Nadchodzi koniec kosmicznej misji Herschel. Co stracimy?

Obserwatorium orbitalne Herschel wyniesione zostało z Ziemi 14 maja 2009 roku. Na wyposażeniu teleskopu z lustrem o średnicy 3,5 metra znalazły się przede wszystkim 3 instrumenty naukowe: dwie kamery/spektrometry obrazujące oraz dedykowany spektrometr o wysokiej rozdzielczości. W celu dokonywania najdokładniejszych w historii obserwacji w zakresie od dalekiej podczerwieni do fal submilimetrowych detektory instrumentu schładzane są do temperatury -271 stopni Celsjusza, czyli niemal zera absolutnego.

To właśnie z uwagi na chłodzenie instrumentów długość trwania misji tego obserwatorium była ograniczona. W momencie startu z Ziemi w specjalnym termicznym zbiorniku teleskopu (kriostacie, widocznym na drugim zdjęciu w galerii tego artykułu) znajdowało się 2300 litrów płynnego helu o masie 335 kg, który niestety wraz z czasem ulega odparowywaniu. Projektanci zakładali, iż zapasy chłodziwa ulegną wyczerpaniu po około 3 latach trwania misji. Do chwili obecnej, zgodnie z planem zrealizowane zostały wszystkie główne cele tej misji, a ilość przeprowadzonych godzin obserwacji sięgnęła około 22 tys. godzin - około 10 proc. więcej niż zakładano, że będzie wykonanych.

Dokładny termin wyczerpania chłodziwa nie jest znany, jednak operatorzy obserwatorium spodziewają się uzyskać podwyższone odczyty temperatury instrumentów w czasie jednej z najbliższych sesji wymiany danych. Zarejestrowanie nagłego skoku temperatury będzie oznaczało definitywne wyczerpanie chłodziwa i w tym momencie rozpoczną się przygotowania do zakończenia misji teleskopu. Po przeprowadzeniu określonych testów technicznych, Herschel na początku maja zostanie skierowany na stabilną orbitę wokółsłoneczną.

Tymczasem najbardziej intensywny okres czerpania korzyści z danych zebranych przez obserwatorium Herschel dopiero teraz stanie się zauważalny. W ciągu ostatnich miesięcy za pomocą tego europejskiego teleskopu dokonano wielu ciekawych i ważnych dla astronomii obserwacji. Poniżej przedstawiamy kilka z nich.

Obserwacje Alpha Centauri

Za pomocą Herschela dokonano detekcji chłodnej warstwy w atmosferze gwiazdy Alpha Centauri, co oznacza pierwszą tego typu obserwację w historii dot. innej gwiazdy niż nasze Słońce. Odkrycie to może mieć przełożenie na zrozumienie aktywności naszej Dziennej Gwiazdy oraz być może także zgłębienia tajemnic systemów protoplanetarnych.

W najbliższym sąsiedztwie Słońca leżą trzy gwiazdy systemu Alpha Centauri. Czerwony karzeł, Proxima Centauri, leży bliżej nas, bo w odległości około 4,24 lat świetnych. Tymczasem nieco dalej, w odległości 4,37 lat świetlnych, położony jest ciasny układ podwójny - Alpha Centauri AB. Składnik B z tego układu podwójnego stał się ostatnio bardziej rozpoznawalny z uwagi na wykrycie krążącego wokół niego kandydata na egzoplanetę wielkości Ziemi. Z kolei składnik A jest w zasadzie bliźniaczo podobny do Słońca jeśli idzie o masę, temperaturę, strukturę i wiek, co zapewnia dobre porównanie w badaniach astrofizycznych.

Wyniki obserwacji gwiazdy Alpha Centauri A w zakresie dalekiej podczerwieni, wykonanych właśnie za pomocą teleskopu Herschela, zostały porównane z rezultatami uzyskanymi z modeli symulujących atmosfery gwiazd. Astronomowie w ten sposób zarejestrowali pierwszy przypadek chłodnej warstwy w atmosferze innej gwiazdy niż nasze Słońce.

Jedną z najciekawszych warstw atmosfery Słońca jest obecna na wysokości kilkuset kilometrów nad powierzchnią chromosfera, która posiada temperaturę minimum około 4000 stopni Celsjusza. Powyżej znajduje się korona słoneczna o temperaturze kilku milionów stopni Celsjusza, a poniżej fotosfera, czyli powierzchnia Słońca, której temperatura wynosi zaledwie 6000 stopni Celsjusza. Rozbieżności te spowodowane są najprawdopodobniej przez dynamicznie zachowujące się linie pola magnetycznego, transportujące energię poprzez atmosferę ku przestrzeni kosmicznej. Trzecia grafika w galerii artykułu obrazuje atmosferę gwiazdy podobnej do Słońca.

