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 ハーシェル天文台の模型 | |||||||||
| 名前 | 遠赤外線・サブミリ波望遠鏡 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ミッションタイプ | 宇宙望遠鏡 | ||||||||
| オペレーター | 欧州宇宙機関（ESA） / NASA | ||||||||
| コスパーID | 2009-026K | ||||||||
| SATCAT番号 | 34937 | ||||||||
| Webサイト | ハーシェル | ||||||||
| ミッション期間 | 計画: 3年 最終: 4年1ヶ月2日[1] | ||||||||
| 宇宙船の特性 | |||||||||
| メーカー | タレス・アレニア・スペース | ||||||||
| 打ち上げ質量 | 3,400 kg (7,500 ポンド) [2] | ||||||||
| ペイロード質量 | 望遠鏡: 315 kg (694 ポンド) [2] | ||||||||
| 寸法 | 7.5m×4.0m（25フィート×13フィート）[2] | ||||||||
| 力 | 1kW | ||||||||
| ミッション開始 | |||||||||
| 発売日 | 2009年5月14日 13:12:02 UTC | ||||||||
| ロケット | アリアン5 ECA | ||||||||
| 発射場 | ギアナ宇宙センター、 フランス領ギアナ | ||||||||
| 請負業者 | アリアンスペース | ||||||||
| ミッション終了 | |||||||||
| 廃棄 | 廃止 | ||||||||
| 無効化 | 2013年6月17日 12:25 UTC [3] | ||||||||
| 軌道パラメータ | |||||||||
| 参照システム | L 2 ポイント （1,500,000 km / 930,000 mi） | ||||||||
| 政権 | リサージュ | ||||||||
| メイン望遠鏡 | |||||||||
| タイプ | リッチー・クレティエン | ||||||||
| 直径 | 3.5メートル（11フィート） f /0.5（主鏡）[4] | ||||||||
| 焦点距離 | 28.5メートル（94フィート） f /8.7[4] | ||||||||
| 収集エリア | 9.6 m 2 (103 平方フィート) | ||||||||
| 波長 | 55～672μm（遠赤外線） | ||||||||
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 ハーシェルのESA天体物理学の記章 | |||||||||
ハーシェル宇宙望遠鏡は、欧州宇宙機関(ESA)によって建設および運用された宇宙望遠鏡である。2009年から2013年まで運用され、2021年にジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が打ち上げられるまで、史上最大の赤外線望遠鏡であった。 [5]ハーシェルは、3.5メートル (11.5フィート) の鏡[5] [6] [7] [8]と、遠赤外線およびサブミリ波帯 (55–672 μm)に感度のある機器を搭載している。ハーシェルは、 SOHO / Cluster II、XMM-Newton、Rosettaに続く、ホライズン2000計画の4番目で最後の礎となるミッションであった。
天文台は2009年5月にアリアン5号によって軌道に乗せられ、約2か月後に地球から150万キロメートル（93万マイル）離れた地球太陽系の第2ラグランジュ点（L2）に到達した。ハーシェルは、赤外線スペクトルと天王星の発見者であるウィリアム・ハーシェル卿と、彼の妹で共同研究者のキャロライン・ハーシェルにちなんで名付けられている。[9]
