Комптон (обсерваторія)

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Комптон (обсерваторія)
Cartoon CGRO.jpg
Compton Gamma Ray Observatory
Загальна інформація
Інші назви CGRO, Комптон
NSSDC код 1991-027B
Організація НАСА
Виготовлено з участю TRW
Дата запуску 5 квітня 1991
Запущено з Космічний центр імені Кеннеді
Засіб запуску Шаттл «Атлантіс» STS-37
Тривалість місії 9 років, 2 місяці
Дата виведення з орбіти 4 червня 2000
Маса 17 000 кг
Висота орбіти 450 км
Орбітальний період 90 хв (1,5 год, 5400 с)
Тип телескопа Сцинтиляційні детектори
Довжина хвилі Гамма
Поле зору Залежить від інструменту
Фокальна відстань N/A
Інструменти
BATSE моніторинг усього неба
OSSE сцинтиляційний спектрометр
COMPTEL комптонівський телескоп
EGRET широкопольний гамма-телескоп
Зовнішні посилання
Інтернет сторінка NASA Compton Gamma Ray Observatory(англ.)

Гамма-обсерваторія «Комптон» (англ. Compton Gamma Ray Observatory, скор. CGRO) — космічна обсерваторія, що працювала на орбіті Землі з 1991 по 2000 рік і детектувала випромінювання в інтервалі від 20 кеВ до 30 ГеВ. Телескоп «Комптон» належав до програми НАСА «Великі оберваторії», запускався другим після телескопа «Хаббл».[1] Обсерваторія складалася з 4 головних телескопів на одному кораблі, які спостерігають у рентгенівському та гамма-діапазонах, а також з різноманітних спеціалізованих приладів та детекторів. Він був виведений на низьку опорну орбіту висотою 450 км, щоб уникнути радіаційних поясів Ван-Аллена. На той час обсерваторія мала найбільше корисне астрофізичне навантаження (17 т).

Обсерваторія названа на честь Артура Комптона, лауреата Нобелівської премії з фізики 1927 року, нагородженим за відкриття ефекту, названому його ім'ям. Телескоп «Комптон» виготовлений компанією TRW (зараз Нортроп Грумман Аерокосмічні Системи) та запущений на космічному човнику Атлантіс (місія STS-37) 5 квітня 1991 року, пропрацював до 4 червня 2000 року.[2] CGRO була міжнародним проектом, додаткові внески робили також Європейське космічне агентство та різноманітні університети.

Інструменти[ред.ред. код]

Порівняння
Інструмент Діапазон, МеВ
BATSE 0,02 - 8
OSSE 0,05 - 10
COMPTEL 0,75 - 30
EGRET 20 - 30 000

Телескоп CGRO був обладнаний чотирма основними інструментами, що покривали безпрецедентні шість порядків електромагнітного спектра, від 20 кеВ до 30 ГеВ (від 0,02 МеВ до 30 000 МеВ). В порядку зростання енергії спостережних фотонів:

BATSE[ред.ред. код]

Інструмент для дослідження спалахових та транзієнтних подій Burst and Transient Source Experiment (BATSE), що був випущений в Космічному центрі імені Маршалла (НАСА), був призначений для знаходження коротких спалахів (наприклад, гамма-спалахів), а також мав можливість проводити огляди всього неба. Інструмент складався з 8 ідентичних модулів LAD (Large Area Detector), розміщених на кутах обсерваторії. Кожний модуль являв собою кристал NaI(Tl) діаметром 50,48 см і товщиною 1,257 см з робочим енергетичним діапазоном 20 кеВ — 2 МеВ, і кристал NaI діаметром 12,7 см товщиною 7,62 см з розширеним енергетичним діапазоном до 8 МеВ. Усі кристали були оточені пластиковим сцинтилятором, що формував антиспівпадальний захист детекторів від заряджених частинок космічних променів і заряджених частинок радіаційних поясів Землі. Різке збільшення швидкості рахунку детекторів ініціювало запис показів детектора зі збільшеним часовим розділенням, що у подальшому дозволяло аналізувати криві блиску спалахів. Типова частота реєстрації спалахів інструментом BATSE — приблизно один в день.

