Observatorio espacial Herschel - Herschel Space Observatory
 Impresión artística de la nave espacial Herschel
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| Nombres | Telescopio infrarrojo lejano y submilimétrico | ||||||||
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| Tipo de misión | Telescopio espacial | ||||||||
| Operador | ESA / NASA | ||||||||
| ID COSPAR | 2009-026A | ||||||||
| SATCAT no. | 34937 | ||||||||
| Sitio web | http://www.esa.int/herschel | ||||||||
| Duración de la misión | Planificado: 3 años Final: 4 años, 1 mes, 2 días |
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| Propiedades de la nave espacial | |||||||||
| Fabricante | Thales Alenia Space | ||||||||
| Masa de lanzamiento | 3.400 kg (7.500 libras) | ||||||||
| Masa de carga útil | Telescopio: 315 kg (694 libras) | ||||||||
| Dimensiones | 7,5 m × 4,0 m (25 pies × 13 pies) | ||||||||
| Energía | 1 kilovatio | ||||||||
| Inicio de la misión | |||||||||
| Fecha de lanzamiento | 14 de mayo de 2009, 13:12:02 UTC | ||||||||
| Cohete | Ariane 5 ECA | ||||||||
| Sitio de lanzamiento |
Centro Espacial de Guayana , Guayana Francesa |
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| Contratista | Arianespace | ||||||||
| Fin de la misión | |||||||||
| Disposición | Desmantelado | ||||||||
| Desactivado | 17 de junio de 2013, 12:25 UTC | ||||||||
| Parámetros orbitales | |||||||||
| Sistema de referencia |
L 2 puntos (1,500,000 km / 930,000 mi) |
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| Régimen | Lissajous | ||||||||
| Telescopio principal | |||||||||
| Tipo | Ritchey – Chrétien | ||||||||
| Diámetro | 3,5 m (11 pies) f / 0,5 (espejo principal) |
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| Longitud focal | 28,5 m (94 pies) f / 8,7 |
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| Área de recolección | 9,6 m 2 (103 pies cuadrados) | ||||||||
| Longitudes de onda | 55 a 672 µm ( infrarrojo lejano ) | ||||||||
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 Insignia de astrofísica de la ESA para Herschel | |||||||||
El Observatorio Espacial Herschel fue un observatorio espacial construido y operado por la Agencia Espacial Europea (ESA). Estuvo activo de 2009 a 2013, y fue el telescopio infrarrojo más grande jamás lanzado, con un espejo de 3,5 metros (11,5 pies) e instrumentos sensibles al infrarrojo lejano y bandas de ondas submilimétricas (55–672 µm). Herschel fue la cuarta y última misión fundamental en el programa Horizon 2000 , después de SOHO / Cluster II , XMM-Newton y Rosetta . La NASA es un socio en la misión Herschel , con participantes estadounidenses que contribuyen a la misión; proporcionando tecnología de instrumentos para la misión y patrocinando el Centro Científico Herschel de la NASA (NHSC) en el Centro de Análisis y Procesamiento Infrarrojos y la Búsqueda de Datos Herschel en el Archivo Científico Infrarrojo .
El observatorio se puso en órbita en mayo de 2009, alcanzando el segundo punto lagrangiano (L2) del sistema Tierra-Sol , a 1.500.000 kilómetros (930.000 millas) de la Tierra, unos dos meses después. Herschel lleva el nombre de Sir William Herschel , el descubridor del espectro infrarrojo y el planeta Urano , y su hermana y colaboradora Caroline Herschel .
El observatorio fue capaz de ver los objetos más fríos y polvorientos del espacio; por ejemplo, capullos fríos donde se forman las estrellas y galaxias polvorientas que empiezan a crecer con nuevas estrellas. El observatorio examinó las nubes formadoras de estrellas, las "ollas de cocción lenta" de los ingredientes de las estrellas, para rastrear el camino por el cual se forman las moléculas potencialmente formadoras de vida, como el agua.
