Benutzer:GloBegal/Great Observatories program

Vier große Observatorien

NASA’s Serie von Großen Beobachtungsstellen Satelliten sind vier große, starke weltraumgestützte astronomische Teleskope gestartet zwischen 1990 und 2003. Sie wurden mit verschiedenen Technologien gebaut um spezifische Wellenlängen-/Energiebereiche des elektromagnetischen Spektrums zu untersuchen Gammastrahlen,Röntgenstrahlen,sichtbares und ultraviolettes Licht und Infrarotlicht.

Die Hubble-Weltraumteleskop (HST) beobachteten hauptsächlich sichtbares Licht und nahezu ultraviolettes. Es wurde 1990 an Bord der Space Shuttle Discovery während STS 31 gestartet, aber sein Hauptspiegel war falsch geschliffen worden, was zu sphärischen Aberration führte, die die Fähigkeiten des Teleskops beeinträchtigt. Die Optiken wurden 1993 durch die Wartungsmission STS-61 auf ihre beabsichtigte Qualität korrigiert.1997 erweiterte die Wartungsmission STS-82 die Kapazität im nahen Infrarotbereich, und 2009 erneuerte die Wartungsmission STS-125 das Teleskop und verlängerte seine voraussichtliche Lebensdauer. Ab Juli 2024 ist das Teleskop weiterhin aktiv.

Die Compton Gamma Ray Observation (CGRO) beobachtete hauptsächlich Gammastrahlen, aber es hat sich auf harte Röntgenstrahlen ausgedehnt. Es wurde 1991 an Bord von Atlantis während der STS-37 gestartet. Es wurde im Jahr 2000 nach einem Ausfall eines Gyroskops de-orbitiert.

Die Chandra X-Ray Observatory (CXO) untersuchte hauptsächlich weiche Röntgenstrahlung. Es wurde 1999 an Bord der Columbia während der STS-93 in eine elliptische Erdumlaufbahn gestartet und hieß ursprünglich Advanced X-ray Astronomical Facilizy (AXAF). ES ist seit Juli 2024 in Betrieb.

Die Spitzer Space Telescope (SST) untersuchte das Infrarot-Spektrum. Es wurde 2003 an Bord einer Delta-II-Rakete in eine Erdumlaufbahn gestartet. Der Verlust des flüssigen Helium-Kühlmittels im Jahr 2009 reduzierte seine Funktionalität, so dass es nur noch zwei kurzwellige Bildgebungsmodule hatte. Es wurde am 30. Januar 2020 aus dem Betrieb genommen und in den sicheren Modus versetzt.

Die Ursprünge des Programms der Großen Sternwarte

Das Konzept eines Great Observatory programms wurde erstmals 1979 in dem NRC-Bericht "A Strategy for Space Astronomy and Astrophysics for the 1980s" vorgeschlagen. Dieser Bericht bildete die wesentliche Grundlage für die Great Observatories unter dem Vorsitz von Peter Meyer (bis Juni 1977) und dann von Harlan J. Smith (durch Veröffentlichung).Mitte der 1980er Jahre wurde es von allen Direktoren der Astrophysik-Abteilung im NASA-Hauptquartier weiterentwickelt, einschließlich Frank Martin und Charlie Pellerin. Das NASA-Programm "Great Observatories" verwendete vier getrennte Satelliten, die jeweils einen anderen Teil des Spektrums abdecken sollten, wie dies bei terrestrischen Systemen nicht möglich war. Diese Perspektive ermöglichte es, die vorgeschlagenen Röntgen- und Infrarot-Observatorien angemessen als Fortsetzung des astronomischen Programms zu betrachten, das mit Hubble und CGRO begonnen wurde und nicht als Wettbewerber oder Ersatz.Zwei von der NASA veröffentlichte und für die NASA-Astrophysik-Abteilung und die NASA-Astrophysik-Management-Arbeitsgruppe erstellte erläuternde Dokumente enthielten die Gründe für die Reihe von Observatorien und Fragen, die im gesamten Spektrum behandelt werden könnten. Sie spielten eine wichtige Rolle bei der Kampagne, um die Zustimmung für die vier Teleskope zu gewinnen und aufrechtzuerhalten.date=April 2024

Große Observatorien

Hubble-Weltraumteleskop

Chandra X-ray Observatorium

Haupttitel: Hubble-Weltraumteleskop

Die Geschichte des Hubble-Weltraumteleskops lässt sich bis ins Jahr 1946 zurückverfolgen, als der Astronom Lyman Spitzer den Artikel Astronomische Vorteile eines extraterrestrischen Observatoriums verfasste. Spitzer widmete einen Großteil seiner Karriere dem Drängen auf ein Weltrauteleskop.

