,5 magnitudo. Inną opcją jest przestrajalny laser, ale musiałby być on dokładnie wycelowany w dowolny teleskop naziemny, zwiększając w ten sposób złożoność projektu.

Obecnie w kosmosie nie widać żadnej dobrej żarówki, ale jest tam statek kosmiczny z laserem wycelowanym w Ziemię. CALIPSO to francusko-amerykański satelita zaprojektowany do pomiaru pionowego profilu chmur i aerozoli. W tym celu emituje zielony laser na powierzchnię i mierzy odbicie.

Pomysł Alberta polega na tym, że pomiar tej wiązki na ziemi jest sposobem na potwierdzenie koncepcji kalibracji teleskopu z orbity. I z pewnością był zajęty ściganiem satelity i fotografowaniem emitowanego przez niego światła za pomocą zestawu siedmiu kamer rozmieszczonych na kilkuset metrach.

Jego największym problemem jest to, że laser CALIPSO nie został zaprojektowany do celu, do którego go używa. Belka ma tylko około 100 metrów szerokości. A ponieważ niepewności na orbicie statku kosmicznego są większe, trudno jest ustawić kamery na linii ognia.

Ponadto laser strzela z częstotliwością 20 Hz, co oznacza, że ​​scyntylacja w atmosferze staje się czynnikiem (podczas gdy dłuższy impuls lub ciągła wiązka może być uśredniona w czasie). Mimo to wykonał świetną robotę, scharakteryzując problemy związane z tego rodzaju pracą.

Podkreśla jednak trudność, jaką obserwatoria miałyby z tymi technikami. Tego typu obserwacje laserowe są możliwe tylko wtedy, gdy satelita znajduje się bezpośrednio nad głową i jest ważny tylko dla tego punktu na niebie, z tego miejsca na Ziemi, w tym momencie.

Najwyraźniej astronomowie będą potrzebować czegoś lepszego. Dobrym rozwiązaniem jest żarówka widoczna pod szerokim kątem.

Jednak reflektory nie są. Albert wskazuje, że chociaż kilka satelitów ma reflektory do laserowego określania odległości, nie można ich użyć do dokładnego pomiaru absorpcji światła w atmosferze. Dzieje się tak, ponieważ współczynnik odbicia zmienia się wraz z kątem padania, ale dokładnie nie wiadomo, jak. Co więcej, współczynnik odbicia tych urządzeń zmienia się w czasie, gdy zwierciadła ulegają zatarciu w wyniku uszkodzenia mikrometeoroidów.

Aby kontynuować swoje badania, Albert planuje wysłać bardziej zaawansowane światła w balonach, aby mógł lepiej zbadać ten problem.

Ale ostatecznie jedynym sposobem, aby naprawdę pomóc astronomom przyszłości, będzie umieszczenie żarówki na orbicie. Biorąc pod uwagę, że historia ekspansji Wszechświata jest jednym z najważniejszych problemów kosmologii, być może nadszedł czas, aby zacząć intensywniej myśleć o tym, jak to zrobić.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1101.5214 : Źródła światła montowane na satelitach jako standardy kalibracji fotometrycznej dla teleskopów naziemnych

ukryć