Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Operaties beginnen de visie van Euclides te ontdooien

Euclides is ontworpen om heinde en verre te kijken om enkele van de meest fundamentele vragen over ons universum te beantwoorden:wat zijn donkere materie en donkere energie? Welke rol speelden ze bij de vorming van het kosmische web? De missie zal miljarden verre sterrenstelsels catalogiseren door met haar gevoelige telescoop de hemel af te scannen. Credit:ESA

Een paar lagen waterijs – zo breed als een DNA-streng – beginnen de visie van Euclides te beïnvloeden; een veelvoorkomend probleem voor ruimtevaartuigen in de vrieskou van de ruimte, maar een potentieel probleem voor deze zeer gevoelige missie die opmerkelijke precisie vereist om de aard van het donkere universum te onderzoeken.



Na maanden van onderzoek testen Euclid-teams in heel Europa nu een nieuw ontworpen procedure om de optica van de missie te ontdooien. Als ze succesvol zijn, zullen de operaties het plan van de missieteams valideren om het optische systeem van Euclides de rest van zijn leven in een baan om de aarde zo ijsvrij mogelijk te houden.

Het visioen van Euclides wordt wazig als hij 'naar buiten' stapt

Tijdens het verfijnen en kalibreren van de instrumenten van Euclides na de lancering en de voorbereidingen voor de start van het eerste onderzoek van de missie, merkten wetenschappelijke operationele experts de afgelopen maanden een kleine maar progressieve afname op in de hoeveelheid licht gemeten van sterren die herhaaldelijk werden waargenomen met het zichtbare instrument (VIS). ).

Euclides ervaart een veelvoorkomend probleem waarmee ruimtevaartuigen worden geconfronteerd zodra ze de ruimte bereiken:water dat tijdens de montage op aarde uit de lucht wordt geabsorbeerd, komt nu geleidelijk vrij uit bepaalde onderdelen van het ruimtevaartuig, onder invloed van het vacuüm van de ruimte.

In de vrieskou van de nieuwe omgeving van Euclides hebben de vrijgekomen watermoleculen de neiging zich te hechten aan het eerste oppervlak waarop ze landen – en wanneer ze op de optica van deze uiterst gevoelige missie landen, kunnen ze problemen veroorzaken.

‘We vergeleken het door het VIS-instrument binnenkomende sterrenlicht met de geregistreerde helderheid van dezelfde sterren op eerdere tijdstippen, waargenomen door zowel Euclid als ESA’s Gaia-missie’, legt Mischa Schirmer uit, kalibratiewetenschapper voor het Euclid-consortium en een van de belangrijkste ontwerpers van het nieuwe ontdooiplan.

‘Sommige sterren in het heelal variëren in helderheid, maar de meerderheid is vele miljoenen jaren stabiel. Dus toen onze instrumenten een zwakke, geleidelijke afname van het aantal binnenkomende fotonen detecteerden, wisten we dat zij het niet waren – wij waren het. "

Er werd altijd verwacht dat water zich geleidelijk zou kunnen ophopen en het gezichtsvermogen van Euclides zou kunnen vervuilen, omdat het erg moeilijk is om een ​​ruimtevaartuig vanaf de aarde te bouwen en te lanceren zonder dat een deel van het water in de atmosfeer van onze planeet erin kruipt.

Om deze reden was er kort na de lancering een "uitgassingscampagne", waarbij de telescoop werd opgewarmd door verwarmingstoestellen aan boord en ook gedeeltelijk werd blootgesteld aan de zon, waardoor de meeste watermoleculen die bij de lancering aanwezig waren op of vlakbij de oppervlakken van Euclides werden gesublimeerd. Een aanzienlijk deel heeft het echter overleefd, doordat het werd opgenomen in de meerlaagse isolatie, en komt nu langzaam vrij in het vacuüm van de ruimte.

Na een enorme hoeveelheid onderzoek – waaronder laboratoriumstudies naar hoe minuscule ijslagen op spiegeloppervlakken licht verstrooien en reflecteren – en maanden van kalibraties in de ruimte, stelde het team vast dat verschillende lagen watermoleculen waarschijnlijk bevroren zijn op spiegels in de optica van Euclides. Waarschijnlijk slechts enkele tot enkele tientallen nanometers dik – wat overeenkomt met de breedte van een DNA-streng – is dit een opmerkelijk bewijs van de gevoeligheid van de missie om zulke kleine hoeveelheden ijs te detecteren.

Terwijl de observaties en wetenschap van Euclides voortduren, hebben teams een plan bedacht om te begrijpen waar het ijs zich in het optische systeem bevindt en de impact ervan nu en in de toekomst te verzachten, als het zich blijft ophopen.

ESA's Euclid-missie is ontworpen om de samenstelling en evolutie van het donkere heelal te onderzoeken. De ruimtetelescoop zal een geweldige kaart maken van de grootschalige structuur van het heelal in ruimte en tijd door miljarden sterrenstelsels te observeren tot op een afstand van 10 miljard lichtjaar, verspreid over meer dan een derde van de hemel. Euclides zal onderzoeken hoe het heelal zich heeft uitgebreid en hoe structuur zich in de loop van de kosmische geschiedenis heeft gevormd, waardoor meer wordt onthuld over de rol van de zwaartekracht en de aard van donkere energie en donkere materie. Credit:Europees Ruimteagentschap

Gloednieuw plan om Euclid te ontsmetten vanaf 1,5 miljoen km afstand

"Een complexe missie vereist een gezamenlijke reactie van teams uit heel Europa, en ik ben ongelooflijk dankbaar voor de inzet en vaardigheden die zovelen hierin hebben gestoken", zegt Ralf Kohley, Euclid Instrument Operations Scientist die de reactie coördineerde.