La vida útil del telescopio se regía por la cantidad de refrigerante disponible para sus instrumentos; cuando ese refrigerante se agotaba, los instrumentos dejaban de funcionar correctamente. En el momento de su lanzamiento, se estimó que las operaciones durarían 3,5 años (aproximadamente a fines de 2012). Continuó funcionando hasta el 29 de abril de 2013 a las 15:20 UTC, cuando Herschel se quedó sin refrigerante.
Desarrollo
En 1982 se propuso a la ESA el telescopio infrarrojo lejano y submilimétrico ( FIRST ) . El plan de políticas a largo plazo de la ESA "Horizonte 2000", elaborado en 1984, pedía una misión de espectroscopia heterodina de alto rendimiento como una de sus misiones fundamentales. En 1986, se adoptó FIRST como esta misión fundamental. Fue seleccionado para su implementación en 1993, luego de un estudio industrial en 1992-1993. El concepto de misión fue rediseñado desde la órbita terrestre hasta el punto Lagrangiano L2, a la luz de la experiencia obtenida del Observatorio Espacial Infrarrojo [(2,5–240 µm) 1995–1998]. En 2000, FIRST pasó a llamarse Herschel . Después de ser licitado en 2000, las actividades industriales comenzaron en 2001. Herschel se lanzó en 2009.
A partir de 2010, se estima que la misión Herschel costará 1.100 millones de euros. Esta cifra incluye las naves espaciales y la carga útil, los gastos de lanzamiento y misión y las operaciones científicas.
Ciencias
Herschel se especializó en recolectar luz de objetos del Sistema Solar , así como de la Vía Láctea e incluso de objetos extragalácticos a miles de millones de años luz de distancia, como las galaxias recién nacidas , y se encargó de cuatro áreas principales de investigación:
- Formación de galaxias en el universo temprano y evolución de galaxias;
- Formación de estrellas y su interacción con el medio interestelar ;
- Composición química de atmósferas y superficies de los cuerpos del Sistema Solar, incluidos planetas , cometas y lunas ;
- Química molecular en todo el universo .
Durante la misión, Herschel "hizo más de 35.000 observaciones científicas" y "acumuló [ed] más de 25.000 horas de datos científicos de unos 600 programas de observación diferentes".
Instrumentación
La misión involucró al primer observatorio espacial que cubría toda la banda de ondas infrarroja lejana y submilimétrica . Con 3,5 metros de ancho (11 pies), Herschel llevaba el telescopio óptico más grande jamás desplegado en el espacio. No estaba hecho de vidrio, sino de carburo de silicio sinterizado . La pieza en bruto del espejo fue fabricada por Boostec en Tarbes , Francia ; pulido y pulido por Opteon Ltd. en el Observatorio Tuorla , Finlandia ; y recubierto por deposición al vacío en el Observatorio de Calar Alto en España .
La luz reflejada por el espejo se centró en tres instrumentos, cuyos detectores se mantuvieron a temperaturas inferiores a 2 K (-271 ° C). Los instrumentos se enfriaron con más de 2.300 litros (510 gal imp; 610 gal EE. UU.) De helio líquido , que se evaporó casi al vacío a una temperatura de aproximadamente 1,4 K (-272 ° C). El suministro de helio a bordo de la nave espacial fue un límite fundamental para la vida operativa del observatorio espacial; Originalmente se esperaba que estuviera operativo durante al menos tres años.
Herschel llevaba tres detectores:
- PACS (cámara de matriz de fotodetección y espectrómetro)
- Una cámara de imágenes y un espectrómetro de baja resolución que cubren longitudes de onda de 55 a 210 micrómetros . El espectrómetro tenía una resolución espectral entre R = 1000 y R = 5000 y pudo detectar señales tan débiles como -63 dB . Funcionó como un espectrógrafo de campo integral , combinando resolución espacial y espectral. La cámara de imágenes fue capaz de obtener imágenes simultáneamente en dos bandas (60–85 / 85–130 micrómetros y 130–210 micrómetros) con un límite de detección de unos pocos milijansys .
