1 Centrum Astronomiczne im.HSO (FIRST) - obserwatorium kosmiczne poszukujące wody we Wszechświecie Ryszard Szczerba Centrum Astronomiczne im. M. Kopernika PAN Warszawa/Toruń RYSZARD SZCZERBA

2 FIRST (Far InfraRed and Submillimetre Telescope)CAMK PAN TORUN HSO FIRST (Far InfraRed and Submillimetre Telescope) Teleskop do obserwacji w dalekiej podczerwieni i w zakresie submilimetrowym HSO (Herschel Space Observatory) od XII,2000 Obserwatorium kosmiczne Herschel-a 4-ty (i ostatni) z wielkich projektów badawczych ESA (European Space Agency - Europejska Agencja Kosmiczna): „HORIZONS 2000”. Pozostałe misje to: Cluster II (następca misji Cluster zniszczonej w 1996 r. podczas wybuchu Ariane 5) +SOHO (badanie magnetosfery ziemskiej i Słońca); XMM (obserwacje spektroskopowe w zakresie rentgenowskim); Rosetta (misja połączona z lądowaniem próbnika na komecie); RYSZARD SZCZERBA

3 Przeciążenie przy starcie 15-krotnie większe od ziemskiego CAMK PAN TORUN HSO HSO i PLANCK zostaną wyniesione na orbitę (wokół drugiego punktu Lagrange’a układu Słońce - Ziemia) przy pomocy tej samej rakiety (Ariane 5) -planowany początek misji r. Przeciążenie przy starcie 15-krotnie większe od ziemskiego masa: około 3300 kg długość: około 9 m szerokość: około 4.5 m RYSZARD SZCZERBA

4 CAMK PAN TORUN HSO RYSZARD SZCZERBA

5 CAMK PAN TORUN HSO RYSZARD SZCZERBA

6 CAMK PAN TORUN HSO RYSZARD SZCZERBA

7 CAMK PAN TORUN HSO RYSZARD SZCZERBA

8 CAMK PAN TORUN HSO RYSZARD SZCZERBA

9 CAMK PAN TORUN HSO RYSZARD SZCZERBA

10 CAMK PAN TORUN HSO RYSZARD SZCZERBA

11 CAMK PAN TORUN HSO RYSZARD SZCZERBA

12 CAMK PAN TORUN HSO Będzie: ulokowany 1.5 miliona km od Ziemi (dalej niż jakikolwiek inny teleskop kosmiczny); obserwował w dotychczas niestosowanym zakresie długości fal: mikrometrów; 1 mikrometr to 1/1000 mm większy i lepszy od jego kosmicznych poprzedników: teleskop z 3.5 m zwierciadłem pierwotnym (największym z dotychczas budowanych do wyniesienia w przestrzeń kosmiczną); RYSZARD SZCZERBA

13 CAMK PAN TORUN HSO Będzie: miał osłony przeciwsłoneczne (temperatura około 80 K) z bateriami słonecznymi po zewnętrznej stronie; posiadał kriostat z około 2500 litrów nadciekłego helu; wyposażony w 3 instrumenty (HIFI, PACS, SPIRE), które będą działały w temperaturze około 2 K (< -271 C); pracował przez co najmniej 3 lata (około 7000 godzin obserwacji rocznie); badał narodziny galaktyk, gwiazd,układów planetarnych i poszukiwał wody we Wszechświecie RYSZARD SZCZERBA

14 Dlaczego w kosmosie i tak daleko (w L2)?CAMK PAN TORUN HSO Dlaczego w kosmosie i tak daleko (w L2)? atmosfera ziemska ze względu na obecność w niej molekuł pełni rolę swoistego parasola dla promieniowania w dalekiej podczerwieni i w zakresie submilimetrowym (w szczególności dla promieniowania pochodzącego od wody); odległość 4 razy większa niż Ziemia-Księżyc zmniejszy istotnie wpływ promieniowania tych obiektów na teleskop; Ziemia i Słońce będą w zasadzie na tym samym kierunku co umożliwi bezproblemowe obserwacje większości nieba. RYSZARD SZCZERBA

15 Dlaczego w zakresie submilimetrowym?CAMK PAN TORUN HSO Dlaczego w zakresie submilimetrowym? wszelkie obiekty (nawet te bardzo chłodne) emitują promieniowanie termiczne (niewidoczne dla nas); maksimum emisji termicznej przypada na długość fali spełniająca prostą zależność: T [K] x dł. fali [mikrometrach] = 3000 np. 300->10; 30->100; 10->300; 5 K ->600 mikrometrach; linie papilarne bardzo wielu molekuł oraz atomów uwidaczniają się właśnie w zakresie submm. linie (pasma) molekularne dostarczaja informacji o warunkach fizycznych (temperatura, gęstość) i chemicznych w obserwowanych obszarach Wszechświata. RYSZARD SZCZERBA

