Űrtávcsövek. Molnár László MTA CSFK

Űrtávcsövek Molnár László MTA CSFK 2016

Minek? γ Földi légkört kikerülni Röntgen UV IR Optikai ablak (szub)mm mikro UHF VHF HF MF Rádió ablak

Minek? Földi légkört kikerülni Légkör hatásai Elnyelés: sok hullámhosszon teljes Közeli infravörösben sávos (H2O, O2, stb) (I) J H K M L

Minek? Földi légkört kikerülni Légkör hatásai Elnyelés: sok hullámhosszon teljes Közeli infravörösben sávos (H2O, O2, stb) Airglow, szórt fény: háttér Légköri turbulencia: seeing, szcintilláció

Szcintilláció Regulus Mars

Hogyan? Első javaslat: Lyman Spitzer, 1946 Szuborbitális repülések (Évtizedek múlva: HST) Nap (1949), Sco X-1 (1962) detektálása 1957 Szputnyik 1968 OAO-2 (Orbiting Astronomical Observatory) első űrtávcső UV műszerek

OAO-3 (Copernicus) 1972-81 UV, röntgen Lassú pulzárok felfedezése

Apollo-16: Charlie Duke és a Far Ultraviolet Camera

Típusok Hullámhossz-tartomány Cél általános, Nap, CMB... Pálya/helyzet föld-, napkörüli pálya L1: Nap, L2: főleg IR távcsövek Megfigyelési mód Obszervatórium: pályázható idő, objektum Felmérés: meghatározott cél, pl. teljes égbolt feltérképezése

Gamma távcsövek 1961 Explorer-11: gamma háttér (<100 foton) Vela katonai műholdak GRB-k detektálása 1967, 1973 NASA: HEAO program, Compton (CGRO), Fermi, Swift ESA: INTEGRAL, SZU: Granat Fermi (GLAST)

Gamma távcsövek Nem fókuszálható képalkotás másképp Kódolt maszk (pl. INTEGRAL) Maszk árnyék(ai)ból invertálva Compton-effektus (CGRO) Szóródás elektronon Szórt foton

Gamma távcsövek Nem fókuszálható képalkotás másképp Kódolt maszk (pl. INTEGRAL) Maszk árnyék(ai)ból invertálva Compton-effektus (CGRO) e--e+ párkeltés (Fermi, CGRO)

Gamma távcsövek Gammakitörések Hosszú: kollapszár/hipernova Rövid: összeolvadó neutroncsillagok Tejút SMBH körüli gamma-lebenyek

Röntgen 1950-60: szuborbitális repülések 1970: Uhuru első r.műhold Első égbolt-felmérés, röntgenkettősök (Cyg X-1, etc.) HEAO program (Einstein), EXOSAT, ROSAT, Rossi XTE, Granat, BeppoSAX Chandra, XMM-Newton, NuSTAR, Swift, Suzaku, (Spektr-RG/SRG) Etc...

Röntgen Chandra (NASA) 0,1-10 kev NuSTAR (NASA) 5-80 kev XMM-Newton (ESA) 0,2-20 kev Spektr-RG / SRG (Roszkozmosz-MPE, 2018?)

Röntgendetektorok Proporcionális számláló, szcintilláció detektor, kódolt maszk Főként a korai eszközökben CCD röntgen fókuszálható(...) Egyedi fotonok detektálhatóak RXTE (NASA)

Röntgentávcsövek Röntgen fókuszálható de csak súrlódó beesés (1-2 ) esetén! Wolter-féle távcsövek ellipszis+hiperbola

Röntgentávcsövek Röntgen fókuszálható de csak súrlódó beesés (1-2 ) esetén! Wolter-féle távcsövek ellipszis+hiperbola ellipszis+parabola

Röntgentávcsövek ROSAT Chandra NuSTAR

Röntgencsillagászat Röntgen = forró, millió Kelvines anyag Akkréciós korongok, jetek, forró gáz (intersztelláris, intergalaktikus), csillagkorona, röntgenkettősök Mágneses tér nyomjelzője is lehet

Tejút központja

Andromeda-galaxis

Abell 383 galaxishalmaz

Ultraibolya OAO sorozat IUE International Ultraviolet Exporer 1978-96 hatalmas siker 2 spektrográf és 2x2 tv-kamera FUSE, EUVE távoli UV GALEX - Galaxy Evolution Explorer (2003-12) HST főleg UV spektroszkópia (Swift UV-optikai távcsöve, Chang e-3)