Die Mission des Orbiting Astronomical Observatory 1966-1972 zeigten die wichtige Rolle weltraumgestützter Beobachtungen in der Astronomie. 1968 entwickelte die NASA feste Pläne für ein weltraumgestütztes Spiegelteleskop mit einem 3-Meter-Spiegel, das vorläufig als Large Orbiting Telescope oder Large Space Telescope (LST) bekannt ist. Der Start ist für 1979 geplant. Der Kongress genehmigte schließlich die Finanzierung von 36 Millionen US-Dollar für 1978, und die Konstruktion des LST begann ernsthaft und zielte auf einen Start im Jahr 1983 ab. Anfang der 1980er Jahre wurde das Teleskop nach Edwin Hubble benannt.

Hubble sollte ursprünglich vom Space Shuttle geborgen und zur Erde zurückgebracht werden, aber der Rückholplan wurde später aufgegeben. Oktober 2006 gab NASA-Administrator Michael D. Griffin grünes Licht für eine letzte Sanierungsmission.Die am 11. Mai 2009 gestartete 11-tägige STS-125-Mission des Space Shuttles Atlantis installierte neue Batterien, ersetzte alle Gyroskope, ersetzte einen Kommandocomputer, reparierte mehrere Instrumente und installierte die Wide Field Camera 3 und den Cosmic Origins Spectrograph.

Compton Gamma Ray Observatorium

Compton Gamma Ray Observatorium

Haupttitel: Compton Gamma Ray Observatorium

Die Gammastrahlen wurden von mehreren frühen Weltraummissionen über der Atmosphäre untersucht. Während ihres High Energy Astronomy Observatory Program im Jahr 1977 kündigte die NASA Pläne an, ein "großartiges Observatorium" für die Gammastrahlen-Astronomie zu errichten.Das Gamma Ray Observatory (GRO), das in Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) umbenannt wurde, wurde entwickelt, um die großen Fortschritte der Detektortechnologie in den 1980er Jahren zu nutzen.Nach 14 Jahren Arbeit wurde das CGRO am 5. April 1991 in Betrieb genommen. Eines der drei Gyroskope des Compton Gamma Ray Observatoriums fiel im Dezember 1999 aus. Obwohl das Observatorium mit zwei Gyroskopen voll funktionsfähig war, kam die NASA zu dem Schluss, dass der Ausfall eines zweiten Gyroskops dazu führen würde, dass der Satellit während seiner Rückkehr zur Erde aufgrund des Zerfalls der Umlaufbahn nicht mehr kontrolliert werden könnte. Stattdessen entschied sich die NASA, Compton am 4. Juni 2000 präventiv zu de-orbitieren. Teile, die den Wiedereintritt überlebten, spritzten in den Pazifischen Ozean.

Chandra X-ray Observatorium

Chandra X-ray Observatorium

Hauptartikel: Chandra X-ray Observatorium

1976 wurde das Chandra X-ray Observatory (damals AXAF genannt) der NASA von Riccardo Giacconi und Harvey Tananbaum vorgeschlagen. 1976 wurde das Chandra X-ray Observatory (damals AXAF genannt) der NASA von Riccardo Giacconi und Harvey Tananbaum vorgeschlagen.In der Zwischenzeit schoss die NASA 1978 das erste bildgebende Röntgenteleskop Einstein-Observatorium (HEAO-2) in die Erdumlaufbahn. Die Arbeiten am Chandra-Projekt wurden in den 1980er und 1990er Jahren fortgesetzt. 1992 wurde die Sonde umgestaltet, um die Kosten zu senken. Vier der zwölf geplanten Spiegel wurden beseitigt, ebenso zwei der sechs wissenschaftlichen Instrumente. Chandras geplante Umlaufbahn wurde auf eine elliptische umgestellt und erreichte ein Drittel des Weges zum Mond an seinem entferntesten Punkt. Dadurch wurde die Möglichkeit einer Verbesserung oder Reparatur durch das [Space Shuttle program|Space Shuttle]], aber das Observatorium für den größten Teil seiner Umlaufbahn über den Erd Strahlungsgürtel.