- SPIRE (receptor de imágenes espectrales y fotométricas)
- Una cámara de imágenes y un espectrómetro de baja resolución que cubren una longitud de onda de 194 a 672 micrómetros. El espectrómetro tenía una resolución entre R = 40 y R = 1000 a una longitud de onda de 250 micrómetros y fue capaz de obtener imágenes de fuentes puntuales con brillos de alrededor de 100 milijansys (mJy) y fuentes extendidas con brillos de alrededor de 500 mJy. La cámara de imágenes tenía tres bandas , centradas en 250, 350 y 500 micrómetros, cada una con 139, 88 y 43 píxeles respectivamente. Fue capaz de detectar fuentes puntuales con brillo por encima de 2 mJy y entre 4 y 9 mJy para fuentes extendidas. Un prototipo de la cámara de imágenes SPIRE voló en el globo de gran altitud BLAST . El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, desarrolló y construyó los bolómetros de "telaraña" para este instrumento, que es 40 veces más sensible que las versiones anteriores. El instrumento Herschel-SPIRE fue construido por un consorcio internacional compuesto por más de 18 institutos de ocho países, de los cuales la Universidad de Cardiff fue el instituto principal.
- HIFI (instrumento heterodino para el infrarrojo lejano)
- Un detector heterodino capaz de separar electrónicamente la radiación de diferentes longitudes de onda, dando una resolución espectral tan alta como R = 10 7 . El espectrómetro se hizo funcionar dentro de dos bandas de longitud de onda, de 157 a 212 micrómetros y de 240 a 625 micrómetros. El Instituto de Investigación Espacial de los Países Bajos SRON dirigió todo el proceso de diseño, construcción y prueba de HIFI. El Centro de Control de Instrumentos HIFI, también bajo el liderazgo de SRON, fue responsable de obtener y analizar los datos.
La NASA desarrolló y construyó los mezcladores, las cadenas de osciladores locales y los amplificadores de potencia para este instrumento. El Centro de Ciencias Herschel de la NASA , que forma parte del Centro de Análisis y Procesamiento de Infrarrojos en el Instituto de Tecnología de California, también en Pasadena, ha contribuido con software de análisis de datos y planificación científica.
Módulo de servicio
Thales Alenia Space diseñó y construyó un módulo de servicio común (SVM) en su planta de Turín para las misiones Herschel y Planck , ya que se combinaron en un solo programa.
Estructuralmente, las SVM de Herschel y Planck son muy similares. Ambos SVM tienen forma octogonal y, para ambos, cada panel está dedicado para acomodar un conjunto designado de unidades calientes, teniendo en cuenta los requisitos de disipación de calor de las diferentes unidades calientes, de los instrumentos y de la nave espacial.
Además, en ambas naves espaciales se ha logrado un diseño común para los sistemas de aviónica , los sistemas de control y medición de actitud (ACMS), los sistemas de comando y gestión de datos (CDMS), los subsistemas de energía y el subsistema de seguimiento, telemetría y comando (TT&C).
Todas las unidades de la nave espacial en el SVM son redundantes.
Subsistema de energía
En cada nave espacial, el subsistema de energía consiste en la matriz solar , que emplea celdas solares de triple unión , una batería y la unidad de control de energía (PCU). Está diseñado para interactuar con las 30 secciones de cada panel solar, proporcionar un bus regulado de 28 V, distribuir esta energía a través de salidas protegidas y manejar la carga y descarga de la batería.
Para Herschel , el panel solar se fija en la parte inferior del deflector diseñado para proteger el criostato del sol. El sistema de control de actitud de tres ejes mantiene este deflector en la dirección del sol. La parte superior de este deflector está cubierta con espejos reflectores ópticos solares (OSR) que reflejan el 98% de la energía solar , evitando el calentamiento del criostato.
Control de actitud y órbita
Esta función es realizada por la computadora de control de actitud (ACC) que es la plataforma para el ACMS. Está diseñado para cumplir con los requisitos de orientación y giro de la carga útil de Herschel y Planck .