Ultraibolya IUE ESA/NASA GALEX- NASA HST NASA/ESA

Ultraibolya Óriáscsillagok, forró csillagszél Csillagkeletkezés, starburst Kvazárok, Seyfert-galaxisok Bolygó-aurorák

Látható fény Minek? Légkör kikerülése HST Ma már adaptív optikával túlléphető Asztrometria Hipparcos, Gaia Éjszaka-nappal kikerülése Folytonos mérés (idősor) Exobolygók, változócsillagok MOST, CoRoT, Kepler

Hubble Space Telescope Spitzer álma csak 1990-ben állt pályára 2,4 m-es főtükör, számos detektor, többször cserélve Közeli UV-től közeli IR-ig 3 Key Projekt Medium Deep Survey H meghatározása, extragalaktikus Cefeidákkal H=72±8 km/s/mpc Intergalaktikus anyag vizsgálata, kvazár absz. vonalakban

Asztrometria Hipparcos (1989-93) 120 000 csillag, < 1mas Parallaxis, fotometria GAIA (2013-) 1 milliárd csillag, 7 μas 10 mag-nál, 200 μas 20 mag-nál Tejút 1%-a 3D mozgás parallaxis és radiális seb. is

Fotometriai távcsövek MOST (Microvariability and Oscillations of Stars) Kanada, 2003 15 cm-es tükör, fényes csillagok asztroszeizmológiája CoRoT (Convection, Rotation and planetary Transits) CNES, ESA, 2006-2012 Exobolygók és asztroszeizmológia 27 cm-es tükör 32 megerősített bolygó

Fotometriai távcsövek Pontos fényességmérések, időben folyamatosan WIRE tönkrement IR távcső 5 cm csillagkövető távcső

Fotometriai távcsövek Pontos fényességmérések, időben folyamatosan BRITE-Constellation nanoműholdak 3 cm-es objektívek Osztrák, kanadai és lengyel Ég 354 legfényesebb csillaga Öt pályán, hatodik nem vált le a rakétáról

Fotometriai távcsövek Pontos fényességmérések, időben folyamatosan Kepler NASA (2009-13-...) 95 cm távcső 150 000+ csillagnál exobolygó-keresés 7000+ csillagnál sztelláris asztrofizika ~3500 bolygójelölt, ~800 megerősített bolygó

Az űrtávcső részei Főtükör Kamera

Az űrtávcső részei Távcső (optikai rendszer) Napelem (energiatermelés) Műholdplatform (vezérlés, navigáció)

Látómező

Target pixel maszkok Csak kiválasztott pixeleket töltenek le 1024 különböző maszk Szaturált csillagok fényessége is mérhető

RR Lyrae (V=7.1m) Szaturált csillagok: fluxus folyhat az oszlop mentén V1154 Cyg (V=9.1m): standard mask, custom mask, Kepler kép ( háttércsillag is!)

Végső produktum Nyers és korrigált fénygörbék Negyedéves fordulások, differenciális aberráció, fűtési ciklusok, lendkerék deszaturáció, loss of fine pointing, kozmikus sugarak...

Argabrightening Hirtelen, pár percig tartó háttérfényesedés Mikrometeoroid becsapódás által kidobott por? (V. Argabright, a felfedező után elnevezve)

K2 Két lendkerekes üzemmód Harmadik tengely: sugárnyomás egyenletes eloszlása, instabil egyensúly Ekliptika mentén, 75-75 napos kampányok

Infravörös Légköri elnyelés egyre erősebb Újabb probléma: távcső saját hője Közép-infravöröstől kriogenikus kell! Ált. folyékony hélium párologtatása 2-3 K Első: IRAS (NASA) 1983 12, 25, 60, 100 μm Galaktikus cirrusz, starburst galaxisok, fiatal csillagok, Vega porkorongja, Tejút középpontja

Infravörös Későbbi felmérések: ISO, Akari, WISE Obszervatóriumok: Spitzer, Herschel Akari (Japán) Herschel: legnagyobb, 3,5 m-es tükör ISO (ESA) Spitzer (NASA) Herschel (ESA)