Weltraumteleskop Spitzer

Spitzer richtet seine High-Gain-Antenne auf die Erde.

Hauptartikel: Spitzer-Weltraumteleskop

Anfang der 1970er Jahre begannen Astronomen, die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, ein Infrarotteleskop über den verdunkelnden Effekten Atmosphäre der Erde zu platzieren. Die meisten der frühen Konzepte sahen wiederholte Flüge mit dem NASA Space Shuttle vor. Dieser Ansatz wurde zu einer Zeit entwickelt, als man davon ausging, dass das Shuttle-Programm wöchentliche Flüge von bis zu 30 Tagen unterstützen könnte. 1979 identifizierte ein National Research Council der National Academy of Sciences] einen Bericht mit dem Titel "A Strategy for Space Astronomy and Astrophysics for the 1980s" IRTF (Sfrared Telescope Facility) als "eine von zwei großen astrophysikalischen Einrichtungen [zu entwickeln] für Spacelab", eine Shuttle-gestützte Plattform.

Der Start des Infrared Astronomical Satellite, eines Satelliten der Explorer-Klasse, der die erste Infrarot Vermessung des Himmels durchführen sollte, führte zu der Erwartung eines Infrarot-Detektor-Instruments. Im September 1983 erwog die NASA die „Möglichkeit einer langfristigen [Trittflieger]-SIRTF-Mission“. Der Spacelab-2]-Flug an Bord STS-51-F bestätigte, dass die Shuttle-Umgebung für ein Infrarotteleskop an Bord schlecht geeignet war und ein freifliegendes Design. Das erste Wort des Namens wurde von "Shuttle" geändert, so dass es "Space Infrared Telescope Facility" heißen würde.

Spitzer war das einzige der Great Observatories, das nicht vom Space Shuttle gestartet wurde. Ursprünglich sollte es so gestartet werden, aber nach der Challenger Desaster, Centaur LH2]/LOX Oberstufe, die erforderlich gewesen wäre, um es in eine heliozentrische Umlaufbahn zu schieben, wurde der Einsatz des Shuttles untersagt. Titan und Atlas] Trägerraketen wurden aus Kostengründen gestrichen. Nach Neugestaltung und Aufhellung wurde sie 2003 von einer Delta II Trägerrakete gestartet. Vor dem Start hieß sie Space Infrared Telescope Facility (SIRTF). Das Teleskop wurde nach Betriebsende am 30. Januar 2020 abgeschaltet.

Stärken

Chandra, Hubble, und Spitzer kompositbild der Crab Nebula (2009)

Da die Erdatmosphäre verhindert, dass Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und Infrarotstrahlung den Boden erreichen, waren Weltraummissionen für die Observatorien Compton, Chandra und Spitzer unerlässlich. Hubble profitiert auch davon, dass er sich über der Atmosphäre befindet, da die Atmosphäre bodengebundene Beobachtungen sehr schwacher Objekte verwischt, wodurch die räumliche Auflösung sinkt (hellere Objekte können jedoch mit astronomisches Interferometers oder adaptive Optik] vom Boden aus in viel höherer Auflösung als mit Hubble aufgenommen werden).Größere, bodengestützte Teleskope haben erst vor kurzem die Auflösung von Hubble für nahinfrarote Wellenlängen von schwachen Objekten erreicht. Über der Atmosphäre zu sein, beseitigt das Problem von Nachthimmellicht, so dass Hubble ultrafeine Objekte beobachten kann. Bodengestützte Teleskope können das Nachthimmellicht auf ultrafeinen Objekten nicht ausgleichen, weshalb sehr schwache Objekte unhandliche und ineffiziente Belichtungszeiten erfordern. Hubble kann auch bei Ultraviolettstrahlung Wellenlängen beobachten, die nicht in die Atmosphäre eindringen.