Dotychczasowe badania tego procesu transferu energii były praktycznie ograniczone do Słońca. Wraz z przeprowadzeniem udanych obserwacji Alpha Centauri A astronomowie uzyskali cenny obiekt do porównania. Efektem dalszych badań może być lepsze zrozumienie procesów zachodzących w atmosferach gwiazd, a dodatkowo także możliwość zweryfikowania obecności pyłowych dysków wokół gwiazd takich jak Słońce.

Obserwacje asteroidy Apophis

Z pewnością jedną z najbardziej znanych asteroid ostatnich lat jest Apophis (99942, znana wcześniej jako 2004 MN4), należąca do klasy obiektów bliskich Ziemi NEO. Pierwsze wyliczenia dotyczące orbity tego obiektu wskazywały na 2,7-procentową szansę zderzenia z Ziemią w kwietniu 2029 roku. Prawdopodobieństwo to spadło po przeprowadzeniu kolejnych badań, jednak do tego czasu media zdążyły przypiąć tej asteroidzie łatkę "obiektu zagłady".

W 2029 roku asteroida ta przeleci w odległości 36 tys. km od Ziemi, znajdując się bliżej powierzchni od satelitów geostacjonarnych. Następnie przewiduje się jej powrót w 2036 roku. Z pewnością przelot w pobliżu naszej planety w 2029 roku wpłynie na jej orbitę, stąd poznanie jej dokładnych wymiarów i właściwości jest bardzo pożądane. W efekcie możliwe będzie przeprowadzenie dokładniejszych obliczeń w przypadku symulacji obejmujących kolejne powroty tego obiektu w pobliże Ziemi.

Na początku obecnego roku miał miejsce przelot Apophis w pobliżu Ziemi w odległości 14,5 mln kilometrów. Okazję tę wykorzystali operatorzy obserwatorium Herschel (na czwartym zdjęciu w galerii tego artykułu widać zdjęcia asteroidy wykonane przez teleskop Herschel). Na podstawie przeprowadzonych obserwacji powiększono szacowaną średnicę asteroidy o 20 proc. do wartości 325 plus minus 15 metrów, co jednocześnie oznacza większe o 75 proc. wartości objętości oraz masy.

Poprzez analizę emitowanego przez Apophis ciepła, Herschel dostarczył także nową wartość albedo obiektu (wyznaczającą współczynnik odbicia światła) na 0,23. Znana wartość tego parametru może pomóc określić jaki wpływ na orbitę danego obiektu ma promieniowanie słoneczne (proces znany jako efekt Jarkowskiego).

Detekcja olbrzymich ilości wody

Gwiazdy formują się pośród zimnych, ciemnych chmur gazu i pyłu. Woda, jako esencja życia znanego na naszej Ziemi, była wcześniej obserwowana poza Układem Słonecznym w formie lodu, który osiadł na małych ziarenkach pyłu obecnych w pobliżu aktywnych rejonów gwiazdotwórczych oraz w protoplanetarnych dyskach.

Na podstawie wykonanych przez obserwatorium Herschel obserwacji rejonu Lynds 1544 w konstelacji Byka po raz pierwszy w historii zarejestrowano wodę w postaci lotnej, której ilość oszacowano na 2000 ekwiwalentów ilości wody na Ziemi (ostatnie zdjęcie w galerii tego artykułu). Woda oddzieliła się od ziaren pyłu na skutek przenikającego przez ten rejon wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego.

Wykonane obserwacje pozwalają lepiej zrozumieć wpływ promieniowania kosmicznego na utrzymanie wody w określonej postaci oraz procesy chemiczne, zachodzące w obszarach, gdzie rodzą się gwiazdy. Dodatkowo obserwacje ruchu cząsteczek wody w rejonie Lynds 1544 pozwoliły stwierdzić, iż ściągane są one ku centrum tego gazowo-pyłowego obszaru, co wskazuje, iż najprawdopodobniej materia w centrum zaczęła się zapadać (początek procesu powstawania gwiazdy).

Rejon L1544 posiada na tyle dużo zasobów, iż może dać narodziny gwieździe podobnej do Słońca. Część wykrytej przez obserwatorium Herschel wody zostanie najprawdopodobniej wchłonięta przez tworzącą się gwiazdę, jednak reszta trafi do tworzącego się dysku protoplanetarnego, zapewniając obfite źródło dla tworzących się planet. Dzięki obserwatorium Herschel naukowcy mogą po raz pierwszy prześledzić "wędrówkę" wody, od postaci chmury do formy obecnej na Ziemi.

Źródło informacji (ESA)

Maciej Mickiewicz