Infrarødt observatorium skutt opp

Av Erik Tronstad

Oppskytingen av Delta-bæreraketten med SIRTF var oppskyting nummer 300 med en Delta-bærerakett. (NASA)

Det siste av NASAs fire «store observatorier», Space Infrared Telescope Facility (SIRTF), er nå skutt opp og plassert i bane. Oppskytingen av Delta 2-bæreraketten med SIRTF startet klokken 07.35.39 norsk sommertid i dag, mandag 25. august 2003. Den foregikk fra opp­skyt­ings­platt­form 17B ved Cape Canaveral Air Force Station i Florida, USA.

SIRTF ble ikke plassert i bane rundt Jorden, men rundt Solen. Observatoriet ble derfor akselerert til en hastighet over unnslipningshastigheten på 11,2 km/s. I hovedsak er det to grunner til dette valget av bane. Den første er at Jorden sender ut betydelige mengder infrarød stråling, nok til at de ville skapt problemer for de svært følsomme instrumentene i SIRTF. Derfor var det ikke ønskelig å ha SIRTF i en lav jordbane. En solbane gjør også at man slipper å bekymre seg om infrarød stråling fra Månen. Den andre grunnen er at når SIRTF er i solbane, står man friere til hvor man til enhver tid ønsker å rette teleskopet. Om observatoriet gikk i jordbane, måtte det alltid ha vært rettet en betydelig vinkel bort fra Jorden og Månen. I solbane er det «forbudte» området av himmelen til enhver tid mindre for SIRTF.

Rundt Solen vil SIRTF gå i omtrent samme bane som Jorden, men bak vår planet. Der vil avstanden til Jorden øke med omtrent 0,1 astronomisk enhet (15 millioner kilometer) per år.

Tegninger som viser SIRTF fra fem forskjellige vinkler. (NASA/JPL/Caltech)

Strøm til systemene om bord kommer fra sol­celle­pa­neler på den ene siden av selve teleskopet. Sol­celle­pa­nelene er alltid vendt mot Solen. Samtidig fungerer de som en skjerm, som beskytter teleskopet mot mye av varmestrålingen fra Solen.

Observatoriet ferdig montert. Til høyre sol­celle­pa­nelene. Utsiden av teleskoprøret er malt svart på venstre side, som skal vende bort fra Solen, og reflekterende på høyre side. (NASA/JPL/Caltech)

Den ene halvdelen av teleskopet, som vender bort fra Solen, er malt svart. Dermed stråler det ut mest mulig varme fra strukturen. Den motsatte delen, som vender mot sol­celle­pa­nelene, er mest mulig reflekterende. Stråling, deriblant varmestråling, fra sol­celle­pa­nelene vil derfor i størst mulig grad bli reflektert bort og ikke trenge inn i teleskopstrukturen.

Romfartøyet har et teleskop med en diameter på 0,85 m og er utstyrt med tre instrumenter. De skal gjøre observasjoner i den infrarøde delen av spekteret, med bølgelengder i intervallet 3-180 mikrometer. (1 mikrometer = 0,000001 m. Synlig lys har bølgelengder rundt 0,5 mikrometer.) Siden stråling i dette bølgelengdeområdet helt eller delvis absorberes av jordatmosfæren, må observasjoner i det foretas fra rommet.

Det første av de tre instrumentene er et kamera som er følsomt for infrarød stråling. Det andre er et spektrometer, som skal brukes til å undersøke hvilke grunnstoffer som finnes og mengdene av dem i forskjellige astronomiske kilder. Det tredje er et fotometer, som skal ta en slags bilder og spektrografiske data på lengre bølgelengder.

Ved oppskyting hadde SIRTF samme temperatur som omgivelsene i Florida. Etter 30 døgn i rommet har utstråling redusert temperaturen til omkring 35-40 K (rundt -238 til -233 °C). En så rask avkjøling til så lav temperatur hadde ikke vært mulig i lav jordbane. Varmestrålingen fra Jorden ville satt en stopper for dette. Den kan varme en satellitt opp til rundt 250 K, langt over det som er akseptabelt for SIRTF.

Hovedspeilet og de tre instrumentene er bygd inn i denne «termosflasken». Innvendig avkjøles den av flytende helium. Selve teleskopstrukturen ble senere montert rundt og utenpå denne. (NASA/JPL/Caltech)

Alle de tre instrumentene er montert på toppen av en tank med 360 liter flytende helium, med en vekt på 50,4 kg. Det flytende heliumet vil kjøle ned innsiden av teleskopet fra 35-40 K ned til 5,5 K. De tre instrumentene vil bli kjølt helt ned til bare 1,5 K. Så lave temperaturer er nødvendig for at instrumentene skal greie å observere stråling fra objekter med temperaturer ned til 3 K. Om instrumentene og/eller teleskopstrukturen hadde vesentlig høyere temperatur, ville de sende ut så mye infrarød stråling at den infrarøde strålingen fra astronomiske objekter helt ville drukne. Det ville være omtrent som å plassere lyskilder på innsiden av et vanlig teleskop, for observasjon av synlig lys, og så prøve å observere stjerner med teleskopet. Da ville det svake lyset fra stjerner fullstendig drukne i lyset fra lampene på innsiden av teleskopet.

