Evropský průzkumník temných složek vesmíru

Evropa rozhodně nespí na vavřínech a pokračuje v nikdy nekončícím koloběhu vývoje stále nových sond. V dnešním článku se zaměříme na projekt, který se má do vesmíru vydat až ve čtvrtém čtvrtletí roku 2020, ale přesto si zaslouží pozornost už nyní. Evropský teleskop Euclid patří mezi projekty, které mohou změnit naše chápání vesmíru. Za svůj cíl si totiž neklade nic menšího, než průzkum temné hmoty a temné energie. Celá mise je charakterizována inovativními přístupy ve zpracování velkých objemů dat a vědci už se nemohou dočkat výsledků měření. V této době už je jasné, že projekt opouští rýsovací prkna a modelovací softwary a zhmotňuje se – výrazným milníkem je dodání tří špičkových senzorů pro přístroj NISP (Near-Infrared Spectrometer and Photometer).

Galaxie, hvězdy a mezihvězdný prach jsou tvořeny klasickou hmotou, která je však promísena s neviditelnou hmotou, která svým množstvím převažuje nad hmotou klasickou a která se často označuje jako temná. Neznáme její podstatu, ale může mít formu dosud neobjevených exotických částic, které patří mimo oblast Standardního modelu částic. Ještě nikdy jsme temnou hmotu nepozorovali přímo, ale víme o tom, že existuje. Prozradila se nám sama svým gravitačním vlivem na rotující galaxie a jejich svazky. Temná hmota by podle aktuálních odhadů měla tvořit 27% veškerých složek ve  vesmíru.

Hmota, kterou vidíme všude kolem sebe, tvoří pouhých 5% vesmíru.

Hmota, kterou vidíme všude kolem sebe, tvoří pouhých 5% vesmíru.
Zdroj: http://www.quantumdiaries.org/

A pak tu máme ještě další exotickou substanci, které se říká temná energie. Nemělo by se jednat o formu hmoty, ale předpokládá se, že by mohla vysvětlit urychlující se rozpínání vesmíru. Dosavadní odhady hovoří o tom, že temná energie tvoří stěží uvěřitelných 68% vesmíru, tedy 3× více, než temná hmota – tady se ještě sluší odkázat na Alberta Einsteina, podle jehož teorií relativity jsou hmota a energie ekvivalentní. Podle některých vědců by temná energie mohla být součástí / vlastností prázdného prostoru, ale její skutečná podstata zůstává nevysvětlenou záhadou.

Euclid rozhodně nebude troškařit. Jeho citlivé oko se zaměří na miliardy slaboučkých galaxií a s jejich pomocí nám pomůže pochopit původ zrychleného rozpínání vesmíru. Stejně tak by měl prozkoumat i podstatu gravitace samotné a jako bonus tu máme výzkum temné energie a temné hmoty. Euclid má být schopen vytvořit trojrozměrný model rozložení temné energie v prostoru.

Vizualizace teleskopu Euclid

Vizualizace teleskopu Euclid
Zdroj: http://sci.esa.int/

Takto náročná mise klade velké nároky na konstrukci samotného teleskopu. Euclid bude s vysokou přesností prozkoumávat kosmické dálky ve viditelné a blízké infračervené oblasti spektra. Tato měření se nedají provádět ze Země, jelikož atmosféra pohlcuje určité části spektra a navíc vrstva vzduchu s sebou přináší i další problémy jako je třeba víření.

Euclid na své palubě ponese hned dva širokospektrální přístroje – VIS (Visible imager) pro viditelné spektrum a NISP (Near-Infrared Spectrometer and Photometer) pro blízkou infračervenou oblast. O to, aby se přicházející světlo dostalo k oběma přístrojům se postará tzv. dichroická deska, která umí selektivně rozdělit přicházející světlo do dvou svazků – viditelné spektrum do VIS a blízké infraspektrum do NISP. Díky tomu bude možné paralelně provádět měření oběma přístroji, které budou neustále sledovat shodnou oblast.

