Herschel — ESA:n 3,5 m infrapuna- ja submillimetrin observatorio

Herschel — ESA:n 3,5 m infrapuna- ja submillimetrin observatorio: tutki kaukaisia pölyisiä galakseja, tähtienmuodostusta ja kylmiä avaruuskohteita NASAn yhteistyössä.

Herschel-avaruusobservatorio on Euroopan avaruusjärjestön laite. Se on suurin koskaan kiertoradalle asetettu infrapunateleskooppi. Herschel on nimetty Sir WilliamHerschelin mukaan, joka löysi infrapunaspektrin, kaksoistähdet ja Uranus-planeetan.

Laite on herkkä kaukaiselle infrapunasäteilylle ja lyhyille submillimetrin aaltoalueille. Siinä on yksi halkaisijaltaan 3,5 metrin (11,5 ft) peili.

Observatorio vietiin kiertoradalle toukokuussa 2009. Se on Maan ja Auringon välisen järjestelmän toisessa Lagrangen pisteessä (L2). Näissä pisteissä, 1 500 000 kilometrin päässä Maasta, painovoima on tasapainossa, joten kohde pysyy paikallaan.

Herschel-observatorio voi tallentaa ("nähdä") avaruuden kylmimmät ja pölyisimmät kohteet. Esimerkiksi pölyiset galaksit, jotka ovat juuri alkaneet muodostaa uusia tähtiä. Yhdysvallat tekee NASAn kautta yhteistyötä ESA:n rakentaman ja ylläpitämän observatorion kanssa. Se on neljäs "kulmakivi" ESA:n tiedeohjelmassa Rosettan, Planckin ja Gaia-ohjelman ohella.

Välineellä on neljä päätavoitetta:

• Tähden- ja planeettojen muodostumisen tutkiminen: selvittää, miten tähdet syntyvät pölyisistä pilvistä ja miten planeettajärjestelmät muodostuvat prototähtien ympärillä olevista kiekkoista.
• Avaruuden kylmien rakenteiden ja kemian kartoittaminen: tutkia tähtienvälisen aineen fysikaalisia olosuhteita ja kemiallisia prosesseja, erityisesti sellaisia, joita näkyvän valon avulla ei voida havaita.
• Galaksien muodostumisen ja kehityksen ymmärtäminen: havaita pölyä ja kylmää säteilyä kaukaisista, voimakkaasti tähtitornistavista galakseista sekä selvittää pölyn ja tähteyden roolia galaksien evoluutiossa.
• Tähtitieteellinen spektroskopia ja korkearesoluutioiset mittaukset: mitata atomien ja molekyylien emissio- ja absorptioviivoja infrapuna- ja submillimetrialueilla, mikä paljastaa lämmönsiirtoa, liikeilmiöitä ja kemiallista koostumusta.

Tekniset tiedot

Herschelin 3,5 metrin primääripeili on valmistettu piikarbidista (silicon carbide, SiC), joka yhdistää keveyden ja jäykkyyden sekä hyvän lämmönjohtavuuden — ominaisuuksia, jotka ovat tärkeitä suurille infrapunapeileille. Teleskoopin jäähdytyksen mahdollisti suuri nestemäisen heliumin varasto, joka piti instrumentit erittäin kylminä tarvittavien herkkyyksien saavuttamiseksi.

Observatoriossa on kolme pääinstrumenttia:

• PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer) — kuvaus- ja spektroskopiaväline lähestulkoon kauko-infrapuna-alueella.
• SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver) — submillimetrialueen kamera ja spektrometri, erityisesti herkullinen kylmälle pölylle ja varhaisille galakseille.
• HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared) — erittäin korkean spektrisen resoluution heterodyne-spektrometri, joka mahdollisti yksityiskohtaiset lineaariset mittaukset molekyyleistä ja atomiviivoista.

