Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Lustra dla teleskopów przyszłej generacji gotowe do testów w kosmosie

Recommended Posts

Ostatnia runda testów wykazała, że supercienkie lekkie lustra pracujące w zakresie promieniowania rentgenowskiego są gotowe do testów w kosmosie. Lustra te mogą posłużyć do budowy teleskopów kolejnej generacji.

Nowe lustra to dzieło Willa Zhanga i jego zespołu z Goddard Space Flight Ceneter w stanie Maryland. Stanowią one część Projektu Referencyjnego Misji dla koncepcyjnego Lynx X-ray Observatory. To jedna z czterech potencjalnych misji wybranych przez NASA w ramach 2020 Decadal Survey for Astrophysics. Lustra są na tyle obiecujące, że już zdecydowano, iż ich testy w przestrzeni kosmicznej rozpoczną się w 2021 roku.

Lynx X-ray Observatory, jeśli NASA zdecyduje się na jego budowę, będzie następcą najważniejszego teleskopu pracującego obecnie w paśmie rentgenowskim – Chandra X-ray Observatory. Lynx, który może trafić w przestrzeń kosmiczną już w latach 30. bieżacego wieku, a który będzie składał się z dziesiątków tysięcy luster opracowanych w Goddard, mógłby być o dwa rzędy wielkości bardziej czuły niż Chandra. To pokazuje, jak olbrzymiego skoku technologicznego dokonano na przestrzeni ostatnich 2 dekad. Teleskop Chandra, który został wystrzelony w 1999 roku, jest w stanie rejestrować źródła promieniowania rentgenowskiego, które są 100-krotnie słabsze niż te obserwowane przez poprzednie teleskopy.

Praca nad nowymi lustrami dla teleskopu przyszłości rozpoczęła się przed 7 laty, gdy Zhang zaczął eksperymenty z monokryształem krzemu, materiałem nigdy wcześniej nie używanym w teleskopach rentgenowskich. Lustro musi być zagięte i zamknięte w cylindrze tak, by fotony promieniowania rentgenowskiego odbiły się od jego powierzchni i trafiły do elementów rejestrujących. Zhang wiedział, że, ze względu na koszty całości, jego lustra muszą być łatwe w produkcji, lekkie i supercienkie, a jednocześnie oferować doskonałą jakość.

Wykazaliśmy, że takie elementy można zbudować z taniego, powszechnie występującego materiału, który jest odporny na oddziaływania mogące zmienić kształt szkła, tradycyjnie wykorzystywanego do tworzenia luster teleskopów, mówi Zhang. Powołany przez NASA panel 40 ekspertów orzekł, że lustra Zhanga zapewniają taką samą jakość obrazu co większe i cięższe lustra używane obecnie przez Chandra X-ray Observatory. Eksperci potwierdzili, że rozdzielczość nowych luster wynogi 0,5 sekundy kątowej, jest więc porównywalna z rozdzielczością telewizji Ultra HD, a są przy tym 50-krotnie lżejsze i cieńsze od tych używanych przez Chandrę. Oznacza to, że przyszły teleskop będzie mógł korzystać ze znacznie większej liczby luster, przechwyci więc znacznie więcej światła, a co za tym idzie, będzie znacznie bardziej czuły.

Zhang podkreśla jednak, że minie jeszcze sporo czasu, zanim lustra będą gotowe do lotu w przestrzeń kosmiczną. Wraz ze swoim zespołem musi jeszcze opracować metodę połączenia poszczególnych segmentów wielkiego lustra w module, który będzie je chronił podczas startu rakiety i zapewni, że w czasie zachodzących wówczas silnych drgań żadne elementy nie ulegną poluzowaniu. Uczony przyznaje, że pozostało mu niewiele czasu. W ciągu zaledwie dwóch lat Zhang i jego zespół muszą dostarczyć duże lustro składające się z 288 mniejszych do profesora Randalla McEntaffera. To uczony z Pennsylvania State University, który przygotowuje misję o nazwie Off-plane Grating Rocket Experiment (OGRE). Misja ta ma wystartować w 2021 roku i wyniesie w przestrzeń kosmiczną różne instrumenty naukowe pracujące w paśmie rentgenowskim. To właśnie w ramach OGRE mają być testowane nowe lustra. Pozostały więc zaledwie dwa lata by pokonać liczne przeszkody techniczne i dostarczyć element gotowy do testów.

