Евклид призван заглянуть далеко и широко, чтобы ответить на некоторые из наиболее фундаментальных вопросов о нашей Вселенной: что такое темная материя и темная энергия? Какую роль они сыграли в формировании космической паутины? Миссия каталогизирует миллиарды далеких галактик, сканируя небо с помощью чувствительного телескопа. Кредит: ЕКА
Несколько слоев водяного льда — толщиной с нить ДНК — начинают влиять на зрение Евклида; Это обычная проблема для космических кораблей в морозном космосе, но и потенциальная проблема для этой весьма деликатной миссии, требующей исключительной точности для исследования природы темной вселенной.
После нескольких месяцев исследований команды Евклида по всей Европе сейчас тестируют недавно разработанную процедуру удаления льда с оптики миссии. В случае успеха операции подтвердят план команд миссии по сохранению оптической системы Евклида как можно более незамерзшей до конца его жизни на орбите.
Зрение Евклида затуманивается, когда он выходит «снаружи»
В последние месяцы, настраивая и калибруя инструменты Евклида после запуска и готовясь к началу первого исследования миссии, эксперты по научным операциям заметили небольшое, но постепенное уменьшение количества света, измеряемого от звезд, неоднократно наблюдаемых с помощью видимого инструмента (VIS). ).
Евклид сталкивается с общей проблемой, с которой сталкиваются космические корабли, когда они попадают в космос: вода, поглощенная из воздуха во время сборки на Земле, теперь постепенно высвобождается из некоторых компонентов космического корабля, вытесненная космическим вакуумом.
В ледяном холоде новой среды Евклида высвободившиеся молекулы воды имеют тенденцию прилипать к первой поверхности, на которую они приземляются, и когда они приземляются на оптику этой высокочувствительной миссии, они могут вызвать проблемы.
«Мы сравнили звездный свет, проходящий через инструмент VIS, с зарегистрированной яркостью тех же звезд в более раннее время, наблюдаемой как Евклидом, так и миссией ЕКА Гайя», — объясняет Миша Ширмер, специалист по калибровке консорциума Евклида и один из главных разработчиков новый план борьбы с обледенением.
«Некоторые звезды во Вселенной различаются по своей светимости, но большинство из них стабильны в течение многих миллионов лет. Поэтому, когда наши инструменты обнаружили слабое, постепенное снижение количества поступающих фотонов, мы знали, что это были не они, а мы. «
Всегда ожидалось, что вода может постепенно накапливаться и загрязнять зрение Евклида, поскольку очень сложно построить и запустить космический корабль с Земли без проникновения в него части воды из атмосферы нашей планеты.
По этой причине вскоре после запуска была проведена «кампания по дегазации», в ходе которой телескоп был прогрет бортовыми обогревателями, а также частично подвергнут воздействию солнца, сублимируя большую часть молекул воды, присутствующих при запуске на поверхности Евклида или очень близко к ней. Однако значительная часть выжила, поглотившись многослойной изоляцией, и теперь медленно высвобождается в космическом вакууме.
После огромного количества исследований, включая лабораторные исследования того, как крохотные слои льда на зеркальных поверхностях рассеивают и отражают свет, и месяцев калибровок в космосе, команда определила, что несколько слоев молекул воды, вероятно, заморожены на зеркалах в оптике Евклида. Вероятно, толщина всего от нескольких до нескольких десятков нанометров — что эквивалентно ширине нити ДНК — то, что она обнаруживает такое крошечное количество льда, является замечательным свидетельством чувствительности миссии.
Пока наблюдения и научные исследования Евклида продолжаются, команды разработали план, позволяющий понять, где находится лед в оптической системе, и смягчить его воздействие сейчас и в будущем, если он продолжит накапливаться.
Совершенно новый план по обеззараживанию Евклида на расстоянии 1,5 миллиона километров
«Сложная миссия требует объединенного ответа команд по всей Европе, и я невероятно благодарен за усилия и навыки, которые многие вложили в нее», — говорит Ральф Коули, научный сотрудник Euclid Instrument Operations, который координировал ответные действия.