この観測所は、宇宙で最も冷たく塵の多い天体、例えば星が形成される冷たい繭や、新しい星で膨らみ始めたばかりの塵の多い銀河を観測することができた。[10]この観測所は、星の材料を「ゆっくり煮込む」星形成雲をふるいにかけて、水などの生命を形成する可能性のある分子が形成される経路をたどった。
望遠鏡の寿命は、機器に使用できる冷却剤の量によって決まり、冷却剤がなくなると、機器は正常に機能しなくなります。打ち上げ当時、運用期間は3.5年（2012年末頃まで）と見積もられていました。[11]ハーシェルの冷却剤がなくなる2013年4月29日15:20 UTCまで運用が続きました。 [12]
NASAはハーシェル計画のパートナーであり、米国の参加者はミッションに貢献し、ミッションを可能にする機器技術を提供し、赤外線処理分析センターのNASAハーシェル科学センター（NHSC）と赤外線科学アーカイブのハーシェルデータ検索を後援しました。[13]
発達
1982年、遠赤外線サブミリ波望遠鏡（FIRST ）がESAに提案された。1984年に作成されたESAの長期政策計画「Horizon 2000」では、高スループットヘテロダイン分光ミッションをその基礎ミッションの1つとして求めていた。1986年、FIRSTがこの基礎ミッションとして採用された。[14] 1992年から1993年にかけて行われた産業界の研究の後、1993年に実施されることが決定した。ミッションのコンセプトは、赤外線宇宙観測衛星（2.5～240μm）1995～1998年の経験を踏まえ、地球軌道からラグランジュ点L2に再設計された。2000年、FIRSTはハーシェルに改名された。 2000年に入札が行われ、2001年に産業活動が開始されました。 [15]ハーシェルは2009年に進水しました。
ハーシェル計画の費用は11億ユーロでした。[16]この金額には宇宙船とペイロード、打ち上げとミッションの費用、科学研究活動が含まれています。[17]
科学
ハーシェルは太陽系や天の川銀河、さらには数十億光年離れた銀河系外の天体、例えば新生銀河などの光を集めることに特化し、4つの主要な調査分野を担当しました。[18]
ミッション中、ハーシェルは「35,000回以上の科学的観測を実施」し、「約600の異なる観測プログラムから25,000時間以上の科学データを収集した」[19] 。
計装
このミッションには、遠赤外線とサブミリ波帯全体をカバーする初の宇宙望遠鏡が含まれていた。 [18]幅3.5メートル（11フィート）のハーシェルは、宇宙に配備された最大の光学望遠鏡を搭載した。[20]この望遠鏡はガラスではなく、焼結炭化ケイ素で作られた。鏡の素材はフランスのタルブにあるブーステック社で製造され、フィンランドのトゥオルラ天文台のオプテオン社で研削・研磨され、スペインのカラル・アルト天文台で真空蒸着法でコーティングされた。[21]
鏡で反射された光は3つの機器に焦点を合わせられ、その検出器の温度は2 K (-271 °C) 以下に保たれていた。[22]機器は2,300リットル (510 英ガロン、610 米ガロン) 以上の液体ヘリウムで冷却され、ほぼ真空状態で約1.4 K (-272 °C) の温度で沸騰していた。宇宙船に搭載されたヘリウムの供給は、宇宙観測所の運用寿命に対する基本的な制限であった。[8]当初は少なくとも3年間は運用されると予想されていた。[23]
ハーシェルは3つの検出器を搭載していた: [24]
- PACS（光検出アレイカメラと分光計）
- マックスプランク地球外物理学研究所が設計・製作した、波長55～210マイクロメートルをカバーする撮像カメラと低解像度分光計。分光計のスペクトル分解能はR=1000～R=5000で、-63 dBの微弱な信号も検出可能 。空間分解能とスペクトル分解能を組み合わせた積分フィールド分光器として動作。撮像カメラは、数ミリジャンスキーの検出限界で2つの帯域（60～85/85～130マイクロメートルと130～210マイクロメートル）を同時に撮像可能。[ 25] [26]
- SPIRE (スペクトルおよび測光画像受信機)