Zhang optymistycznie patrzy w przyszłość. Jeśli nawet Lynx X-ray Observatory nie zostanie wybrany tą misją, która ma być realizowana w ramach 2020 Decadel Survey, to i tak z nowych luster skorzystają inni. NASA rozważa bowiem przeprowadzenie kilku mniejszych obserwacji promieni rentgenowskich w ramach programu Probe, wiadomo też, że to badaniu kosmicznego promieniowania X myślą Japończycy.

 


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wodór, najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie, wciąż potrafi zaskoczyć naukowców. Pomimo dziesięcioleci intensywnych badań i bardzo prostej struktury – w końcu atom wodoru składa się z jednego protonu i jednego elektronu – wiele jego właściwości wciąż pozostaje tajemnicą. Naukowcy z Uniwersytetu Christiana Albrechta w Kilonii i Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf drogą teoretycznych obliczeń zauważyli niespodziewaną właściwość wodoru. W warunkach wysokiego ciśnienia wodór powinien zachowywać się jak roton, kwazicząstka wprowadzona przez Richarda Feynmana na określenie stanów wzbudzonych nadciekłego helu-4.
      To niespodziewane zachowanie wodoru przejawia się na przykład niezwykłym rozpraszaniem promieniowania rentgenowskiego w gęstym wodorze. Normalnie promieniowanie rentgenowskie przekazuje energię do elektronów, a transfer energii jest tym większy, im większy jest przekazany pęd. W przeprowadzonych obliczeń wynika jednak, że w gęstym wodorze energia może spadać wraz ze wzrostem transferu pędu.
      Zjawisko takie obserwowano dotychczas jedynie w bardzo egzotycznych układach, cieczach Bosego schłodzonych to temperatury bliskiej zeru absolutnemu. Ciecze takie znajdują się w stanie nadciekłym, zachodzą w nich zjawiska kwantowe i nie da się ich opisać na gruncie klasycznej mechaniki. Ta nowa właściwość wodoru jest powodowana przez elektrony, które nie są powiązane z atomami. Jeśli wodór zostanie wzbudzony promieniowaniem rentgenowskim o pewnej długości fali, elektrony mogą zbliżyć się do siebie na niezwykle małą odległość, a nawet tworzyć pary, mimo że zwykle się odpychają, wyjaśniają profesor Michael Bonitz i doktor Tobias Dornheim.
      Naukowcy dokładnie wyliczyli, jakie właściwości wodoru powinny zostać zaobserwowane w opisywanych przez warunkach. Teraz fizycy-eksperymentatorzy mogą pokusić się o zweryfikowanie tych obliczeń w praktyce.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy w historii udało się zarejestrować sygnaturę pojedynczego atomu w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Osiągnięcie, którego autorami są naukowcy z Ohio University, Argonne National Laboratory i University of Illinois-Chicago, może zrewolucjonizować sposób, w jaki identyfikowane są materiały i wykrywane pierwiastki. Promieniowanie rentgenowskie ma wiele zastosowań. Od obrazowania medycznego po systemy bezpieczeństwa na lotniskach. W generator tego typu promieniowania został też wyposażony łazik Curiosity, który za jego pomocą bada skład marsjańskich skał.
      Identyfikacja materiałów w próbce to jedno z ważnych zastosowań promieniowania rentgenowskiego. Przez lata, dzięki rozwojowi technologicznemu, ilość materiału wymagana do przeprowadzenia skutecznej identyfikacji ciągle się zmniejszała. Obecnie możemy w ten sposób identyfikować próbki zawierające zaledwie attogram materiału. To około 10 000 atomów. Potrzebujemy ich tak wiele, gdyż sygnał generowany przez pojedynczy atom jest niezwykle słaby. Tymczasem naukowcy od dawna marzyli o możliwości identyfikowania pojedynczego atomu tą metodą.
      Atomy można obrazować za pomocą skaningowych mikroskopów elektronowych, ale bez promieniowania rentgenowskiego nie jesteśmy w stanie powiedzieć, z jakich atomów składa się materiał. Teraz możemy wykrywać konkretne atomy i jednocześnie badać ich stan, mówi profesor Saw Wai Hla, który kierował badaniami. Gdy już jesteśmy w stanie to zrobić, możemy identyfikować materiał na poziomie pojedynczego atomu. To będzie miało olbrzymi wpływ na nauki biologiczne i medyczne, być może nawet pozwoli na znalezienie lekarstw na różne choroby. To odkrycie zmieni świat, dodaje uczony.
