Астронет: Н.Т. Ашимбаева/ГАИШ Осуществлен запуск спутников "Гершель" и "Планк". http://variable-stars.ru/db/msg/1234807

Осуществлен запуск спутников "Гершель" и "Планк".
16.05.2009 12:15 | Н.Т. Ашимбаева/ГАИШ, Москва

14 мая 2009 года произведен запуск спутников Европейского космического агентства (ESA) "Гершель" и "Планк", предназначенных для изучения Вселенной в инфракрасном диапазоне волн и реликтового космического излучения.

После запуска и отделения от носителя аппараты уже независимо друг от друга направятся в район второй точки Лагранжа (L2) системы Земля-Солнце. О миссии "Гершель" мы уже писали, поэтому подробнее остановимся на задачах, стоящих перед спутником "Планк".

"Планк" - первая Европейская миссия по изучению космического микроволнового излучения, реликтового излучения от Большого Взрыва, который произошел около 14 миллиардов лет назад. По мере расширения Вселенной она охлаждалась. В тот промежуток времени под названием "рекомбинация", когда она охлаждается очень быстро, происходило образование электронов и ядер, которые в свою очередь формировали атомы. В это время свет, который был тесно связан с плазмой, стал свободно распространяться в пространстве (Вселенная перешла из непрозрачного состояния в прозрачное). Из-за расширения Вселенной и ее охлаждения, излучение сместилось в микроволновую область спектра.

"Планк" будет измерять вариации температуры реликтового микроволнового фона с чувствительностью, угловым разрешением и диапазоном частот, которые существенно превосходят эти характеристики прежних спутников; это даст ученым возможность по-новому увидеть нашу Вселенную, когда она была очень молодой, в возрасте 300 000 лет.

В течение первых двух месяцев после запуска, "Планк" будет выведен на орбиту в точке Лагранжа L2 на расстоянии примерно 1,5 млн. км от Земли. Эта точка находится с противосолнечной стороны на линии, соединяющей Солнце и Землю, и удалена от Земли на расстояние около полутора миллионов километров, на котором гравитационные силы Солнца и Земли уравниваются. Тело, помещенное в точку L2, находится в состоянии неустойчивого равновесия. Тем не менее, существуют такие "квазипериодические" орбиты, находясь на которых, тело перемещается в ограниченных пределах около точки L2 и обращается вокруг Солнца вместе с Землей. В проекции на небесную сферу такое тело описывает кривую типа фигур Лиссажу. "Планк" будет совершать маневренные движения, описывая фигуры Лиссажу в конусе ограниченным углом до пятнадцати градусов. Орбиты около точки L2 динамически нестабильны, небольшие отклонения от равновесия приводят к экспоненциально возрастающим отклонениям от заданной траектории. Поэтому оба спутника - "Гершель" и "Планк" - будут периодически использовать свои двигательные системы для осуществления маневров для поддержания постоянства орбиты.

В целом, эта орбита представляет собой идеальное место для космической обсерватории: вдали от Земли и ее магнитного поля, и чувствительные приборы станции направлены в противоположную сторону от Солнца и Земли. Излучаемый или отраженный свет от Земли или Солнца может повредить чувствительные инструменты или нарушить холодную среду, необходимую для их корректного функционирования.

Рисунок 1. Изображение фокальной плоскости двух инструментов на борту космического аппарата ESA "Планк". Низкочастотный инструмент (The Low Frequency Instrument - LFI) создан с целью преобразования низкоэнергичного микроволнового излучения в электрические колебания, аналог транзистора. Высокочастотный инструмент (The High Frequency Instrument - HFI) для конвертации высокоэнергичных волн в тепло, которое затем измеряется точным электрическим термометром. (Изображение: ESA, AOES Medialab).

"Планк" имеет размеры 4.2 м в высоту и диаметр 4.2 м; стартовая масса составит около 1800 кг. Спутник снабжен телескопом с 1,5 метровым первичным зеркалом. Телескоп будет собирать излучение на два высокочувствительных детектора - низкочастотный инструмент (LFI) и высокочастотный инструмент (HFI).