- 194～672マイクロメートルの波長をカバーする撮像カメラと低解像度分光計。分光計は波長250マイクロメートルでR=40～R=1000の解像度を持ち、約100 ミリジャンスキー（mJy）の明るさの点光源と約500mJyの明るさの拡張光源を撮像することができた。[27]撮像カメラには、250、350、500マイクロメートルを中心とする3つのバンドがあり、それぞれ139、88、43ピクセルであった。拡張光源では、2mJy以上の明るさの点光源と4～9mJyの明るさの点光源を検出できた。SPIRE撮像カメラのプロトタイプは、BLAST高高度気球に搭載されて飛行した。カリフォルニア州パサデナにあるNASAジェット推進研究所は、この装置のために「スパイダーウェブ」ボロメータを開発し、製造した。このボロメータは、以前のバージョンよりも40倍も感度が高い。ハーシェル・SPIRE装置は、カーディフ大学を筆頭とする8カ国18以上の研究所からなる国際コンソーシアムによって製造された。 [28]
- HIFI（遠赤外線ヘテロダイン計測器）
- ヘテロダイン検出器は異なる波長の放射線を電子的に分離することができ、R=10 7という高いスペクトル分解能を実現します。[29]分光計は157～212マイクロメートルと240～625マイクロメートルの2つの波長帯で動作しました。オランダ宇宙研究所（SRON）がHIFIの設計、構築、テストの全プロセスを主導しました。SRONのリーダーシップの下、HIFI機器制御センターがデータの取得と分析を担当しました。
NASAはこの機器用のミキサー、局部発振器チェーン、パワーアンプを開発・製造した。[30]カリフォルニア工科大学赤外線処理・分析センターの一部であるNASAハーシェル科学センター（パサデナ）は、科学計画とデータ分析ソフトウェアを提供している。[31]
サービスモジュール
共通サービスモジュール（SVM）は、ハーシェルとプランクのミッションが1つのプログラムに統合されたため、タレス・アレニア・スペースのトリノ工場で設計・製造されました。 [32]
構造的には、ハーシェル SVM とプランクSVM は非常に似ています。両方の SVM は八角形の形状をしており、どちらの場合も、各パネルは指定された一連の高温ユニットを収容するために専用になっており、さまざまな高温ユニット、機器、および宇宙船の熱放散要件が考慮されています。
さらに、両方の宇宙船では、航空電子システム、姿勢制御および測定システム (ACMS)、コマンドおよびデータ管理システム (CDMS)、電源サブシステム、追跡、テレメトリ、およびコマンドサブシステム (TT&C)の共通設計が実現されています。
SVM 上のすべての宇宙船ユニットは冗長化されています。
電源サブシステム
各宇宙船の電源サブシステムは、三接合太陽電池を採用した太陽電池アレイ、バッテリー、および電力制御ユニット (PCU) で構成されています。これは、各太陽電池アレイの 30 セクションとインターフェイスし、調整された 28 V バスを提供し、保護された出力を介してこの電力を分配し、バッテリーの充電と放電を処理するように設計されています。
ハーシェルの場合、太陽電池アレイは、クライオスタットを太陽から保護するために設計されたバッフルの下部に固定されています。3 軸姿勢制御システムにより、このバッフルは太陽の方向に維持されます。このバッフルの上部は、太陽エネルギーの 98% を反射する光学太陽反射鏡 (OSR) で覆われており、クライオスタットの加熱を回避します。
姿勢と軌道の制御
この機能は、ACMS のプラットフォームである姿勢制御コンピュータ (ACC) によって実行されます。これは、ハーシェルおよびプランクペイロードの指向および旋回要件を満たすように設計されています。
ハーシェル宇宙船は3軸安定化されており、絶対指向誤差は3.7秒角未満である必要があります。
両宇宙船の視線の主なセンサーはスタートラッカーです。
打ち上げと軌道
ハーシェル宇宙望遠鏡 · 地球
タレス・アレニア宇宙契約の下、カンヌ・マンデリュー宇宙センターで製造されたこの宇宙船は、2009年5月14日13時12分02秒UTCにフランス領ギアナのギアナ宇宙センターからアリアン5ロケットでプランク宇宙船とともに打ち上げられ、第二ラグランジュ点に向かう途中の楕円軌道に乗せられた。[33] [34] [35]軌道の近地点は270.0 km（予定）であった。270.0 ± 4.5）、遠地点1,197,080 km（予定1 193 622 ± 151 800）、傾斜5.99度（意図6.00 ± 0.06）。[36]