      Podczas eksperymentów naukowcy postanowili wykryć pojedynczy atom żelaza oraz pojedynczy atom terbu, które znajdowały się w molekułach. Żeby zidentyfikować poszczególne atomy badacze wyposażyli konwencjonalny detektor w wyspecjalizowaną końcówkę z metalu, którą umieścili niezwykle blisko badanej próbki, by zarejestrować elektrony wzbudzone za pomocą promieniowania rentgenowskiego. Wykorzystali więc znaną technikę synchrotronowej rentgenowskiej skaningowej mikroskopii tunelowej. Atom jest identyfikowany dzięki fotoabsorpcji elektronów niewalencyjnych, które wraz z jądrem atomu tworzą tzw. rdzeń atomowy. Jak mówi profesor Hla, spektrum tym elektronów jest unikatowe, co pozwala na identyfikację poszczególnych atomów.
      Wykorzystanie promieniowania rentgenowskiego do wykrywania i charakteryzowania poszczególnych atomów może zrewolucjonizować badania i doprowadzić do pojawienia się nowych technologi w dziedzinach kwantowych informacji, wykrywania pierwiastków śladowych w środowisku czy w badaniach medycznych. Otwiera to też drogę do tworzenia nowych materiałów na potrzeby instrumentów medycznych, dodaje doktorant Tolulope Michael Ajayi.
      Drugim, obok możliwości identyfikowania pojedynczego atomu, z celów badań jest wykorzystanie tej techniki do określenia wpływu otoczenia na pojedynczy atom pierwiastków ziem rzadkich. Porównując stany chemiczne wykrytego przez nas atomu żelaza i atomu terbu znajdujących się w ich molekułach, stwierdziliśmy, że atom terbu – pierwiastka ziem rzadkich – jest raczej izolowany i nie zmienia swojego stanu chemicznego, a atom żelaza wchodzi w silne interakcje z otoczeniem, informuje profesor Hla. Możliwość prowadzenia takich badań pozwoli nam na manipulowanie materiałami tak, by lepiej spełniały stawiane przed nimi zadania.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Łazik Perseverance wylądował na Marsie po trwającej ponad pół roku podróży. W tym czasie był narażony na oddziaływanie dużych dawek promieniowania kosmicznego, które dodatkowo mogło zostać gwałtownie zwiększone przez koronalne wyrzuty masy ze Słońca. Na takie właśnie szkodliwe dla zdrowia promieniowanie narażeni będą astronauci podróżujący na Marsa. W przeciwieństwie do załogi Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie będą oni chronieni przez ziemską magnetosferę. Dlatego też wszelkie metody skrócenia podróży są na wagę zdrowia i życia.
      Emmanuel Duplay i jego koledzy z kanadyjskiego McGill University zaprezentowali na łamach Acta Astronautica interesującą koncepcję laserowego systemu napędowy, który mógłby skrócić załogową podróż na Marsa do zaledwie 45 dni.
      Pomysł na napędzanie pojazdów kosmicznych za pomocą laserów nie jest niczym nowym. Jego olbrzymią zaletą jest fakt, że system napędowy... pozostaje na Ziemi. Jedną z rozważanych technologii jest wykorzystanie żagla słonecznego przymocowanego do pojazdu. Żagiel taki wykorzystywałby ciśnienie fotonów wysyłanych w jego kierunku z laserów umieszczonych na Ziemi. W ten sposób można by rozpędzić pojazd do nieosiągalnych obecnie prędkości.
      Jednak system taki może zadziałać wyłącznie w przypadku bardzo małych pojazdów. Dlatego Duplay wraz z zespołem proponują rozwiązanie, w ramach którego naziemny system laserów będzie rozgrzewał paliwo, na przykład wodór, nadając pęd kapsule załogowej.
      Pomysł Kanadyjczyków polega na stworzeniu systemu laserów o mocy 100 MW oraz pojazdu załogowego z odłączanym modułem napędowym. Moduł składałby się z olbrzymiego lustra i komory wypełnionej wodorem. Umieszczone na Ziemi lasery oświetlałby lustro, które skupiałoby światło na komorze z wodorem. Wodór byłby podgrzewany do około 40 000 stopni Celsjusza, gwałtownie by się rozszerzał i uchodził przez dyszę wylotową, nadając pęd kapsule załogowej. W ten sposób, w ciągu kilkunastu godzin ciągłego przyspieszania kapsuła mogłaby osiągnąć prędkość około 14 km/s czyli ok. 50 000 km/h, co pozwoliłoby na dotarcie do Marsa w 45 dni. Sam system napędowy, po osiągnięciu przez kapsułę odpowiedniej prędkości, byłby od niej automatycznie odłączany i wracałby na Ziemię, gdzie można by go powtórnie wykorzystać.