«Это потребовало работы команд технического центра ESTEC ЕКА в Нидерландах, научно-операционного центра ESAC в Мадриде и группы управления полетом центра управления полетами ESOC в Дармштадте, но мы не смогли бы сделать это без консорциума Euclid и критически важного вклада. мы получили от генерального подрядчика космических кораблей Thales Alenia Space и ее промышленного партнера Airbus Space».
Самый простой вариант — использовать процедуру дезактивации, разработанную задолго до запуска, и прогреть весь космический корабль. Команды управления полетом посылали команды на включение всех бортовых обогревателей на несколько дней, медленно повышая температуру примерно с –140 °C до «мягких» –3 °C в некоторых частях космического корабля.
Это очистит оптику, но также нагреет всю механическую конструкцию космического корабля. Когда большинство материалов нагреваются, они расширяются и не обязательно возвращаются в то же состояние после недельного охлаждения, что означает потенциально небольшую разницу в оптическом выравнивании Евклида. Это не подойдет для такой чувствительной миссии, где на оптике можно заметить влияние изменения температуры всего на долю градуса, требующего как минимум нескольких недель точной повторной калибровки.
«Большинство других космических миссий не предъявляют таких строгих требований к «термооптической стабильности», как Евклид», — объясняет Андреас Рудольф, руководитель полета Евклида в управлении полетами ЕКА.
«Чтобы выполнить научные цели Евклида по созданию трехмерной карты Вселенной путем наблюдения за миллиардами галактик на расстоянии до 10 миллиардов световых лет, на более чем трети неба, это означает, что мы должны поддерживать миссию невероятно стабильной — и это включает в себя ее Поэтому включение нагревателей в модуле полезной нагрузки должно осуществляться с особой осторожностью».
Чтобы ограничить температурные изменения, команда начнет с индивидуального нагрева оптических частей космического корабля с низким уровнем риска, расположенных в местах, где выброшенная вода вряд ли загрязнит другие инструменты или оптику. Они начнут с двух зеркал Евклида, которые можно нагревать независимо. Если потеря света сохранится и начнет оказывать влияние на науку, они продолжат нагревать другие группы зеркал Евклида, каждый раз проверяя, какой процент фотонов они возвращают.
Небольшое количество воды будет продолжать выделяться внутри Евклида в течение всего срока миссии, поэтому необходимо долгосрочное решение для регулярного удаления льда с оптики, не отнимая слишком много драгоценного времени миссии — у Евклида есть шесть лет, чтобы завершить исследование. .
«ВИС будет измерять слабое гравитационное линзирование — то, как материя во Вселенной скапливается под действием гравитации по мере расширения Вселенной — и чтобы понять это, чем больше галактик мы наблюдаем, тем лучше», — объясняет Рэйко Накадзима, ученый-инструментарий ВИС.
«Противообледенение должно восстановить и сохранить способность Евклида собирать свет от этих древних галактик, но мы проводим эту процедуру впервые. У нас есть очень хорошие предположения о том, к какой поверхности прилипает лед, но мы не будем конечно, пока мы это не сделаем».
Миша заключает: «Как только мы изолируем пораженную зону, есть надежда, что мы сможем просто прогревать эту изолированную часть космического корабля в будущем по мере необходимости. То, что мы делаем, очень сложное и детально детализированное, так что мы можем сэкономьте драгоценное время в будущем — я очень рад узнать, где именно скапливается этот водяной лед и насколько хорошо сработает наш план».
Несмотря на то, насколько распространена эта проблема загрязнения для космических кораблей, работающих в холодных условиях, на удивление мало опубликованных исследований о том, как именно образуется лед на оптических зеркалах и его влиянии на наблюдения. Евклид мог бы не только раскрыть природу темной материи, но и пролить свет на проблему, которая долгое время мучила наши глаза, блуждающие по космосу, всматривающиеся в Землю и во Вселенную.
Информация от: Европейским космическим агентством
