For 50 år siden satte NASAs Copernicus barren for rumastronomi

Klokken 6:28 EDT den 21. august 1972 lyste NASAs Copernicus-satellit, det tungeste og mest komplekse rumteleskop i sin tid, himlen op, da den steg op i kredsløb fra Launch Complex 36B ved det, der nu er Cape Canaveral Space Force Station , Florida.

Oprindeligt kendt som Orbiting Astronomical Observatory (OAO) C, blev det OAO 3 en gang i kredsløb på datidens måde. Men det blev også omdøbt for at ære 500-året for Nicolaus Copernicus' fødsel (1473-1543). Den polske astronom formulerede en model af solsystemet med Solen i den centrale position i stedet for Jorden, hvilket brød med 1.300 års tradition og udløste en videnskabelig revolution.

Udstyret med det største ultraviolette teleskop, der nogensinde har været i kredsløb på det tidspunkt, samt fire sammenstillede røntgeninstrumenter, var Copernicus uden tvivl NASAs første dedikerede astronomiobservatorium med flere bølgelængder. Dette gør det til en foregangsmand til drift af satellitter som NASAs Neil Gehrels Swift Observatory, der ser himlen i synligt, ultraviolet og røntgenlys.

"De to rumfartøjer deler også institutionelle forbindelser," bemærker Swift Principal Investigator S. Bradley Cenko ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Goddard klarede begge missioner, og røntgeneksperimentet på Copernicus blev leveret af Mullard Space Science Laboratory ved University College London, som også bidrog med Swifts ultraviolette/optiske teleskop."

At lære at pege og holde et kredsende teleskop på en stjerne længe nok til, at detektorerne kunne fange dets lys, viste sig meget vanskeligere end forventet. Satellitter designet til at studere Solen på det tidspunkt havde en indbygget fordel - de målrettede solsystemets lyseste objekt. Copernicus fløj med en ny inertiel referenceenhed (IRU) udviklet af Massachusetts Institute of Technology. Gyroskoper i IRU fremskyndede processen med at opnå mål, mens andre systemer holdt satellitten låst. I en undersøgelse af missionens første 500 dage opsummerede en ingeniør det ved at bemærke, at IRU havde gjort det at flyve Copernicus til "en kedelig operation."

I NASAs tidlige dage understregede astronomer behovet for ultraviolette (UV) undersøgelser, som ikke kunne laves fra jorden, og dette blev det primære fokus for OAO-programmet. Af fire opsendte satellitter fejlede en efter tre dage i rummet, og en anden nåede slet ikke at nå kredsløb. OAO 2, der blev lanceret i 1968 og fik navnet Stargazer, gav mange års observationer, herunder stjernespektre i lav opløsning, som spredte bølgelængder meget som en regnbue for at afsløre UV-fingeraftryk af specifikke molekyler og atomer. Copernicus gik endnu dybere og fangede spektre med op til 200 gange bedre detaljer i nogle bølgelængder.

"Denne mission opnåede højopløsningsspektre af mange stjerner i UV og gav information ved de korteste bølgelængder nået i mange år," skrev Nancy Grace Roman, den første chef for astronomi i Office of Space Science ved NASAs hovedkvarter, Washington, og programforsker for Copernicus. Under missionen blev Roman en af ​​drivkræfterne bag Large Space Telescope-projektet, nu kendt som NASAs Hubble Space Telescope. Hun er også navnebror af NASAs romerske rumteleskop, som forventes at flyve om et par år.

Det primære instrument ombord på Copernicus var Princeton Experiment Package, som fangede UV-lys ved hjælp af et 32-tommer (0,8 meter) spejl omkring en tredjedel af størrelsen af ​​Hubbles. Anført af Lyman Spitzer Jr. ved Princeton University i New Jersey producerede instrumentet en skattekiste af information om interstellar gas og de ioniserede udstrømninger af varme stjerner. Dens første mål, en stjerne ved navn Zeta Ophiuchi, der delvist er tilsløret af en interstellar sky, viste stærk absorption fra brintmolekyler. Målinger fra snesevis af andre stjerner bekræftede en teori, der forudsiger, at det meste af brinten i gasskyer eksisterede i denne form.

I 1946 begyndte Spitzer at spekulere om den slags videnskab, der kunne være mulig med et stort kredsende teleskop, og blev senere katalysatoren for udviklingen af ​​Hubble. NASAs Spitzer-rumteleskop, som fungerede fra 2003 til 2020 og udforskede blandt andre kilder, de kolde skyer, hvor stjerner fødes, blev navngivet til hans ære.