Низкочастотный инструмент (LFI) представляет из себя массив из 22 микроволновых радиоприемников, которые будут функционировать при температуре 20 К (-253 C). Эти радиометры будут работать в трех частотных каналах, в интервале между 30 и 70 ГГц. Используются высокочувствительные микроволновые усилители, которые работают так же, как транзисторные радиоприемники. Транзисторы усиливают сигнал, собранный антенной, а усиленный сигнал затем преобразуется в напряжение. Сигнал на выходе пропорционален температуре объекта.

Высокочастотный инструмент (HFI) - массив из 54 болометрических детекторов, которые преобразуют принятое излучения в тепло. Количество тепла затем измеряется электрическим термометром, сигнал с которого преобразуется в температуру с помощью компьютера. HFI детекторы будут работать в шести частотных каналах в интервале от 100 до 857 ГГц. Они будут работать практически в точке абсолютного нуля, при температуре -273 С (т.е., только при одна десятой градуса выше абсолютного нуля).

Как и "Гершель", "Планк" будет охлаждаться, фактически, до температуры абсолютного нуля, 0,1 Кельвина.

Рисунок 2. Наблюдения телескопом "Планк" планируется проводить 15 месяцев, в течение которых будут получены 2 полных обзора неба. Реликтовое космическое микроволновое излучение приходит со всех сторон почти с одинаковой интенсивностью. Это было подтверждено спутником COBE, который провел измерения температуры реликтового фона по всей небесной сфере. Точность измерений "Планка" составит 5-миллионную долю градуса. Что позволит обнаружить очень слабые флуктуации температуры, вносимые, в частности, галактиками и скоплениями галактик. (Изображение: ESA).

Обсерватория "Планк" - уже третья космическая миссия по изучению микроволнового фона (предыдущие миссии - COBE и WMAP). Он будет измерять крошечные колебания в реликтовом излучении с беспрецедентной точностью, создавая, таким образом, самую точную картину молодой Вселенной в возрасте 380 000 лет. Точность измерений температуры WMAP составляет нескольких микрокельвинов. "Планк" будет проводить измерения с существенно большей точностью, до 5-миллионной доли градуса, т.е. лучше в 15 раз. Имея такую точность, можно будет вычислить такие параметры как кривизна пространства-времени, вклад темной энергии и нормального вещества в распределение массы и энергии.

Реликтовое микроволновое излучение было обнаружено случайно в 1965 году. Пензиас и Уилсон, два радиоастронома в США, зарегистрировали сигнал радиотелескопом, который не смог определить какого-либо точного местонахождения источника излучения на небе. Изначально сигнал был принят за статистическую ошибку. Излучение не приходило с какой-то определенной точки на небе, а шло со всей сферы, с одинаковой интенсивностью, днем и ночью, летом и зимой. Ученые пришли к выводу, что сигнал приходит с расстояний вне нашей Галактики а именно, он пришел с момента образования Вселенной. Ученые посчитали свое открытие твердым доказательством теории Большого Взрыва. Сегодня модель Большого Взрыва остается единственной моделью, которая способна убедительно объяснить существование реликтового излучения.

Несмотря на то, что микроволновый фон представлялся изначально однородным, тщательный анализ излучения показал, что его интенсивность варьируется в пределах 0.0005% в зависимости от направления. Эти крошечные колебания вызваны незначительной разницей в плотности смеси водорода и гелия, которая была в тот момент, когда произошло разделение вещества и излучения.

В результате работы аппарата "Планк" предполагается получить самую точную карту микроволнового излучения. Исследования "Планка" также дадут ученым новое понимание фундаментальных законов природы, в частности, силы гравитации, и то, как она связана с другими силами во Вселенной. "Планк" сможет ответить на фундаментальные вопросы: как образовалась Вселенная, и как она будет изменяться в будущем, построение возможных сценариев ее эволюции.

Спутник получил свое название в честь немецкого Нобелевского лауреата Макса Планка (1858-1947).