      Drugim problemem, obok stworzenia takiego systemu, jest wyhamowanie pojazdu w pobliżu Marsa. Naukowcy z McGill mówią, że można to zrobić korzystając z oporu stawianego przez atmosferę Czerwonej Planety, jednak tutaj wciąż jest sporo niewiadomych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W zbiorach Muzeum Narodowego we Wrocławiu (MNW) od 65 lat znajduje się lustro. Jak podkreśliła Elżbieta Gajewska-Prorok, kustoszka w Dziale Szkła, to jeden z wielu zabytków, które w nieznanych okolicznościach [i często w złym stanie, związanym z nieodpowiednim przechowywaniem] trafiły do zbiorów muzealnych kilka lat po zakończeniu wojny. Tajemnice związane z jego dziejami udało się ostatnio częściowo odtworzyć.
      Rama bez tafli
      Przed konserwacją i restauracją lustro z MNW było ramą bez tafli. Ośmioboczna rama wykonana została z drewna, pokryta folią cynową i obłożona cienkimi lustrzanymi szybkami ze stylizowaną dekoracją forlaną rytowaną na awersie oraz formowanymi na gorąco elementami szklanymi w kolorach różowym i żółtym: skręcanymi spiralnie pręcikami, karbowanymi wstęgami i rozetami kwietnymi. Wstęgi z kwiatami, umieszczone w partiach załamania ramy, maskowały połączenia lustrzanych szybek. Płytkom nadano właściwości lustrzane za pomocą podlewy amalgamatu rtęci i cyny.
      Metodę polegającą na podlewaniu tafli szklanych amalgamatem (stopem rtęci z cyną bądź ołowiem) opracowano w XV w. w Wenecji. Lustra rtęciowe wytwarzano w Europie niemal do połowy XIX w. Później z warstwy rtęciowej zrezygnowano na rzecz warstwy srebrnej. W pewnym momencie wprowadzono również związki innych białych metali, np. platyny.
      Konserwacja we wrocławskiej pracowni
      Na początku br. lustro ze zbiorów MNW trafiło do pracowni Sławomira Oleszczuka, który zajmuje się konserwacją szkła zabytkowego. Odnowiony zabytek można oglądać na wystawie stałej "Sztuka europejska XV-XX wieku".
      Przeprowadzone przeze mnie wstępne badania zabytku przed konserwacją ujawniły fragmenty gazet francuskich: z 25 lipca 1801 (10 ͤ Anne 7 Thermidor) oraz z 1889, stanowiących podkład lustrzanych płytek. Na tej podstawie można określić powstanie zwierciadła najwcześniej na koniec 1801 r. - ujawniła Gajewska-Prorok.
      Burzliwe dzieje Republiki Weneckiej
      Warto przypomnieć, że w 1796 r. Republika Wenecka została zajęta przez Francuzów, a w 1797 r. zlikwidowana (pokój w w Campo Formio), w wyniku czego większość jej ziem przypadła Austrii. Po kilku latach, w 1805 roku, Napoleon odebrał Wenecję Austrii, aby zintegrować ją z królestwem Włoch, którego został królem. Po klęsce Napoleona i kongresie wiedeńskim, w roku 1815 miasto zostało ponownie włączone do Cesarstwa Austriackiego i stało się częścią ziem Habsburgów do 1848 roku - tłumaczy kustoszka.
      Na podstawie znalezionych gazet wiadomo, że lustro powstało w Wenecji w drugiej połowie 1801 albo po 1805 r., gdy nie było problemu z dostępem do francuskich gazet. Obecność fragmentu z 1889 r. wskazuje zaś na naprawę lustra pod koniec XIX w. we Francji. Gajewska-Prorok dywaguje, że być może już wtedy zwierciadło znajdowało się w obiegu antykwarycznym.
      Weneckie lustro oktogonalne w lustrzanych ramach
      Zwierciadło ze zbiorów MNW należy do typu weneckich luster oktagonalnych w szerokich lustrzanych ramach; został on wypracowany w Wenecji w połowie XVII w. Obecnie ośmioboczne zwierciadła w lustrzanych ramach z formowanymi na gorąco nakładkami są najbardziej rozpoznawalną formą zwierciadła weneckiego. W pracowniach luster na Murano wytwarza się do dzisiaj metodami tradycyjnymi zwierciadła w tym typie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Być może po raz pierwszy udało się odkryć planetę poza Drogą Mleczną, poinformowali naukowcy prowadzący obserwacje za pomocą Chandra X-ray Observatory. Jeśli rzeczywiście zauważyli oni planetę poza naszą galaktyką, oznacza to, że już teraz jesteśmy w stanie wykrywać planety znajdujące się znacznie dalej niż dotychczas. Nowa kandydatka na egzoplanetę został zauważony w galaktyce spiralnej Messier 51 (M51).