La nave espacial Herschel está estabilizada en tres ejes . El error de puntería absoluto debe ser inferior a 3,7 segundos de arco.
El sensor principal de la línea de visión en ambas naves espaciales es el rastreador de estrellas .
Lanzamiento y órbita
Observatorio espacial Herschel · tierra
La nave, construida en el Centro Espacial Cannes Mandelieu , bajo la dirección de Thales Alenia Space Contractorship, fue lanzada con éxito desde el Centro Espacial Guayana en la Guayana Francesa a las 13:12:02 UTC del 14 de mayo de 2009, a bordo de un cohete Ariane 5 , junto con el Planck. nave espacial , y colocada en una órbita muy elíptica en su camino hacia el segundo punto Lagrangiano . El perigeo de la órbita era de 270,0 km (previsto270,0 ± 4,5 ), apogeo 1.197.080 km (previsto1 193 622 ± 151 800 ), inclinación 5,99 ° (destinado6,00 ± 0,06 ).
El 14 de junio de 2009, la ESA envió con éxito el comando para que se abriera la criocubierta, lo que permitió al sistema PACS ver el cielo y transmitir imágenes en unas pocas semanas. La tapa tenía que permanecer cerrada hasta que el telescopio estuviera bien en el espacio para evitar la contaminación.
Cinco días después, la ESA publicó el primer conjunto de fotos de prueba, que representaban al Grupo M51 .
A mediados de julio de 2009, aproximadamente sesenta días después del lanzamiento, entró en una órbita Halo de 800.000 km de radio medio alrededor del segundo punto Lagrangiano (L2) del sistema Tierra-Sol , a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra.
Descubrimientos
El 21 de julio de 2009, se declaró exitosa la puesta en servicio de Herschel , lo que permitió el inicio de la fase operativa. Se declaró un traspaso formal de la responsabilidad general de Herschel del director del programa Thomas Passvogel al director de la misión Johannes Riedinger.
Herschel fue fundamental en el descubrimiento de un paso desconocido e inesperado en el proceso de formación de estrellas. La confirmación inicial y la verificación posterior a través de la ayuda de telescopios terrestres de un vasto agujero de espacio vacío, que antes se creía que era una nebulosa oscura , en el área de NGC 1999 arrojaron nueva luz sobre la forma en que las regiones estelares recién formadas descartan el material que rodea. ellos.
En julio de 2010 se publicó un número especial de Astronomy and Astrophysics con 152 artículos sobre los resultados iniciales del observatorio.
En octubre de 2010 se publicó un segundo número especial de Astronomy and Astrophysics sobre el único instrumento HIFI, debido a su falla técnica que lo dejó fuera de servicio durante 6 meses entre agosto de 2009 y febrero de 2010.
El 1 de agosto de 2011 se informó que el oxígeno molecular se había confirmado definitivamente en el espacio con el telescopio espacial Herschel , la segunda vez que los científicos encuentran la molécula en el espacio. Había sido informado previamente por el equipo de Odin .
Un informe de octubre de 2011 publicado en Nature afirma que las mediciones de Herschel de los niveles de deuterio en el cometa Hartley 2 sugieren que gran parte del agua de la Tierra podría haber provenido inicialmente de impactos de cometas . El 20 de octubre de 2011, se informó que se había descubierto vapor de agua fría equivalente a océanos en el disco de acreción de una estrella joven. A diferencia del vapor de agua caliente, previamente detectado cerca de las estrellas en formación, el vapor de agua frío sería capaz de formar cometas que luego podrían llevar agua a los planetas interiores, como se teoriza sobre el origen del agua en la Tierra .
El 18 de abril de 2013, el equipo de Herschel anunció en otro artículo de Nature que había localizado una galaxia de explosión estelar excepcional que producía más de 2.000 masas solares de estrellas al año. La galaxia, denominada HFLS3 , está ubicada en z = 6,34 y se originó solo 880 millones de años después del Big Bang .