16 CAMK PAN TORUN HSO Obraz nasz galaktyki w podczerwieni - COBE (Cosmic Background Explorer) RYSZARD SZCZERBA

17 Gaz i pył w naszej galaktyce:CAMK PAN TORUN Gaz i pył w naszej galaktyce: HSO RYSZARD SZCZERBA

18 Instrumenty: HSO SPIRE (Spectral and Photometric Imaging REeceiver)CAMK PAN TORUN HSO Instrumenty: SPIRE (Spectral and Photometric Imaging REeceiver) kamera i spektrometr: obrazy fotometryczne 0.25, 0.35, 0.5 mm; spektroskopia [ ] mm (R= ) przykład: 500 mikrometrów / (R=20) => 25.0 mikrometrów 500 mikrometrów / (R=1000) => mikrometra PACS (Photoconductor Array Camera and Spectrometer) kamera i spektrometr: obrazy fotometryczne i spektro-skopowe [80-130] i [ ] mikrometrów (R->2000) HIFI (Heterodyne Instrument for FIrst) Instrument heterodynowy: spektroskopia [ ] mm (R-> ): 500 mikrometrów/(R= ) => 0.5 A RYSZARD SZCZERBA

19 HIFI (instrument heterodynowy)CAMK PAN TORUN HSO HIFI (instrument heterodynowy) Promieniowanie w submm liniach molekularnych (ze względu na małe energie) jest bardzo trudno mierzalne: Nie posiadamy wzmacniaczy submilimetrowych; posiadamy natomiast wzmacniacze w zakresie radiowym [cm]; Sygnał o wysokiej częstotliwości z obserwowanego źródła mieszamy z sygnałem wytworzonym przez lokalny oscylator (LO). Częstotliwość sygnału z LO dobieramy tak aby różnica sygnałów miała częstotliwość na której pracuje wzmacniacz. W pracach nad LO uczestniczą inżynierowie CBK zaś w przygotowaniu programu naukowego HIFI: naukowcy CAMK i CBK RYSZARD SZCZERBA

20 Cykliczna zależność pomiędzy gwiazdami i materią międzygwiazdowąCAMK PAN TORUN HSO Cykliczna zależność pomiędzy gwiazdami i materią międzygwiazdową RYSZARD SZCZERBA

21 CAMK PAN TORUN HSO Powstawanie wody RYSZARD SZCZERBA

22 Przejścia w molekule wody dostępne dla HIFICAMK PAN TORUN HSO Przejścia w molekule wody dostępne dla HIFI RYSZARD SZCZERBA

23 CAMK PAN TORUN HSO RYSZARD SZCZERBA

24 CAMK PAN TORUN HSO RYSZARD SZCZERBA

25 CAMK PAN TORUN ISO RYSZARD SZCZERBA

26 CAMK PAN TORUN HST & ISO RYSZARD SZCZERBA

27 CAMK PAN TORUN ISO RYSZARD SZCZERBA

28 CAMK PAN TORUN ISO RYSZARD SZCZERBA

29 CAMK PAN TORUN Woda na Tytanie ISO RYSZARD SZCZERBA

30 Późne etapy ewolucji gwiazdCAMK PAN TORUN ISO Późne etapy ewolucji gwiazd RYSZARD SZCZERBA

31 Woda wokół gwiazdy W Hydra w gwiazdozbiorze Węża WodnegoCAMK PAN TORUN ISO-SWS Woda wokół gwiazdy W Hydra w gwiazdozbiorze Węża Wodnego RYSZARD SZCZERBA

32 Woda wokół gwiazdy W Hydra w gwiazdozbiorze Węża WodnegoCAMK PAN TORUN ISO-LWS Woda wokół gwiazdy W Hydra w gwiazdozbiorze Węża Wodnego RYSZARD SZCZERBA

33 ISO Woda w galaktyce Arp 220 2002-04-28 RYSZARD SZCZERBACAMK PAN TORUN Woda w galaktyce Arp 220 ISO RYSZARD SZCZERBA

34 SWAS - Submillimetre Wave Astronomy SatelliteCAMK PAN TORUN SWAS SWAS - Submillimetre Wave Astronomy Satellite RYSZARD SZCZERBA

35 CAMK PAN TORUN SWAS RYSZARD SZCZERBA

36 CAMK PAN TORUN SWAS RYSZARD SZCZERBA

37 Woda w atmosferze MarsaCAMK PAN TORUN Woda w atmosferze Marsa SWAS RYSZARD SZCZERBA

38 CAMK PAN TORUN Woda w komecie Lee SWAS RYSZARD SZCZERBA

39 CAMK PAN TORUN HSO Woda jest jednym z najważniejszych czynników umożliwiających istnienie życia na Ziemi. Zrozumienie kosmicznej ewolucji wody jest więc istotne dla ....przyszłych poszukiwań pozaziemskich form życia. Poszukiwania „kosmicznej” wody nie są jednak możliwe z powierzchni Ziemi ze względu na obecność pary wodnej w ziemskiej atmosferze. Musimy więc wyjść poza „nieprzepuszczalną” atmosferę aby zobaczyć „nieziemską” wodę. Jednym z podstawowych zadań Herschel Space Observatory (HIFI) będzie poszukiwanie i badanie ewolucji wody we Wszechświecie. RYSZARD SZCZERBA