      Dotychczas odkryto tysiące egzoplanet. Wszystkie one jednak znajdują się w Drodze Mlecznej i niemal wszystkie w odległości mniejszej niż 3000 lat świetlnych od Ziemi. Tymczasem egzoplaneta w M51 byłaby oddalona od nas o około 28 milionów lat świetlnych.
      Próbujemy otworzyć całkiem nowy rozdział w poszukiwaniu egzoplanet. Szukamy ich w zakresie promieniowania rentgenowkiego, co umożliwia obserwowanie planet w innych galaktykach, wyjaśnia główna autorka badań, Rosanne Di Stefano z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA).
      Prawdopodobna planeta została zarejestrowana podobnie jak dotychczas odkryte egzoplanety. Obiekt zauważono metodą tranzytu. Gdy na tle gwiazdy przechodzi planeta, możemy zaobserwować spadek jasności gwiazdy, której światło jest częściowo przesłaniane przez jej towarzyszkę. W ten właśnie sposób odkryto tysiące egzoplanet, prowadząc obserwacje w świetle widzialnym.
      Z kolei Di Stefano i jej zespół szukali takich samych zjawisk w układach podwójnych w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Zwykle źródłami takiego promieniowania są albo gwiazda neutronowa, albo czarna dziura, wyciągające materię z towarzyszącej jej gwiazdy. Jako, że takie źródła są małe, planeta przechodząca na ich tle powinna zablokować większość lub całość promieniowania. Zatem tego typu tranzyty powinny być łatwe do zauważenia, gdyż źródło promieniowania może okresowo regularnie znikać. Powinniśmy móc je zaobserwować ze znacznie większej odległości niż tranzyty badane w paśmie światła widzialnego. W ich przypadku bowiem przechodząca planeta blokuje minimalną część światła swojej gwiazdy.
      Zespół Di Stefano wykorzystał więc metodę obserwacji w paśmie rentgenowskim do znalezienia kandydatki na planetę, znajdującej się w układzie podwójnym M51-ULS-1 w galaktyce M51. Układ ten składa się z czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej krążącej wokół gwiazdy o masie ok. 20-krotnie większej od masy Słońca. Naukowcy zauważyli, że źródło promieniowania rentgenowskiego zniknęło na około 3 godziny. Na podstawie zgromadzonych danych stwierdzili, że możemy mieć do czynienia z planetą o rozmiarach Saturna, która krąży wokół gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury w odległości 2-krotnie większej niż odległość między Saturnem a Słońcem.
      To niezwykle interesująca interpretacja, jednak potrzebujemy więcej informacji, by potwierdzić, że odkryto pierwszą planetę poza naszą galaktyką. Problem w tym, że jeśli to rzeczywiście planeta, która krąży w takiej odległości od gwiazdy lub czarnej dziury, to na kolejny tranzyt musimy poczekać około 70 lat. Niestety, aby potwierdzić, że to planety, będziemy musieli poczekać całe dekady na kolejny tranzyt. A jako, że nie wiemy, w jakim dokładnie czasie obiega ona źródło promieniowania, nie wiemy dokładnie, kiedy powinniśmy patrzeć, mówi współautorka badań Nia Imara z University of California w Santa Cruz.
      Jeśli rzeczywiście mamy tutaj do czynienia z planetą, to o bardzo burzliwej historii. Musiała ona bowiem przetrwać eksplozję supernowej w wyniku której powstała gwiazda neutronowa lub czarna dziura. W pewnym momencie dojdzie też do eksplozji gwiazdy towarzyszącej źródłu promieniowania.
      Di Stefano i jej zespół poszukiwali tranzytów w trzech galaktykach: M51 (Galaktyka Wir), Messier 101 (M101, Galaktyka Wiatraczek) oraz Messier 104 (M104, Galaktyka Sombrero). W Wirze przyjrzeli się 55 układom podwójnym, w Wiatraczku sprawdzili 64 układy, a w Sombrero – 119. Teraz planują przeszukanie archiwów teleskopów Chandra i XMM-Newton, w poszukiwaniu wcześniejszych tranzytów.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...