Lanseeraus ja operointi

Herschel laukaistiin 14. toukokuuta 2009 Ariane 5 -kantoraketilla yhdessä Planckin kanssa, ja se sijoittui L2-pisteen kiertoradalle. Operatiivinen toiminta alkoi pian lennon jälkeen. ESA johti missiota ja rakensi observatorion yhteistyössä useiden eurooppalaisten ja kansainvälisten tutkimuslaitosten kanssa; NASA osallistui mm. osalla instrumenttirahoitusta ja siten tukeen.

Herschelin toiminta oli riippuvainen nestemäisestä heliumikyydestä, joka kykeni jäähdyttämään herkät detektorit. Helium varasto oli rajattu, joten missio oli luonnostaan määräaikainen; aktiiviset kaukoputkoinstrumentit toimivat noin 3–4 vuotta. Kun heliumi loppui, instrumentit eivät enää pysyneet tarvitsemallaan lämpötilalla, ja aktiiviset havaintotoimet päättyivät huhti–toukokuussa 2013.

Tieteelliset saavutukset

Herschel avasi näkyyn uuden ikkunan kylmään ja pölyiseen universumiin. Keskeisiä saavutuksia ovat muun muassa:

• Uudet tiedot tähdenmuodostusprosesseista — Herschel kartoitti laajoja molekyylipilviä ja paljasti, miten tiheät ytimet, filamentit ja magneettikentät vaikuttavat prototähtien muodostumiseen.
• Protoplanetaaristen kiekkojen tutkimus — havaintoja pölystä ja kaasusta, jotka kertovat planeettojen muodostumisen edellytyksistä ja aikatauluista.
• Veden ja muiden tärkeiden molekyylien havainnot — Herschel löysi vesimolekyylejä monissa tähdenmuodostusalueissa ja myös aurinkokunnan kohteissa, mikä auttoi ymmärtämään veden alkuperää planeetoilla ja komeetoissa.
• Pölyiset kaukaiset galaksit — teleskooppi mittasi kaukaisten, pölyisten ja voimakkaasti tähtitornistavien galaksien ominaisuuksia sekä auttoi selvittämään varhaisen universumin tähtienmuodostuksen historiaa.
• Päästölinjatutkimukset (esim. CO, C+, O) — spektrilinjojen avulla voitiin kartoittaa kaasun lämpötilaa, tiheyttä ja dynaamista käyttäytymistä sekä galaksien että tähtienvälisen aineen mittakaavassa.

Perintö ja aineistot

Herschelin keräämät mittaukset ja arkistoaineistot ovat jääneet julkisesti saataville astronomiyhteisölle ja yleisölle. Niiden avulla tutkijat jatkavat analysointia ja vertailevat Herschelin havaintoja muiden observatorioiden, kuten ALMA:n ja tulevien infrapuna-avaruusteleskooppien, dataan. Herschelin perintö on merkittävä: se muutti käsitystämme siitä, miten tähtien, planeettojen ja galaksien muodostuminen tapahtuu kylmien ja pölyisten olosuhteiden vallitessa.

Lisätietoja ja pääsyn Herschelin havaintoarkistoihin tarjoaa ESA sekä monien yhteistyöhankkeiden julkaisemat tiedot. Herschel toimi tärkeänä sillanrakentajana tuleville kaukoputkille, jotka jatkavat infrapuna- ja submillimetritutkimusta vielä suuremmalla herkkyydellä ja resoluutiolla.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä oli Herschelin avaruusobservatorio?

K: Kenen mukaan Herschel nimettiin?

K: Mitä Herschel-observatorio voisi tallentaa avaruudessa?

K: Kuinka suuri oli Herschelin avaruusobservatorion peili?

K: Milloin Herschelin avaruusobservatorio käynnistettiin?

K: Missä Herschelin avaruusobservatorio sijaitsi?

Kysymys: Mitkä olivat ne neljä pääaihetta, joita Herschelin observatorion oli tarkoitus tutkia?

Hae kirjaimella