Виведення обсерваторії «Комптон» на орбіту космічним човником Атлантіс.

OSSE[ред.ред. код]

Напрямлений сцинтиляційний спектрометр Oriented Scintillation Spectrometer Experiment (OSSE), виготовлений в Дослідницькій лабораторії ВМФ США (англ. Naval Research Laboratory) реєстрував гамма-промені, що потрапляють у поле зору спектрометра, обмежене коліматором розміром 3,8° x 11,4° FWHM. Детектори являли собою товсті сцинтиляційні кристали NaI(Tl) діаметром 30,3 см і товщиною 10,2 см, оптично спряжені з товстим кристалом CsI(Na) товщиною 76,2 мм, що працює за принципом приладів фосвіч (Phoswich), тобто з відділенням швидких (~0,25 мксек) подій, які виникли в кристалі NaI, від повільних (~1мксек), що сталися в кристалі CsI(Na). Таким чином кристал CsI(Na) слугував ефективним антиспівпадальним захистом від подій, що приходять не через поле зору інструмента. Також антиспівпадальним захистом слугував і кристал CsI(Na) циліндричної форми, що оточує центральний детектор з бокових сторін. Коліматор з вольфрамових пластин розташовувався в стакані кристала CsI(Na) антиспівпадального захисту. Чотири детектора інструмента працювали попарно, позмінно чергуючи спостереження джерела та фонової площадки для кращого урахування інструментального фона детекторів.

COMPTEL[ред.ред. код]

Комптонівський телескоп Imaging Compton Telescope (COMPTEL), випущений в Інституті позаземної фізики товариства Макса Планка, Університеті Нью-Гемпшира, Інституті космічних досліджень Нідерландів та Астрофізичному департаменті ЄКА, був призначений для визначення напрямків приходу фотонів в діапазоні 0,75–30 МеВ з точністю біля градуса. Поле зору приладу становило біля одного стерадіана. Для реєстрації реальних гамма-фотонів приладу було необхідно спрацювання одночасно в двух сцинтиляторах, верхньому та нижньому. Гамма-промені, розсіяні на верхньому сцинтиляторі, залишивши в ньому енергію E1, поглиналися в нижньому сцинтиляторі, залишаючи в ньому енергію E2. Знаючи ці дві величини, E1, E2, можна було визначити повну енергію гамма-кванта, що прийшов, та кут комптонівського розсіяння θ. Вимірюючи положення на детекторах, в яких були зареєстровані події, що були ініційовані прийдешнім гамма-квантом, можна було визначити кільце напрямів на небі, з котрого прийшла зареєстрована подія. Внаслідок вимоги практично строгого співпадіння часів реєстрації подій в двух детекторах (з затримкою всього в наносекунди), більша частина фонових подій в детекторі ефективно подавлялася. Аналізуючи велику кількість подій з інформацією про «кільця» приходу фотонів, можна було відновлювати карту неба з кутовим розділенням біля одного градуса.

EGRET[ред.ред. код]

Гамма-телескоп високих енергій Energetic Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET) реєстрував гамма-промені в діапазоні від 20 МеВ до 30 ГеВ з кутовим розділенням у долі градуса та енергетичним розділенням у 15%. Прилад був розроблений у Центрі космічних польотів імені Годдарда (США), Інституті позаземної фізики товариства Макса Планка та Стенфордському університеті. Детектор працював на принципі реєстрації електрон-позитронних пар, що народжуються при проходженні через об'єм детектора гамма-променів високих енергій. В детекторі вимірювалися траєкторії вторинних електронів та позитронів і їх повні енергії, що дозволяло потім відновлювати інформацію про напрям гамма-кванта, що прийшов, та його енергії.