Jedes Observatorium wurde entwickelt, um den Stand der Technik in seinem Bereich des elektromagnetischen Spektrums voranzutreiben. Compton war viel größer als alle Gammastrahleninstrumente, die bei den vorangegangenen HEAO]-Missionen geflogen wurden, und eröffnete damit völlig neue Beobachtungsgebiete.Es verfügte über vier Instrumente, die den Energiebereich von 20 keV bis 30 GeV abdeckten und die gegenseitigen Empfindlichkeiten, Auflösungen und Sichtfelder ergänzten.Gammastrahlen werden von verschiedenen Hochenergie- und Hochtemperaturquellen emittiert, wie schwarzes Lochs, [[Pulsar]s und Supernovae.

Chandra hatte ebenfalls keine Bodenvorläufer. Es folgte den drei NASA HEAO-Programm-Satelliten, insbesondere dem sehr erfolgreichen Einstein-Observatorium, der als erster die Leistung von Wolter-Teleskop demonstrierte und die räumliche Auflösung um eine Größenordnung besser als Kollimiert]-Instrumenten (vergleichbar mit optischen Teleskopen), mit einer enormen Verbesserung der Empfindlichkeit.Chandras große Größe, hohe Umlaufbahn und empfindliche CCDs ermöglichten Beobachtungen sehr schwacher Röntgenquellen.

Spitzer beobachtet auch Wellenlängen, die für Bodenteleskope weitgehend unzugänglich sind. Im Weltraum gingen ihm die kleinere IRAS-Mission der NASA und das große ISO-Teleskop European Space Agency (ESA) voraus. Spitzers Instrumente nutzten die raschen Fortschritte der Infrarot-Detektortechnologie seit IRAS, kombiniert mit seiner großen Öffnung, den günstigen Sichtfeldern und der langen Lebensdauer. Die wissenschaftlichen Ergebnisse waren entsprechend hervorragend.^{„[citation needed]“} Infrarotbeobachtungen sind notwendig für sehr weit entfernte astronomische Objekte, bei denen das gesamte sichtbare Licht Rotverschiebung auf Infrarotwellenlängen ausgerichtet ist, für kühle Objekte, die wenig sichtbares Licht aussenden, und für Bereiche, die optisch durch Staub verdeckt sind.

Synergieeffekte

Ein englisch beschriftetes Weltraumbild, das Ansichten eines Supernova-Überrests von drei verschiedenen Großobservatorien vergleicht

Abgesehen von den inhärenten Fähigkeiten der Missionen (insbesondere der Empfindlichkeit, die von Bodenobservatorien nicht erreicht werden kann), ermöglicht das Programm der Großen Sternwarten die Interaktion zwischen den Missionen, um den wissenschaftlichen Ertrag zu erhöhen. Verschiedene Objekte leuchten in unterschiedlichen Wellenlängen, aber wenn zwei oder mehr Observatorien auf ein Objekt ausgerichtet werden, ist ein tieferes Verständnis möglich.

Studien im Hochenergiebereich (Röntgen- und Gammastrahlung) hatten bisher nur eine mäßige Auflösung der Bilder. Die Untersuchung von Röntgen- und Gammastrahlenobjekten mit Hubble sowie Chandra und Compton liefert genaue Größen- und Positionsdaten. Insbesondere kann mit der Hubble-Auflösung oft festgestellt werden, ob es sich bei dem Zielobjekt um ein eigenständiges Objekt oder um einen Teil einer Muttergalaxie handelt, und ob sich ein helles Objekt im Kern, in den Armen oder im Halo einer Spiralgalaxie befindet. Ebenso bedeutet die kleinere Öffnung von Spitzer, dass Hubble feinere räumliche Informationen zu einem Spitzer-Bild hinzufügen kann. Im März 2016 wurde berichtet, dass Spitzer und Hubble zur Entdeckung der am weitesten entfernten bekannten Galaxie, GN-z11, verwendet wurden. Dieses Objekt wurde so gesehen, wie es vor 13,4 Milliarden Jahren erschien. (List of the most distant astronomical objects)

