science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De satelliet met röntgenzicht

In een nieuw licht:de hele hemel bekeken door de röntgenogen van de ROSAT-satelliet. Krediet:MPI voor buitenaardse fysica

In de vroege uurtjes van 23 oktober 2011, ROSAT werd verzwolgen in de golven van de Indische Oceaan. Dit was het einde van een succesverhaal dat zijn weerga niet kent in het Duitse ruimteverkenningsonderzoek. de satelliet, ontwikkeld en gebouwd door een team onder leiding van Joachim Trümper van het in Garching gevestigde Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, niet alleen meer dan 150 gevonden, 000 nieuwe kosmische röntgenbronnen, het bracht ook een revolutie teweeg in de astronomie.

De stapel puin kwam uit het zuidwesten, vloog over de Golf van Bengalen en stortte uiteindelijk met 450 km/u in zee. Er waren geen getuigen. Verdiende de beroemdste Duitse onderzoekssatelliet niet een passender slot? Tenminste het Duitse weekblad Der Spiegel had medelijden en probeerde te redden wat er te redden viel. In een artikel getiteld "Direct op zijn pad", gepubliceerd op 30 januari, 2012, het meldde dat ROSAT naar de aarde viel "net de Chinese hoofdstad Peking miste". De satelliet "zou waarschijnlijk diepe kraters in de stad hebben gescheurd." Het blad meent dat de catastrofe zelfs de Duits-Chinese betrekkingen zou hebben geschaad. Joachim Trümper glimlacht breed wanneer hij hiermee wordt geconfronteerd:"De kans dat één persoon gewond raakt, was ongeveer één op tien miljard."

Als je met Trump over ROSAT praat, je kunt zeker een vleugje weemoed bespeuren. "Het was ons kindje, ", zegt de emeritus hoogleraar aan het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica. De 78-jarige heeft meer dan de helft van zijn onderzoeksleven gewijd aan de röntgensatelliet. Joachim Trümper herinnert zich de lanceringsdatum op 1 juni. 1990 alsof het gisteren was, en was, natuurlijk, aanwezig in het Cape Canaveral Space Center in de VS. Een paar dagen voor de lancering, hij reisde opnieuw in de lift naar de top van het Delta II-lanceersysteem. "Ik wierp een laatste blik op ROSAT door een raam daar, ’ zegt de astronoom.

Terwijl Trümper met enkele van zijn teamleden in de VS was, degenen die thuis waren gebleven waren getuige van de lancering in het onderzoekscentrum in Oberpfaffenhofen. Het controlecentrum van het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (bekend onder het Duitse acroniem DLR, Deutsches Zentrum für Luftund Raumfahrt) is het Beierse equivalent van het Amerikaanse Houston, en was betrokken bij bemande projecten zoals de twee spaceshuttle-missies D1 en D2 in de jaren tachtig en negentig. Van de experts werd nu verwacht dat ze de twee-en-een-halve ton ROSAT zouden "vliegen", die destijds enkele honderden miljoenen Duitse mark waard waren, de functionaliteit ervan bewaken, en voortdurend commando's verzenden en gegevens ontvangen via de DLR-antenne in Lichtenau, in de buurt van Weilheim, Duitsland.

Vrijdag, 1 juni, 1990. 's Avonds, meer dan 500 gasten hebben zich verzameld in het Duitse Space Operations Center in Oberpfaffenhofen. De live-uitzending vanuit Cape Canaveral werd uitgezonden op een groot scherm. Vijf minuten voor de geplande start, plotseling verscheen er een burgervliegtuig boven de campus; het aftellen moest worden onderbroken. "Dat was de standaard grap van het lanceerteam, om de spanning te verhogen, " herinnert Trump zich. Tien minuten later, alles was weer op de rails. In Oberpfaffenhofen, gastvrouwen serveerden champagne, en de gasten telden de laatste seconden af. Terwijl de raket opsteeg in een perfecte blauwe lucht 8, 000 kilometer verderop, iedereen riep "Ga, Gaan, go!" en de Gilching brassband speelde marsmuziek.

Tussen de folklore in Opper-Beieren en de crash in de Indische Oceaan ligt niet alleen een tijdspanne van 21 jaar en 5 maanden, maar ook een uitzonderlijk vruchtbare opbrengst van wetenschappelijke bevindingen. Röntgenastronomie is een zeer jonge discipline, aangezien de atmosfeer van de aarde slechts een fractie van de straling vanuit de ruimte doorlaat, inclusief zichtbaar licht en radiostraling. Echter, om het universum te verlichten met röntgenogen, we moeten de beschermende atmosfeer van de aarde achter ons laten. Zo ontdekten Amerikaanse onderzoekers de röntgenstraling van de zon in 1948 met behulp van een in beslag genomen V2-raket. Vandaag, de observatoria zijn gestationeerd op satellieten.

Zichtbaar licht kan eenvoudig worden gefocust met behulp van lenzen of spiegels, maar dit kan niet worden gedaan in het geval van röntgenstraling. Door hun hoge energieniveau fotonen hebben een "penetrerend" effect vergelijkbaar met dat van kogels. Om deze reden, in het begin van de jaren vijftig, natuurkundige Hans Wolter ontwikkelde het principe van een speciale telescoop waarin parabolische en hyperbolische spiegelsegmenten het invallende röntgenlicht onder een lage hoek bundelen. Het plan was om een ​​Wolter-telescoop op ROSAT in te zetten.