På det tidspunkt, hvor NASA overvejede instrumentforslag til Copernicus, var der kun et enkelt himmelobjekt, Solen, der var kendt for at udsende røntgenstråler. Det ændrede sig i 1962. Et forskerhold ledet af Riccardo Giacconi ved American Science and Engineering Inc., dengang i Cambridge, Massachusetts, opdagede, da det fløj med nye røntgendetektorer på en suborbital raket, den første røntgenkilde ud over solsystemet, ved navn Scorpius X-1. Yderligere flyvninger afslørede flere kosmiske kilder, inklusive Cygnus X-1, der længe har været mistænkt og nu kendt for at være vært for et sort hul med stjernemasse.

Med dette gennembrud foreslog Giaconni den første satellit dedikeret til at kortlægge røntgenhimlen. Lanceret i 1970 og i drift i tre år, kortlagde NASAs Uhuru-satellit mere end 300 kilder, viste, at mange er neutronstjerner eller sorte huller, der drives af gas, der strømmer fra stjernekammerater, og opdagede røntgenstråler fra den varme gas i galaksehobe. Giaconni ville fortsætte med at foreslå mere kraftfulde røntgen-satellitter – NASAs Einstein-observatorium, som fungerede fra 1978 til 198, og NASAs nuværende røntgen-flagskib, Chandra X-ray Observatory, der blev opsendt i 1999.

Røntgeneksperimentet ombord på Copernicus blev ledet af Robert Boyd ved University College London, og de tre røntgenteleskoper oplevede betydelige udfordringer. Længere bølgelængde detektorer blev oversvømmet af et uventet højt niveau af baggrundsstråling. Det viste sig at komme fra en enorm kometformet sky af brintatomer, der omgiver Jorden, kaldet geocoronaen, der spreder langt ultraviolet sollys. Senere instrumenter tilføjede et filter, der var indstillet til at absorbere UV, men lod røntgenstråler passere igennem.

I juni 1973 bemærkede videnskabsmænd ved Goddard et problem med en lukker i røntgenteleskoperne. Enheden blev brugt til periodisk at blokere røntgenstråler i at nå detektoren, så forskerne kunne spore den skiftende baggrundsstråling fra ladede partikler i forskellige dele af kredsløbet. Nu var dens drift blevet tøvende. Bekymret for, at lukkeren kunne forblive permanent i den lukkede position, havde instrumentteamet besluttet at stoppe med at bruge den. Men en sidste kommando klarede det – og den klæbrige lukker sad fast og gjorde instrumenterne blinde.

En fjerde detektor uden forbindelse til et teleskop fortsatte med at arbejde under missionens varighed. Denne røntgentæller målte stråling fra 1 til 3 ångstrøm over et bredt synsfelt - 2,5 gange 3,5 grader, omkring 40 gange det tilsyneladende areal af en fuldmåne.

Røntgeneksperimentet opdagede flere langtidspulsarer, herunder X Persei. Pulsarer - typisk snurrende neutronstjerner - var blevet opdaget fem år før Copernicus blev opsendt. Disse objekter svinger en stråle af stråling i vores retning, hver gang de roterer, normalt titusindvis af gange i sekundet. Mærkeligt nok tager X Persei-pulsaren afslappede 14 minutter pr. spin.

Copernicus udførte langtidsovervågning af pulsarer og andre lysstærke kilder og observerede Nova Cygni 1975, en eksplosion på den hvide dværg i et tæt binært system. Eksperimentet opdagede mærkelige fald i røntgenabsorption ved Cygnus X-1, sandsynligvis forårsaget af kølige, tætte klumper i gassen, der strømmer væk fra stjernen. Og satellitten optog forskellige røntgenstråler fra den sorthulsdrevne galakse Centaurus A, der ligger omkring 12 millioner lysår væk.

Copernicus returnerede UV- og røntgenobservationer i 8,5 år før sin pensionering i 1981, og den kredser stadig om Jorden i dag. Det forlod rumastronomiens centrale scene, da mere avancerede observatorier dukkede op, især Einstein og International Ultraviolet Explorer, som blev opsendt i 1978 og fungerede i næsten 19 år. Copernicus-observationer forekommer i mere end 650 videnskabelige artikler. Dens instrumenter undersøgte omkring 450 unikke objekter målrettet af mere end 160 efterforskere i USA og 13 andre lande. + Udforsk yderligere

Hubble stirrer på en stjernebesat himmelmark