"Het vergde werk van teams in het technische hart van ESA's ESTEC in Nederland, het ESAC science operations center in Madrid en het Flight Control Team bij de ESOC-missiecontrole in Darmstadt, maar we hadden dit niet kunnen doen zonder het Euclid-consortium en de kritische input die we hebben gekregen van hoofdaannemer van ruimtevaartuigen Thales Alenia Space en zijn industriële partner Airbus Space."

De eenvoudigste optie zou zijn om de ontsmettingsprocedure te gebruiken die ruim vóór de lancering is ontwikkeld en het hele ruimtevaartuig te verwarmen. Teams bij de missiecontrole stuurden de opdracht om elke verwarming aan boord een aantal dagen aan te zetten, waarbij de temperatuur langzaam steeg van ongeveer –140 °C tot, in sommige delen van het ruimtevaartuig, een “zwoele” –3 °C.

Als je dit doet, wordt de optiek gereinigd, maar wordt ook de gehele mechanische structuur van het ruimtevaartuig verwarmd. Naarmate de meeste materialen warmer worden, zetten ze uit en keren ze niet noodzakelijkerwijs terug naar precies dezelfde staat na een week lang afkoelen, wat een potentieel subtiel verschil in de optische uitlijning van Euclides betekent. Dit is niet voldoende voor zo'n gevoelige missie waarbij effecten op de optica kunnen worden opgemerkt door een temperatuurverandering van slechts een fractie van een graad, waarvoor minstens enkele weken van nauwkeurige herkalibratie nodig is.

"De meeste andere ruimtemissies stellen niet zulke veeleisende eisen aan 'thermo-optische stabiliteit' als Euclid", legt Andreas Rudolph uit, Euclid Flight Director bij ESA's missiecontrole.

“Om de wetenschappelijke doelen van Euclides te verwezenlijken, namelijk het maken van een 3D-kaart van het universum door miljarden sterrenstelsels tot op 10 miljard lichtjaar afstand, verspreid over meer dan een derde van de hemel, te observeren, betekent dit dat we de missie ongelooflijk stabiel moeten houden – en dat geldt ook voor de Het inschakelen van de verwarmingen in de payload-module moet daarom met uiterste voorzichtigheid gebeuren."

Om thermische veranderingen te beperken, zal het team beginnen met het individueel verwarmen van optische delen van het ruimtevaartuig met een laag risico, gelegen in gebieden waar het vrijkomend water waarschijnlijk geen andere instrumenten of optica zal vervuilen. Ze beginnen met twee spiegels van Euclides die onafhankelijk van elkaar kunnen worden opgewarmd. Als het verlies aan licht aanhoudt en een impact begint te krijgen op de wetenschap, zullen ze doorgaan met het opwarmen van andere groepen van de spiegels van Euclides, waarbij ze elke keer kijken welk percentage fotonen ze terugkrijgen.

Er zullen tijdens de levensduur van de missie kleine hoeveelheden water binnen Euclides blijven vrijkomen, dus er is een langetermijnoplossing nodig om de optica regelmatig te ontdooien zonder al te veel kostbare missietijd in beslag te nemen. Euclides heeft zes jaar de tijd om zijn onderzoek te voltooien .

"VIS zal zwakke zwaartekrachtlenzen meten - hoe materie in het universum zich heeft samengebundeld onder invloed van de zwaartekracht terwijl het universum uitdijt - en om dit te begrijpen:hoe meer sterrenstelsels we waarnemen, hoe beter", legt Reiko Nakajima, VIS-instrumentwetenschapper, uit.

‘Het ontdooien zou het vermogen van Euclides om licht van deze oude sterrenstelsels te verzamelen moeten herstellen en behouden, maar het is de eerste keer dat we deze procedure uitvoeren. We hebben zeer goede inschattingen over aan welk oppervlak het ijs blijft plakken, maar dat zullen we niet doen. zeker totdat we het doen."

Mischa concludeert:‘Als we het getroffen gebied eenmaal hebben geïsoleerd, hopen we dat we dit geïsoleerde deel van het ruimtevaartuig in de toekomst eenvoudigweg kunnen opwarmen als dat nodig is. Wat we doen is heel complex en fijnmazig, zodat we Bespaar kostbare tijd in de toekomst. Ik ben enorm opgewonden om te ontdekken waar dit waterijs zich precies ophoopt en hoe goed ons plan zal werken."

Ondanks hoe vaak dit besmettingsprobleem voorkomt bij ruimtevaartuigen die in koude omstandigheden opereren, is er verrassend weinig gepubliceerd onderzoek over hoe ijs zich precies vormt op optische spiegels en de impact ervan op waarnemingen. Euclides zou niet alleen de aard van donkere materie kunnen onthullen, maar het zou ook licht kunnen werpen op een kwestie die onze zwervende ogen in de ruimte al lange tijd plaagt, terwijl we naar de aarde en het universum staren.

Geleverd door European Space Agency




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Is diepgevroren kabeljauw net zo lekker als vers?
  2. Als apen het bos als apotheek gebruiken
  3. Herstel van zeezoogdieren aan de westkust verhoogt de consumptie van chinookzalm
  4. Hormonen die calcium en fosfaat reguleren Homeostase
  5. Uit onderzoek blijkt dat de afkoeling van de oceaan gedurende millennia heeft geleid tot grotere vissen
  6. Onderzoek toont belang aan van dieren in het wild bij het bestrijden van teken
  7. Antibiotica ontdekking in de afgrond
  8. Er is dringend behoefte aan een oplossing voor een maas in de houtkap in het voorgestelde Great Koala National Park
  9. Japan Fisheries Agency stelt voor de commerciële vangst van gewone vinvissen toe te staan

Wetenschap