2009年6月14日、ESAはクライオカバーを開くコマンドを正常に送信し、数週間以内にPACSシステムが空を観察し、画像を送信できるようになりました。汚染を防ぐために、望遠鏡が宇宙空間に出るまでは蓋を閉じたままにしておく必要がありました。[37]
5日後、 M51グループを写した最初のテスト写真セットがESAによって公開されました。[38]
2009年7月中旬、打ち上げから約60日後、地球から150万キロ離れた地球太陽系の第2ラグランジュ点（L2）の周囲を平均半径80万キロのハロー軌道に投入された。 [35] [39]
発見
2009年7月21日、ハーシェルの試運転が成功したと宣言され、運用段階の開始が可能になった。ハーシェルの全体的な責任がプログラムマネージャーのトーマス・パスフォーゲルからミッションマネージャーのヨハネス・リーディンガーに正式に引き継がれたと宣言された。[35]
ハーシェルは、星形成過程における未知の予期せぬ段階の発見に大きく貢献した。地上望遠鏡による最初の確認とその後の検証により、NGC 1999の領域に暗黒星雲であると考えられていた巨大な空洞が発見され、新たに形成される星の領域が周囲の物質を排出する仕組みが明らかになった。[40]
2010年7月には天文学と天体物理学の特別号が発行され、観測所の初期成果に関する152本の論文が掲載された。[41]
2010年10月には、唯一のHIFI機器に関する第2号が『天文学と天体物理学』誌に出版された。この機器は、2009年8月から2010年2月までの6か月間、技術的な故障により停止していた。[42]
2011年8月1日、ハーシェル宇宙望遠鏡によって宇宙で分子状酸素が決定的に確認されたと報告された。これは科学者が宇宙で分子を発見した2度目のことだ。これは以前にもオーディンチームによって報告されていた。 [43] [44]
2011年10月にネイチャー誌に掲載された報告書によると、ハーシェルがハートレー第2彗星の重水素濃度を測定した結果、地球の水の多くはもともと彗星の衝突から来た可能性があることが示唆されたという。[45] 2011年10月20日には、若い恒星の降着円盤で海に相当する量の冷たい水蒸気が発見されたと報告された。これまでに形成中の恒星の近くで検出された暖かい水蒸気とは異なり、冷たい水蒸気は彗星を形成し、それが内惑星に水をもたらす可能性があると考えられており、地球上の水の起源として理論化されている。[46]
2013年4月18日、ハーシェルチームはネイチャー誌の別の論文で、年間2,000太陽質量以上の恒星を生み出す例外的なスターバースト銀河を発見したと発表した。HFLS3と呼ばれるこの銀河はz = 6.34に位置し、ビッグバンからわずか8億8000万年後に誕生した。[47]
ミッション終了の数日前、ESAはハーシェルの観測により、木星の水は1994年のシューメーカー・レヴィ第9彗星の衝突によってもたらされたという結論に達したと発表した。[48]
2014年1月22日、ESAの科学者はハーシェルのデータを使用して、小惑星帯最大の天体である準惑星ケレスで水蒸気を初めて確実に検出したと報告した。[49] [50]この発見は予想外だった。なぜなら、通常「噴流や噴煙を噴出する」のは小惑星ではなく彗星であると考えられているからだ。科学者の一人によると、「彗星と小惑星の境界線はますます曖昧になっている」という。[50]
ミッション終了
ハーシェル宇宙望遠鏡 · 地球
2013年4月29日、ESAは、搭載機器や検出器の冷却に使用されていたハーシェルの液体ヘリウムが枯渇したため、ミッションが終了したと発表した。 [12]発表当時、ハーシェルは地球から約150万km離れていた。L2地点でのハーシェルの軌道は不安定であるため、ESAは既知の軌道上で機体を誘導したいと考えていた。ESAの管理者は2つの選択肢を検討した。