Результати[ред.ред. код]

Місяць, видимий телескопом «Комптон» у гамма-променях, більших за 20 МеВ. Вони з'являються завдяки бомбардуванню поверхні Місяця космічними променями. Сонце, в якого немає подібної поверхні з високим атомним номером, щоб бути мішенню для космічних променів, не спостерігається взагалі на цих енергіях. Вони надто великі для того, щоб виникати під час первинних ядерних реакцій, таких як термоядерний синтез.[3]

Основні результати[ред.ред. код]

  • Інструмент EGRET вперше провів високоякісний огляд неба в гамма-променях вище 100 МеВ.[4] Якість даних EGRET було перевершено лише обсерваторією Fermi, що була запущена у 2008 році. Використовуючи дані, зібрані за чотири роки роботи, було відкрито 271 джерело, з яких 170 не ототожнені з відомими об'єктами.
  • Інструмент COMPTEL вперше отримав карту Галактики в лінії випромінювання радіоактивного ізотопу алюмінію 26Al, що утворюється при вибухах наднових.[5]
  • За допомогою інструмента OSSE були отримані найкращі на сьогодні спектри різних галактичних та позагалактичних джерел в енергетичному діапазоні до 1 МеВ.[6] Крім того, інструмент OSSE завершив найбільш повний огляд галактичного центру, і відкрив можливу "хмару" антиматерії над центром.
  • Інструмент BATSE зафіксував більше 3000 гамма-спалахів (найбільший набір гамма-спалахів на сьогодні[7]), що вперше дозволило провести ряд важливих статистичних досліджень.[8] Серед іншого вдалося показати, що просторовий розподіл гамма-спалахів дуже однорідний на небі (це свідчить про позагалактичну природу більшості гамма-спалахів, і тому вони мають бути надзвичайно потужні) і що вони діляться на два великі сімейства: гамма-спалахи з середньою тривалістю менше та більше 2 секунд.[9] Згідно з сучасними уявленнями, поділ гамма-спалахів за тривалістю пов'язаний з відмінностями в природі астрофізичних об'єктів, вибухи в яких приводять до гамма-спалахів (злиття подвійних чорних дір або нейтронних зір і колапс масивної зорі).
  • Відкриття перших чотирьох джерел гамма променів, що повторюються; ці джерела були відносно слабі, в більшості своїй нижче 100 кеВ, і мали непередбачувані періоди активності та пасивності.

GRB 990123[ред.ред. код]

Гамма-спалах 990123 (23 січня 1999 року) — один з найяскравіших спалахів, зареєстрованих на той час, який мав оптичне післясвічення, що спостерігалося протягом швидкого гамма-випромінювання (зворотний ударний спалах). Це дозволило астрономам виміряти червоне зміщення z=1,6 та відстань 3,2 Гпк. Комбінуючи виміряну енергію спалаху в гамма-променях та відстань, загальна випромінена енергія, приймаючи ізотропний вибух, може бути виведена і в результаті прямого перетворення близько двох мас Сонця в енергію. Це остаточно переконало товариство у тому, що післясвічення гамма-спалахів виникає внаслідок високо колімованих вибухів, котрі сильно зменшують потрібний запас енергії.

Інші результати[ред.ред. код]

  • Завершення огляду залишків наднових. Також за допомогою інструмента BATSE був проведений найкращий на сьогодні моніторинг рентгенівських пульсарів, що дозволило провести ряд важливих тестів різних астрофізичних моделей акретуючих нейтронних зір[10].
  • Відкриття коротких гамма-спалахів у 1994 році, що походять від грозових хмар у земній атмосфері.

Виведення з орбіти[ред.ред. код]

Після відмови одного з гіроскопів, обсерваторія була навмисно виведена з орбіти. На той момент, обсерваторія була все ще робоча, однак відмова ще одного гіроскопа зробила би виведення з орбіти набагато більш складною та небезпечною задачею. З деякими суперечками, НАСА вирішило в інтересах громадської безпеки, що контрольоване падіння більш переважне, ніж якщо дозволити апарату впасти навмання. На відміну від Космічного телескопа «Габбл», «Комптон» не був розроблений для орбітального ремонтування. Він увійшов у земну атмосферу 4 липня 2000 року. Уламки супутника, що не згоріли в атмосфері, впали в Тихий океан. Це виведення стало першим навмисним контрольованим виведенням супутника, проведеним НАСА.[11]

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]