Cesta světla v teleskopu Euclid

Cesta světla v teleskopu Euclid
Zdroj: https://www.researchgate.net

Kombinované sledování z přístrojů NISP a VIS poskytne data o svazcích galaxií a o slabém gravitačním čočkování s cílem určit rozložení temné hmoty a temné energie v celém vesmíru. Zatímco detektory v přístroji VIS budou sledovat vesmír ve viditelné oblasti, jejich bratříčkové v přístroji NISP budou citlivé na vlnové délky, které lidské oko nedokáže spatřit, ale ve kterém nejlépe svítí galaxie, které jsou od nás vzdálené třeba až deset miliard světelných let. „Tyto detektory si můžeme představit jako sítnici v Euclidově oku – teleskopu s průměrem 1,2 metru,“ přirovnává Rene Laureijs, vědec zapojený do projektu Euclid.

Vnitřní konstrukce přístroje NISP

Vnitřní konstrukce přístroje NISP
Zdroj: https://www.euclid-ec.org

„Euclid odemkne neznámý, blízce-infračervený pohled na nebe tím, že pořídí snímky galaxií na více než 36% nebeské klenby a navíc to dokáže s nepředstavitelnou ostrostí,“ vysekává poklonu Giuseppe Racca, projektový manažer teleskopu Euclid. Struktura přístroje NISP bude z karbidu křemíku a přístroj samotný má být velmi komplexním zařízením, které umožní přesně určit fotometrické údaje a spektroskopické červené posuny celých galaxií. Blízká infračervená fotometrická měření nám přidají informace o barvě galaxií, které nasnímá VIS. Oproti tomu spektroskopické červené posuny umožní změřit rychlost, kterou se od nás galaxie vzdalují.

Konstrukce přístroje NISP není vůbec jednoduchá.

Konstrukce přístroje NISP není vůbec jednoduchá.
Zdroj: https://euclid.cnes.fr/

Za vývoj přístroje NISP zodpovídá Euclid Consortium, jehož hlavními členy jsou Francouzská kosmická agentura CNES, Laboratoř astrofyziky a Centrum částicové fyziky z Marseille (LAM/CPPM). Na vývoji se ale podílí i další průmysloví partneři z celé Evropy – kromě Francie je najdeme i v Itálii, Německu, Španělsku, Norsku a Dánsku.

Dodávku detektorů pro přístroj NISP zajistily Spojené státy, protože tak extrémně pokročilá zařízení zatím nejsou v Evropě k dispozici. ESA proto zahájila vývoj detektorů pro Euclid ve spolupráci s kalifornskou společností Teledyne Imaging Sensors, která sídlí ve městě Camarillo. Teledyne Imaging Sensors je přitom bezkonkurenční jedničkou mezi výrobci astronomických detektorů pro blízkou infraoblast. Po úspěšném ověření nového typu detektoru, který vznikl ve spolupráci s NASA, mohl začít vývoj letových kusů. Nejprve přišel jejich návrh, následně výroba a testování – o tyto kroky se postarala kalifornská Jet Propulsion Laboratory z Pasadeny. Jelikož šlo o špičkovou techniku, zkoušky pokračovaly v detektorové laboratoři v Goddardově středisku a pak už mohly detektory zamířit do Evropy.

Detektor přístroje NISP

Detektor přístroje NISP
Zdroj: http://sci.esa.int

24. března se první tři HgCdTe (rtuť-kadmium-telluridové) blízce-infračervené detektory s příslušnou elektronickou výbavou schopnou pracovat za extrémně nízkých teplot dorazily do Francie, do ústavů LAM/CPPM. Po dokončení bude přístroj NISP osazen šestnácti takovými senzory. Každý z nich přitom tvoří 2040 × 2040 pixelů s fyzickými rozměry 18 mikrometrů. Detektory pokryjí zorné pole 0,53 stupňů čtverečních, což je jen o trochu více, než dvojnásobek plochy, kterou na obloze zaujímá Měsíc.