Kriotechnika Spitzer Árnyékoló Távcső Detektorok Kriosztát Kiszolgáló egység Herschel

Detektorok Közeli és közép-ir: speciális félvezetők (CCD) Indium-antimon (<5 μm) arzénnal szennyezett szilícium (5-20 μm) antimonnal szennyezett szilícium (20-50 μm) gallium-germánium (70-160 μm) Hosszabb hullámhosszakon már nem működnek

Detektorok Távoli IR 160-625 μm (Hershel) Bolométer rács (SPIRE) Sok kis hőmérő (termisztor) Hő hatására az ellenállása változik Heterodyne (HIFI) Már nem képet alkot Sok kis spektrum Beérkező jelet egy lokális oszcillátoréval keveri Alacsony-frekvenciás jelet kelt, könnyebb kezelni

Infravörös Nem forró, ill. hideg források K-M csillagok, barna törpék, YSO-k (csillagkeletkezés), üstökösök, kisbolygók, porkorongok, exobolygók Átlátunk a poron, ill. látjuk a hősugárzását Nagy z-nél optikai tartományból eltolódnak IR-be

Félúton NIR elnyelés a légkör alsó részén Magas hegyek, vagy repülőgép Kuiper Airborne Observatory 1974-95 SOFIA 2010-

Mikrohullám Kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás COBE (COsmic Background Explorer) 1989-93 CMB anizotrópia, kis szögfelbontással CMB hőmérsékleti sugárzás kimérése Univerzum legpontosabb Planck-görbéje!

Mikrohullám WMAP (Wilkinson Microwave Anisotrophy Probe) 2001-09 Anizotrópia ~5 x 10-5 K Polarizációt is mérte

Mikrohullám WMAP (Wilkinson Microwave Anisotrophy Probe) 2001-09 Anizotrópia ~5 x 10-5 K Polarizációt is mérte Planck (ESA) 2009 - Jobb felbontás, érzékenység Nagy skálán eltérések az izotrópiától

1978 2006 2010

Rádió Minek?... Felbontás ~ λ/d Rádióhoz nagy bázisvonal kell NAAAGY! VLBI Földméretű detektor

Rádió Minek?... Felbontás ~ λ/d Nagy bázisvonal kell NAAAGY! VLBI Földméretű detektor...űr-vlbi!

űr-vlbi HALCA Japán 1997-2003, 8 m-es antenna, 21 400 km apogeum Szpektr-R (Radioasztron) Oroszország 2011-, 10 m, 10 390 000 km

Naptávcsövek Folyamatos monitorozás, látható-uv-röntgen Skylab Apollo Telescope Mount Solar Maximum Mission (1980) Yohkoh (Japán, 1991) SOHO (ESA/NASA) 1995- Hinode, Solar Dynamics Observatory L1, ill Föld körül STEREO Föld előtt és mögött, 3D SOHO

A jövő Elfogadott, ill. készülő projektek James Webb Space Telescope (NASA/ESA/CSA) Hubble utóda, de infravörösben 6,5 m tükör Első csillagok, reionizáció kora, exobolygók 2018-20

A jövő NASA - JWST elszívja a pénzt... Kisebb programok: TESS exobolygók a közeli csillagok körül teljes égboltot lefedve (2017) WFIRST Wide-Field IR Survey Telescope Nagyméretű, IR felmérő távcső Hubble-méretű, tartalék távcsövek kémműholdakból? TESS

A jövő ESA Cheops (2017) - exobolygó karakterizálás Euclid (2019) kozmológia optikai és IR fotometria, IR spektroszkópia Sötét anyag eloszlása, sötét energia ESA M3 misszió (2024-25) PLATO - exobolygók

A jövő JAXA (Japán) Hitomi ismétlés... Oroszország Szpektr-UF/WSO-UV Spanyolországgal közösen 2024?, 1,7 m távcső HST kapacitás UV-ben(?)

A jövő CubeSat űrtávcsövek UV fotometria, spektroszkópia Kihajtogatható távcsövek

Források: http://nasa.gov http://esa.int http://explorers.gsfc.nasa.gov/ http://russianspaceweb.com http://nssdc.gsfc.nasa.gov/ http://kepler.nasa.gov http://chandra.harvard.edu/ http://hubblesite.org/