Ultraviolette Studien mit Hubble geben auch Aufschluss über die zeitlichen Zustände hochenergetischer Objekte. Röntgen- und Gammastrahlen sind mit den derzeitigen Technologien schwieriger zu erfassen als sichtbare und ultraviolette Strahlung. Daher benötigten Chandra und Compton lange Integrationszeiten, um genügend Photonen zu sammeln. Objekte, die in Röntgen- und Gammastrahlen leuchten, können jedoch klein sein und sich in Zeitskalen von Minuten oder Sekunden verändern. Solche Objekte müssen dann mit Hubble oder dem Rossi X-ray Timing Explorer verfolgt werden, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Bauweise Details in Winkelsekunden oder Sekundenbruchteilen messen können. Rossis letztes volles Betriebsjahr war 2011.

Die Fähigkeit von Spitzer, durch Staub und dichte Gase hindurchzusehen, ist für die Beobachtung galaktischer Kerne von Vorteil. Massive Objekte im Herzen von Galaxien leuchten in Röntgen-, Gammastrahlen und Radiowellen, aber Infrarotstudien in diesen wolkenverhangenen Regionen können die Anzahl und Position der Objekte aufdecken.

Hubble hingegen hat weder das Sichtfeld noch die verfügbare Zeit, um alle interessanten Objekte zu untersuchen. Lohnenswerte Ziele werden oft mit Bodenteleskopen gefunden, die billiger sind, oder mit kleineren Weltraumobservatorien, die manchmal speziell für die Abdeckung großer Himmelsbereiche konzipiert sind. Auch die anderen drei großen Observatorien haben interessante neue Objekte gefunden, die eine Ablenkung von Hubble verdienen.

Ein Beispiel für die Synergie zwischen Observatorien ist die Erforschung des Sonnensystems und von Asteroiden. Kleine Körper, wie kleine Monde und Asteroiden, sind zu klein und/oder zu weit entfernt, um selbst von Hubble direkt aufgelöst zu werden; ihr Bild erscheint als gebeugte Bilder, das durch die Helligkeit und nicht durch die Größe bestimmt wird. Die Mindestgröße kann jedoch von Hubble durch die Kenntnis der Albedo des Körpers abgeleitet werden. Die maximale Größe kann von Spitzer durch die Kenntnis der Temperatur des Körpers bestimmt werden, die größtenteils aus seiner Umlaufbahn bekannt ist. Die tatsächliche Größe des Körpers wird also eingeklammert. Durch weitere Spektroskopie mit Spitzer kann die chemische Zusammensetzung der Oberfläche des Objekts bestimmt werden, die seine mögliche Albedo begrenzt und somit die niedrige Größenabschätzung präzisiert.

Am anderen Ende der kosmischen Entfernungsleiter wurden Beobachtungen mit Hubble, Spitzer und Chandra im Great Observatories Origins Deep Survey kombiniert, um ein Multiwellenlängenbild der Galaxienentstehung und -entwicklung im frühen Universum zu erhalten.

Auswirkungen

Alle vier Teleskope hatten einen wesentlichen Einfluss auf die Astronomie. Die Öffnung neuer Wellenbänder für hochauflösende, hochempfindliche Beobachtungen durch Compton, Chandra und Spitzer hat unser Verständnis einer Vielzahl astronomischer Objekte revolutioniert und zur Entdeckung tausender neuer, interessanter Objekte geführt. Hubble hatte einen viel größeren Einfluss auf die Öffentlichkeit und die Medien als die anderen Teleskope, obwohl Hubble bei optischen Wellenlängen eine geringfügigere Verbesserung der Empfindlichkeit und Auflösung gegenüber den vorhandenen Instrumenten bewirkt hat. Die Fähigkeit von Hubble, jedes beliebige astronomische Objekt zu jeder Zeit einheitlich und qualitativ hochwertig darzustellen, hat genaue Vermessungen und Vergleiche einer großen Anzahl astronomischer Objekte ermöglicht. Die Hubble Deep Field-Beobachtungen waren sehr wichtig für Studien entfernter Galaxien, da sie ultraviolette Aufnahmen dieser Objekte mit einer ähnlichen Pixelanzahl über die Galaxien hinweg liefern wie frühere ultraviolette Aufnahmen näherer Galaxien, die einen direkten Vergleich ermöglichen.

