15 år i rummet for NASAs Spitzer-rumteleskop

Oprindeligt planlagt til en minimum 2,5-årig primær mission, NASAs Spitzer-rumteleskop er gået langt ud over sin forventede levetid - og er stadig i gang efter 15 år.

Sendt ind i en solbane den 25. august, 2003, Spitzer var den sidste af NASAs fire store observatorier, der nåede rummet. Rumteleskopet har oplyst nogle af de ældste galakser i universet, afslørede en ny ring omkring Saturn, og kiggede gennem støvsvøber for at studere nyfødte stjerner og sorte huller. Spitzer hjalp med opdagelsen af ​​planeter uden for vores solsystem, inklusive påvisning af syv planeter på størrelse med Jorden, der kredser om stjernen TRAPPIST-1, blandt andre præstationer.

"I sine 15 års drift, Spitzer har åbnet vores øjne for nye måder at se universet på, sagde Paul Hertz, direktør for Astrophysics Division i NASAs hovedkvarter i Washington. "Spitzers opdagelser strækker sig fra vores egen planetariske baghave, til planeter omkring andre stjerner, til universets fjerne rækker. Og ved at arbejde i samarbejde med NASAs andre store observatorier, Spitzer har hjulpet videnskabsmænd med at få et mere komplet billede af mange kosmiske fænomener."

Et kig ind i fortiden

Spitzer registrerer infrarødt lys - oftest varmestråling udsendt af varme genstande. På jorden, infrarødt lys bruges i en række forskellige applikationer, inklusive nattesynsinstrumenter.

Med sit infrarøde syn og høje følsomhed, Spitzer har bidraget til studiet af nogle af de fjerneste galakser i det kendte univers. Lyset fra nogle af disse galakser rejste i 13,4 milliarder år for at nå Jorden. Som resultat, videnskabsmænd ser disse galakser, som de var mindre end 400 millioner år efter universets fødsel.

Blandt denne population af gamle galakser var en overraskelse for videnskabsmænd:"store baby"-galakser, der var meget større og mere modne, end forskerne troede, at tidligt dannede galakser kunne være. Stor, moderne galakser menes at være dannet gennem den gradvise sammensmeltning af mindre galakser. Men de "store baby"-galakser viste, at massive samlinger af stjerner kom sammen meget tidligt i universets historie.

Undersøgelser af disse meget fjerne galakser var baseret på data fra både Spitzer og Hubble-rumteleskopet, endnu et af NASAs store observatorier. Hvert af de fire store observatorier opsamler lys i et forskelligt bølgelængdeområde. Ved at kombinere deres observationer af forskellige objekter og områder, videnskabsmænd kan få et mere komplet billede af universet.

"The Great Observatories-programmet var virkelig et genialt koncept, sagde Michael Werner, Spitzer-projektforsker ved NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. "Ideen om at få multispektrale billeder eller data om astrofysiske fænomener er meget overbevisende, fordi de fleste himmellegemer producerer stråling over hele spektret. En gennemsnitlig galakse som vores egen Mælkevej, for eksempel, udstråler lige så meget infrarødt lys som synligt bølgelængdelys. Hver del af spektret giver ny information."

Nye verdener

I de seneste år, videnskabsmænd har brugt Spitzer til at studere exoplaneter, eller planeter, der kredser om andre stjerner end vores sol, selvom dette ikke var noget, teleskopets designere havde forventet.

Med Spitzers hjælp, forskere har studeret planeter med overflader så varme som stjerner, andre mente at være frosset fast, og mange imellem. Spitzer har studeret nogle af de nærmeste kendte exoplaneter til Jorden, og nogle af de fjerneste exoplaneter, der nogensinde er blevet opdaget.

Spitzer spillede også en nøglerolle i en af ​​de mest betydningsfulde exoplanetopdagelser i historien:påvisningen af ​​syv, planeter på størrelse med jorden, der kredser om en enkelt stjerne. TRAPPIST-1 planetsystemet var ulig noget fremmed solsystem nogensinde opdaget, med tre af dets syv planeter placeret i den "beboelige zone, " hvor temperaturen kan være den rigtige for flydende vand at eksistere på planeternes overflader. Deres opdagelse var et lokkende skridt i søgen efter liv andre steder i universet.