Eerst, echter, een of twee hindernissen moesten worden overwonnen. Al in 1972, Joachim Trümper besloot het benodigde instrument te gaan ontwikkelen. Drie jaar later, zijn groep nam deel aan een nationale aanbesteding in Duitsland voor grote wetenschappelijke projecten. Van het grote aantal ingediende voorstellen, drie werden gekozen. ROSAT was een van hen.

1980, toen het toenmalige Duitse federale ministerie van Onderzoek en Technologie opriep tot "aanzienlijke internationale betrokkenheid, " Trümper ging op zoek naar partners. "Om te voorkomen dat het project jarenlang in bureaucratie verzandt, we hebben de Amerikanen gevraagd om voor de lancering te zorgen. En we vroegen de Britten om bij te dragen aan en een aparte, kleinere telescoop voor het extreme ultraviolette bereik." De strategie bleek uit, ten goede komen aan het hele project. In 1983, na jaren van studie, een aantal bedrijven (Dornier, MBB en Carl Zeiss) aan boord kwamen. De ingenieurs ontwikkelden röntgencamera's en bouwden een 130 meter lange testfaciliteit die bekend staat als Panter. De telescoop zelf had een opening van 83 centimeter en woog ongeveer een ton. Het bestond uit vier in elkaar geschoven spiegels gemaakt van het hittebestendige glaskeramiek Zerodur. Elk van de met goud beklede spiegels had een unieke oppervlaktenauwkeurigheid:vergeleken met een gebied ter grootte van het Bodenmeer, onregelmatigheden zouden gelijk zijn aan een golf van ongeveer een honderdste van een millimeter.

Als resultaat, de telescoop haalde het Guinness Book of Records voor het gladste oppervlak. Toen kwam 28 januari, 1986:De Challenger-spaceshuttle explodeerde slechts 73 seconden na het opstijgen in een vuurbal. Alle zeven astronauten stierven, en Amerika's bemande ruimtevaartprogramma ging twee en een half jaar in pauze. ROSAT zou eigenlijk in 1987 in een baan om de aarde worden gestuurd - op een spaceshuttle. Dit kon niet meer. "We moesten de satelliet nu volledig ombouwen voor lancering met een raket, ", zegt Joachim Trumper.

Ook deze uitdaging werd met succes aangegaan. En, uiteindelijk, de technologie en het ontwerp waren niet de enige recordbrekende kenmerken. Zelfs het eerste doel van de missie - het in kaart brengen van de hele röntgenhemel met een beeldtelescoop - overtrof alle verwachtingen. Een van de voorgangers van RO-SAT was de Uhuru-satelliet, gelanceerd in december 1970. Met zijn eenvoudige instrumenten - gecollimeerde proportionele tellers - ontdekte het 300 nieuwe hemellichamen. Een decennium later, het Einstein-observatorium, met een Wolter-telescoop aan boord, dit aantal verhoogd tot 5, 000. En toen kwam ROSAT op het toneel:alleen al in de eerste zes maanden, de verkenner vond er meer dan 100, 000 nieuwe röntgenbronnen.

ROSAT observeerde vervolgens geselecteerde bronnen:objecten in het zonnestelsel, sterren en gas in de Melkweg, verre sterrenstelsels. Deze tweede fase zou een jaar duren, maar dat werden er acht. De Max Planck-onderzoekers konden altijd op enkele verrassingen rekenen. Hun satelliet leverde de eerste röntgenfoto van de maan, en ontdekte de emissies van de Hyakutake-komeet. Dat laatste was aanvankelijk een puzzel, omdat kometen als "vuile sneeuwballen" werden beschouwd. Maar om röntgenlicht uit te zenden, temperaturen van miljoenen graden nodig zijn, of zeer energierijke elektronen. De oplossing:kometen genereren zelf geen straling, maar worden verlicht door hun interactie met de zonnewind, een stroom van elektrisch geladen deeltjes.

ROSAT leverde het eerste complete overzicht van het universum, van de kleine bruine dwergen tot de rode superreuzen, en observeerde compacte stellaire overblijfselen zoals witte dwergen, neutronensterren, zwarte gaten en supernovaresten. Studies van sterrenstelsels en clusters leverden nieuwe informatie op over de rol van donkere materie in de evolutie van de kosmos. Eindelijk, ROSAT bewees dat actieve galactische kernen en quasars aan de randen van ruimte en tijd ten minste 80 procent bijdragen aan de achtergrondstraling in het röntgenbereik, dus het oplossen van een 30 jaar oude puzzel.

Terwijl de verkenner ijverig gegevens verzamelde, zijn gyroscopen, gebruikt om de satelliet in de ruimte te stabiliseren, begon te mislukken. De onderzoekers, vooral Günther Hasinger, die later Max Planck-directeur zou worden, en de MBB-ingenieurs, snel het navigatiesysteem aangepast en ROSAT voorzien van een nieuwe, maar toch eeuwenoud systeem:het gebruikte kompas om zich te oriënteren op het aardmagnetisch veld. De satelliet werkte nu weer perfect. Op 25 april, 1998, echter, de belangrijkste stersensor op de röntgentelescoop begaf het. ROSAT was eindelijk te oud geworden. Ondanks de toenemende hindernissen, het observatorium ging door tot 17 december, 1998. Op 12 februari ging het contact verloren 1999. ROSAT had meer gedaan dan alleen haar missie vervullen. In totaal 4, 000 wetenschappers uit 24 landen gebruiken zijn gegevens.