Mens SIRTF observerer, lagres alle data om bord, i et dataminne på 8 GB. To ganger i døgnet sendes 12 timer med data ned til bakkekontrollen. Overføringen går ut via en 1 m parabolantenne ved bunnen av observatoriet, med en kapasitet på 85 KB/s.

Hovedspeilet er meget lett og laget av beryllium. (NASA/JPL/Caltech)

De første 60 døgnene i rommet vil bli brukt til utprøving, kontroll av status for systemene om bord og kalibrering av de vitenskapelige instrumentene. Deretter følger 30 døgn med utprøving av instrumentene, før man offisielt starter det vitenskapelige programmet, med de planlagte observasjonene.

Hovedformålet med SIRTF er å observere kjølige legemer, med temperaturer i intervallet 3-1500 K, i motsetning til stjerner, som gjerne har overflatetemperaturer på fra noen tusen grader og oppover. Det meste av strålingen slike legemer sender ut, er infrarød stråling. Flere typer objekter kan derfor best observeres i infrarødt. Eksempler er interstellare gass- og støvskyer (der stjerner dannes), støvskiver rundt en del nære stjerner, de kalde overflatene til isdekkede måner og andre objekter langt ute i Solsystemet, samt brune dverger.

Interstellart støv absorberer effektivt synlig lys, men slipper lett gjennom infrarød stråling. Områder som i synlig lys er helt skjult av støv, blir derfor «gjennomsiktige» i den infrarøde delen av spekteret. Et forholdsvis nært eksempel er senterområdet i vår egen galakse, Melkeveisystemet. Store mengder interstellart støv gjør at betydelige deler av dette området er «usynlig» for vanlige teleskoper. Infrarød stråling slipper imidlertid gjennom dette støvet. Med SIRTF blir det dermed mulig å observere prosesser og objekter der inne som for eksempel Hubble-romteleskopet ikke kan se.

I utgangspunktet er SIRTF bygd for en levetid på 2,5 år. Dog håper astronomene at observatoriet skal være aktivt dobbelt så lenge.

Dersom SIRTF kan holdes i drift i 5 år, regner man med at observatoriet vil gjøre omtrent 100 000 observasjoner. (NASA/JPL/Caltech)

De tre andre av NASAs «store observatorier» er Hubble-romteleskopet (optiske observasjoner), Compton Gamma Ray Observatory (gammaobservasjoner) og Chandra X-ray Observatory (røntgenobservasjoner). Av disse er Compton Gamma Ray Observatory ferdig med sitt oppdrag og ble bevisst styrtet ned i jordatmosfæren (se Flammende finale for CGRO (Kortnytt 2000-098)). De andre to er fortsatt aktive.

Opprinnelig var SIRTF en forkortelse for Shuttle Infrared Telescope Facility. Planen den gang var at teleskopet skulle være med på romfergeferder, montert på en Spacelab-palle i lasterommet. Slik håpet man å bruke SIRTF flere ganger på ulike ferder. Forsøk med et mindre teleskop på en Spacelab-ferd i 1985 viste at varmestrålingen fra romfergen selv fullstendig «overdøvet» den infrarøde strålingen fra astronomiske objekter. Dermed ble planene om å bruke SIRTF i romfergen skrinlagt.

Neste plan var å skyte det 5700 kg tunge observatoriet opp med en Titan-bærerakett. Snart fant man ut at det ville bli for dyrt. Vekten på SIRTF ble, i flere trinn, redusert til 850 kg og observatoriet helt omkonstruert, slik at det kunne skytes opp med en Delta-bærerakett. Underveis i denne prosessen ble S-en i SIRTF endret fra å stå for «shuttle» (romferge) til å stå for «space» (rom).

SIRTF har to forløpere: InfraRed Astronomical Satellite (IRAS) og Infrared Space Observatory (ISO). Begge har for lengst sluttet å fungere.

IRAS var et samarbeidsprosjekt mellom USA, Nederland og Storbritannia. Satellitten hadde et hovedspeil på 57 cm og ble skutt opp i 1983. Siden dette var den første satellitten som gjorde infrarøde observasjoner, gjorde den en rekke nyoppdagelser.

ISO ble bygd av ESA, hadde et hovedspeil på 60 cm og ble skutt opp i 1985. Mens IRAS primært foretok en kartlegging av himmelen i infrarødt, ble ISO hovedsakelig brukt til observasjoner av utvalgte mål. Hittil er det publisert omkring 1000 vitenskapelige artikler basert på observasjoner gjort av ISO.