Model přístroje NISP určený pro strukturální a termální zkoušky.

Model přístroje NISP určený pro strukturální a termální zkoušky.
Zdroj: https://euclid.cnes.fr

Fotometrický kanál bude vybaven třemi širokopásmovými filtry (Y, J a H), které budou udržovat rozpětí vlnových délek mezi 900-1192 nm, 1192-1544 nm a 1544-2000 nm. Spektroskopický kanál dostane čtyři různá grisma s nízkým rozlišením – grisma je mřížkový optický hranol (grating prism), která budou dělit přicházející světlo v blízkém infraspektru do různých vlnových délek.

„Z technologického hlediska je NISP velká výzva,“ přiznává Giuseppe Racca a dodává: „Zpracování dat přímo na palubě je nezbytné pro snížení objemu přenášených dat. Výstupy z čtyř-megapixelových detektorů musíme zredukovat na setinu. Není možné posílat na Zemi surová nezpracovaná data přímo z detektorů. Spektrograf poskytne během šestileté mise údaje o červených posunech zhruba 30 milionů galaxií.“

Detektory pro přístroj VIS dorazily už v únoru 2017.

Detektory pro přístroj VIS dorazily už v únoru 2017.
Zdroj: http://sci.esa.int

„NISP prošel kritickým přezkoumáním návrhu v listopadu 2016, přičemž dodání kompletního přístroje je zatím plánováno na druhou polovinu roku 2018,“ očekává Giuseppe Racca. Poté, co v lednu 2017 došlo k dodávce detektorů pro přístroj VIS je aktuální dodávka prvních detektorů pro NISP dalším významným krokem k realizaci celé mise.

Podobně jako u jiných astronomických misí jsou i u Euclidu prvními dodávanými kusy letového hardwaru vědecké přístroje a jejich díly. Kolem nich se totiž v podstatě sestavuje celá sonda. A stavba přístroje zase nemůže začít bez detektorů, které jsou bez přehánění prvním článkem celého dlouhého řetězce stavby teleskopu. V dalších týdnech bude na CPPM probíhat mimořádně důkladné měření výstupů z každého pixelu na doručených detektorech. Poté dojde k sestavení všech detektorů, čímž vznikne ohnisková oblast. V LAM pak bude možné sestavit celý přístroj NISP, který se následně odešle k připojení s modulem pro vědecké přístroje. Ale to je ještě daleko – k tomu má dojít v druhé polovině příštího roku.

Demonstrační model optické sestavy.

Demonstrační model optické sestavy.
Zdroj: http://www.mpe.mpg.de

Hlavním výrobcem teleskopu je společnost Thales Alenia Space, která zodpovídá za konstrukci celého satelitu a servisního modulu. Airbus Defence and Space vyrobí nákladovou sekci pro vědecké přístroje i teleskop samotný. V evropském systému se Euclid řadí mezi střední mise. Start samotný je naplánován na čtvrté čtvrtletí roku 2020, přičemž Michal Václavík z České kosmické kanceláře hovoří nejspíše o prosinci. K vynesení z kosmodromu v Kourou se použije raketa Sojuz-2.1b s horním stupněm Fregat-MT. Teleskop o hmotnosti 2060 kg a s ohniskovou vzdáleností 24,5 metru se usadí v libračním centru L2 soustavy Slunce-Země.

Zdroje informací:
http://sci.esa.int/
http://sci.esa.int/
https://en.wikipedia.org/

Zdroje obrázků:
http://sci.esa.int/science-e-media/img/a1/Euclid_spacecraft_20170329.jpg
http://www.quantumdiaries.org/wp-content/uploads/2013/06/disk-dark-matter.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/bf/Euclid_spacecraft_illustration_1.jpg
https://www.researchgate.net/…the-light-beams-for-the-VIS-NISP-and-FGS.png
https://www.euclid-ec.org/Images/Euclid-NISPimage-29DEC2016-MellierI1.png
https://euclid.cnes.fr/…/image/bpc_euclid-eclate-partie-froide-nisp.png?itok=i8oejUxg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/ab/Euclid_NISP_detector_scs3.jpg
https://euclid.cnes.fr/…/public/drupal/201605/image/bpc_euclid-stm-nisp-ait.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/9b/Euclid_VIS_CCD_1.jpg
http://www.mpe.mpg.de/6492833/CaLA_RSM-1468224027.PNG