Nachfolger der großen Observatorien

Vergleich der primären Spiegelgrößen von Spitzer-, Hubble- und Webb-Teleskopen

• Das James Webb Space Telescope (JWST) startete im Dezember 2021 und arbeitet gleichzeitig mit Hubble.Sein segmentierter, ausfahrbarer Spiegel ist mehr als doppelt so breit wie der Hubble-Spiegel, was die Winkelauflösung spürbar und die Empfindlichkeit drastisch erhöht. Im Gegensatz zu Hubble beobachtet JWST im Infrarot, um Staub in kosmologischen Entfernungen zu durchdringen. Dies bedeutet, dass es einige Spitzer-Fähigkeiten fortsetzt, während einige Hubble-Fähigkeiten in den sichtbaren und vor allem in den ultravioletten Wellenlängen verloren gehen. JWST übertrifft Spitzers Leistung im nahen Infrarotbereich. Das Europäische Weltraumorganisations Herschel-Weltraumteleskop, das von 2009 bis 2013 in Betrieb war, hat Spitzer im fernen Infrarot übertroffen. Die SOFIA (Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie) ist eine Plattform aus der Luft, die im nahen und mittleren Infrarot beobachtet wird.SOFIA hatte eine größere Apertur als Spitzer, aber eine geringere relative Empfindlichkeit.
• Das Fermi Gamma-ray Space Telescope (FGRST), früher bekannt als Gamma Ray Large Area Space Telescope, ist ein Nachfolger des am 11. Juni 2008 gestarteten Compton. FGRST ist enger definiert und viel kleiner; es trägt nur ein Hauptinstrument und ein Sekundärexperiment, das Large Area Telescope (LAT) und den Gamma-ray Burst Monitor (GBM).FGRST wird ergänzt durch Swift, die 2004 gestartet wurde, und zuvor durch HETE-2, die im Jahr 2000 gestartet wurde.
• Der 2002 gestartete Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) beobachtet in einigen Wellenlängen von Compton und Chandra, ist aber immer auf die Sonne gerichtet. Gelegentlich beobachtet sie hochenergetische Objekte, die sich zufällig im Blickfeld der Sonne befinden.
• Ein weiteres großes, energiereiches Observatorium ist Integral (Satellit), Europas INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory, das 2002 ins Leben gerufen wurde. Er beobachtet in ähnlichen Frequenzen wie Compton. Integral verwendet eine grundlegend andere Teleskoptechnologie, kodierte Blendenmasken. Somit sind seine Fähigkeiten komplementär zu Compton und Fermi.

Spätere Programme

• Das Beyond Einstein Programm wird versuchen, neue Wissenschaftsbereiche zu entwickeln. Constellation-X und die Laser Interferometer Space Antenna (LISA) werden von der NASA als Einstein Great Observatories bezeichnet, um sie von der aktuellen Generation zu unterscheiden. Sie sind jedoch nicht Teil des Programms der Großen Observatorien.

• Die International Solar-Terrestrial Physics Science Initiative (ISTP) ist eine Gruppe von Instrumenten zur Erforschung der Sonne und verwandter elektromagnetischer Phänomene in Erdnähe.

Nächste große Sternwarte

Im Jahr 2016 begann die NASA mit der Prüfung von vier verschiedenen Flagship-Programmen Weltraumteleskope, es sind die Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx), der Large UV Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), das Origins Space Telescope (OST) und das Lynx X-ray Observatory. Im Jahr 2019 werden die vier Teams ihre Abschlussberichte an die National Academy of Sciences übergeben, deren unabhängiges Decadal Survey-Komitee die NASA berät, welche Mission oberste Priorität haben sollte.

Die NASA kündigte für 2023 das Habitable Worlds Observatory (HWO) an, ein Nachfolgeprojekt, das auf den Vorschlägen Large UV Optical Infrared Surveyor (LUVOIR) und Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEX) aufbaut. Die Regierung schuf auch das Great Observatory Maturation Program für die Entwicklung des Habitable Worlds Observatory

Siehe auch

• Beyond Einstein-Programm
• Herschel-Weltraumteleskop (Weltraumobservatorium im fernen Infrarot, 2009-2013)
• Liste der Weltraumteleskope

Weitere Lektüre

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