- ハーシェルを、少なくとも数百年間は地球に遭遇しない太陽中心軌道に配置する。
- ハーシェルを月に向かうコースに誘導し、破壊的な高速衝突を引き起こして月の極の水の探索に役立てる。ハーシェルが月に到達するまでには約100日かかる。[51]
経営者はコストが安かったため、最初の選択肢を選んだ。[52]
2013年6月17日、ハーシェルは完全に停止し、燃料タンクは強制的に空にされ、搭載コンピューターは地球との通信を停止するようにプログラムされた。通信を切断する最終指令は、欧州宇宙運用センター（ESOC）から12時25分（UTC）に送信された。[3]
ミッションの運用後段階は2017年まで続いた。主な任務は、データ品質を向上させるための機器の校正の統合と改良、および科学的に検証されたデータの集合体を作成するためのデータ処理であった。[53]
ハーシェルの後
ハーシェルの終焉後、一部のヨーロッパの天文学者は、欧州と日本の共同SPICA遠赤外線観測所プロジェクトや、NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡におけるESAの継続的な協力を推進してきた。[12] [54]ジェイムズ・ウェッブは0.6から28.5μmの近赤外線スペクトルをカバーし、SPICAは12から230μmの中赤外線から遠赤外線のスペクトル範囲をカバーする。ハーシェルは液体ヘリウム冷却に依存していたため設計寿命が約3年に制限されていたが、SPICAは機械式ジュール・トムソン冷却器を使用してより長い期間極低温を維持していた。SPICAの感度はハーシェルより2桁高くなるはずだった。[55]
NASAが提案しているオリジンズ宇宙望遠鏡（OST）も遠赤外線帯域の観測を行う予定である。ヨーロッパはOSTの5つの機器のうちの1つであるOST用ヘテロダイン受信機（HERO）の研究を主導している。[56]
参照
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- ^ アトキンソン、ナンシー (2012 年 12 月 11 日)。「ハーシェル宇宙船は月を『爆撃』しないが、GRAIL はそうする」。ユニバース・トゥデイ。2013 年5 月 4 日閲覧。
- ^ 「赤外線宇宙天文学：ハーシェル」マックス・プランク天文学研究所。 2013年4月29日閲覧。
- ^ 「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡」NASA 2016年5月29日閲覧。
- ^ 「スウィートスポット：12～230μmの分光法」SPICAプロジェクト。2017年4月7日。 2018年7月9日閲覧。
- ^ Cooray, Asantha (2017年7月). 「Origins Space Telescope」(PDF) . NASA . 2018年7月10日閲覧。
さらに読む
- Harwit, M. (2004). 「ハーシェルミッション」.宇宙研究の進歩. 34 (3): 568–572. Bibcode :2004AdSpR..34..568H. doi :10.1016/j.asr.2003.03.026.
- ダムベック、トルステン（2009年5月）。「1回の打ち上げ、2つの新しい探査機：プランクがビッグバンの解明に備える」。スカイ・アンド・テレスコープ。117 （5）：24-28。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ハーシェル (宇宙望遠鏡)に関連するメディアがあります。
Wikinewsには関連ニュースがあります:
- ESAがハーシェル宇宙望遠鏡とプランク衛星を打ち上げる
- 欧州宇宙機関
- ハーシェルミッションのウェブサイト
- ハーシェル科学ウェブサイト
- ハーシェルの運営ウェブサイト
- ハーシェル科学成果ウェブサイト
- 米航空宇宙局（NASA）
- ハーシェルミッションのウェブサイト 2022年10月29日アーカイブウェイバックマシン
- ハーシェル科学センター
- NASA/IPAC ハーシェル アーカイブ
- 英国のアウトリーチウェブサイト