"Undersøgelsen af ​​ekstrasolare planeter var stadig i sin vorden, da Spitzer lancerede, men i de senere år, ofte bruges mere end halvdelen af ​​Spitzers observationstid til undersøgelser af exoplaneter eller søgninger efter exoplaneter, " sagde Lisa Storrie-Lombardi, Spitzers projektleder hos JPL. "Spitzer er meget god til at karakterisere exoplaneter, selvom det ikke var designet til at gøre det."

Nogle andre store opdagelser gjort ved hjælp af Spitzer rumteleskop omfatter:

— Den største kendte ring omkring Saturn, en pjattet, fin struktur med 300 gange Saturns diameter.

— Første exoplanet vejrkort over temperaturvariationer over overfladen af ​​en gas exoplanet. Resultater tydede på tilstedeværelsen af ​​hård vind.

— Asteroide og planetariske smashups. Spitzer har fundet beviser for adskillige stenkollisioner i andre solsystemer, inklusiv en mente at involvere to store asteroider.

— Opskrift på "kometsuppe." Spitzer observerede eftervirkningerne af kollisionen mellem NASAs Deep Impact-rumfartøj og kometen Tempel 1, at finde, at kometmateriale i vores eget solsystem ligner det omkring nærliggende stjerner.

— Nyfødte stjerners skjulte huler. Spitzers infrarøde billeder har givet hidtil usete udsigter til de skjulte vugger, hvor unge stjerner vokser op, revolutionerer vores forståelse af stjernernes fødsel.

— Buckyballs i rummet. Buckyballs er fodbold-formede kulstofmolekyler opdaget i laboratorieforskning med flere teknologiske anvendelser på Jorden.

— Massive hobe af galakser. Spitzer har identificeret mange flere fjerne galaksehobe, end man tidligere kendte.

- Et af de mest omfattende kort over Mælkevejen, der nogensinde er blevet kompileret, inklusive det mest nøjagtige kort over den store bjælke af stjerner i galaksens centrum, oprettet ved hjælp af Spitzer-data fra Galactic Legacy Mid-Plane Survey Extraordinaire-projektet, eller GLIMP.

En længere rejse

Spitzer har logget over 106, 000 timers observationstid. Tusindvis af videnskabsmænd over hele verden har brugt Spitzer-data i deres undersøgelser, og Spitzer-data er citeret i mere end 8, 000 offentliggjorte artikler.

Spitzers primære mission endte med at vare 5,5 år, i hvilket tidsrum rumfartøjet opererede i en "kold fase, " med en forsyning af flydende helium afkøler tre instrumenter ombord til lige over det absolutte nulpunkt. Kølesystemet reducerede overskydende varme fra selve instrumenterne, der kunne forurene deres observationer. Dette gav Spitzer meget høj følsomhed for "kolde" objekter.

I juli 2009 efter at Spitzers heliumforsyning løb tør, rumfartøjet gik ind i en såkaldt "varm fase". Spitzers hovedinstrument, kaldet Infrared Array Camera (IRAC), har fire kameraer, hvoraf to fortsætter med at operere i den varme fase med samme følsomhed, som de opretholdt i den kolde fase.

Spitzer kredser om Solen i en Jord-slæbende bane (hvilket betyder, at den bogstaveligt talt følger efter Jorden, mens planeten kredser om Solen) og er fortsat med at falde længere og længere bag Jorden i løbet af sin levetid. Dette udgør nu en udfordring for rumfartøjet, fordi mens den downloader data til jorden, dens solpaneler vender ikke direkte mod solen. Som resultat, Spitzer skal bruge batteristrøm under datadownloads. Batterierne genoplades derefter mellem downloads.

"Spitzer er længere væk fra Jorden, end vi nogensinde troede, det ville være, mens vi stadig var i drift, " sagde Sean Carey, leder af Spitzer Science Center ved Caltech i Pasadena, Californien. "Dette har stillet nogle reelle udfordringer til ingeniørteamet, og de har været ekstremt kreative og ressourcestærke til at holde Spitzer i drift langt ud over dens forventede levetid."

I 2016 Spitzer gik ind i en udvidet mission kaldet "Spitzer Beyond". Rumfartøjet er i øjeblikket planlagt til at fortsætte driften ind i november 2019, mere end 10 år efter indtræden i sin varme fase.