Pocos días antes del final de su misión, la ESA anunció que las observaciones de Herschel habían llevado a la conclusión de que se había entregado agua a Júpiter como resultado de la colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 en 1994.
El 22 de enero de 2014, científicos de la ESA informó de la detección, por primera vez definitiva, de vapor de agua en el planeta enano , Ceres , el mayor objeto en el cinturón de asteroides . La detección se realizó utilizando las capacidades de infrarrojo lejano del Observatorio Espacial Herschel . El hallazgo es inesperado porque los cometas , no los asteroides , generalmente se considera que "brotan chorros y plumas". Según uno de los científicos, "las líneas se vuelven cada vez más borrosas entre cometas y asteroides".
Fin de la misión
Observatorio espacial Herschel · tierra
El 29 de abril de 2013, la ESA anunció que el suministro de helio líquido de Herschel , utilizado para enfriar los instrumentos y detectores a bordo, se había agotado, poniendo fin a su misión. En el momento del anuncio, Herschel se encontraba aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Debido a que la órbita de Herschel en el punto L2 es inestable, la ESA quería guiar la nave en una trayectoria conocida. Los gerentes de la ESA consideraron dos opciones:
- Coloque a Herschel en una órbita heliocéntrica donde no se encontraría con la Tierra durante al menos varios cientos de años.
- Guía a Herschel en un curso hacia la Luna para una colisión destructiva de alta velocidad que ayudaría en la búsqueda de agua en un polo lunar . Herschel tardaría unos 100 días en llegar a la Luna.
Los gerentes eligieron la primera opción porque era menos costosa.
El 17 de junio de 2013, Herschel fue completamente desactivado, con sus tanques de combustible agotados a la fuerza y la computadora de a bordo programada para interrumpir las comunicaciones con la Tierra. El comando final, que cortó las comunicaciones, fue enviado desde el Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) a las 12:25 UTC.
La fase posterior a las operaciones de la misión continuó hasta 2017. Las principales tareas fueron la consolidación y el refinamiento de la calibración de los instrumentos, para mejorar la calidad de los datos, y el procesamiento de datos, para crear un cuerpo de datos validados científicamente.
Después de Herschel
Tras la desaparición de Herschel , algunos astrónomos europeos han impulsado el proyecto conjunto europeo-japonés de observatorios de infrarrojos lejanos SPICA , así como la colaboración continua de la ESA con el telescopio espacial James Webb de la NASA . James Webb cubrirá el espectro del infrarrojo cercano de 0,6 a 28,5 µm, y SPICA cubre el rango espectral del infrarrojo medio a lejano entre 12 y 230 µm. Si bien la dependencia de Herschel del refrigerante de helio líquido limitó la vida útil del diseño a alrededor de tres años, los enfriadores mecánicos Joule-Thomson a bordo de SPICA habrían confiado en la 'frialdad' del espacio profundo, permitiendo el mantenimiento de las temperaturas criogénicas durante un período más largo de tiempo. hora. La sensibilidad de SPICA iba a ser dos órdenes de magnitud más alta que la de Herschel .
El Telescopio Espacial Origins (OST) propuesto por la NASA también observaría en la banda de luz del infrarrojo lejano . Europa lidera el estudio de uno de los cinco instrumentos de OST, el receptor heterodino para OST (HERO).
Ver también
- Atacama Large Millimeter Array (ALMA)
- DustPedia
- Telescopio espacial James Webb , que se lanzará alrededor de 2021
- Lista de los telescopios ópticos reflectores más grandes
- Lista de telescopios espaciales
- SPICA
Referencias
Otras lecturas
- Harwit, M. (2004). "La misión de Herschel". Avances en la investigación espacial . 34 (3): 568–572. Código bibliográfico : 2004AdSpR..34..568H . doi : 10.1016 / j.asr.2003.03.026 .
- Dambeck, Thorsten (mayo de 2009). "Un lanzamiento, dos nuevos exploradores: Planck se prepara para diseccionar el Big Bang". Cielo y telescopio . 117 (5): 24-28.