Evropský průzkumník temných složek vesmíru, 5.0 out of 5 based on 26 ratings
Pin It
(Visited 2 009 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (26 votes cast)
(Visited 2 009 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


29 komentářů ke článku “Evropský průzkumník temných složek vesmíru”

  1. Alois napsal:

    Sběrná plocha se zdá s ohledem na dnešní úroveň maličká ve srovnání s Hubblem na tož Webem.

    • Petr Scheirich napsal:

      Ne vzdy jde pouze o to, kdo ho ma vetsi (myslim primarni zrcadlo :-). HST a Webb jsou dalekohledy urcene predevsim k pozorovani individualnich objektu. V porovnani s Euklidem maji tudiz malicke zorne pole. Euklid bude prehlidkovy dalekohled schopny simultanne odpozorovat obrovske mnozstvi objektu.

  2. Kamil napsal:

    V L2 bude pěkně husto. Kolik je tam vlastně sond?

    • Vít napsal:

      Zdá se,že tam bude jednou pěkné muzeum kosmických sond 21 století

      • Michael Voplatka napsal:

        Je jich tam jen pár kusů a místa tam je daleko více než v blízkém okolí Země, kde je to satelity přeplněno. Vysloužilé satelity se navíc z libračních bodů posílají pryč na heliocentrickou dráhu.

        • Vojta napsal:

          Navíc L2 není stabilní ve všech osách, takže se sonda na heliocentrickou dráhu dostane celkem brzy i bez pomoci vlastních motorů.

      • Spytihněv napsal:

        V L2 Slunce – Země je v současnosti pouze Gaia. WMAP už nikoliv. Ta byla vyvedena z L2 a odložena na heliocentrickou dráhu v září 2010.

  3. Start je naplánován na prosinec 2020.

  4. evzenj napsal:

    Proc to bude vynaset Sojuz-Briz a ne Ariane? Prispevek rusu k programu?

    • Dušan Majer napsal:

      Sojuz bude startovat z Kourou. Ruské rakety Sojuz jsou v rámci dohody s firmou Arianespace dodávány i na evropský kosmodrom. Euclid by byl na Ariane 5 příliš lehkým nákladem. Sojuz je středně silný nosič, kterému tento náklad lépe odpovídá.

      • evzenj napsal:

        jj, jen doufam ze v roce 2020 bude Briz uz odladeny a spolehlivy.

      • Tomach napsal:

        Mozna naivni otazka – je mi jasne ze o penize jde vzdy az v prvni rade…
        Pro sledovani v infracervenem spektru redpoklaam silne chlazeni senzoru – typicky na par K. To predpoklada nadrze s chladicim mediem, ktere se po case spotrebuje.
        Prece jenom uz i tak se jedna o drahe zarizeni, nebylo by lepsi tam pridat trosku vice chladiciho media a letet treba na te Ariane?

    • Jinak nejde o příspěvek Rusů, ti nejsou v projektu Euclid nijak zapojeni. Z důvodu vyšší hmotnosti Euclidu oproti původním plánům je nutné upravit družicový adaptér ze standardního (135 kg) na odlehčený (cca 70 kg). Obdobně se postupovalo i při vypuštění observatoře Gaia.

  5. kastelan napsal:

    dobrý den, a jakpak mají v plánu posílat ty data zpátky na zem? Přímo do dsn nebo přez nejakou retlansační družici?? A jaký se používají protokoly? někde jsem četl že zhruba tretinu objemu dat poslaných z družic tvoří jen error corection a validace předchzích dat ?? A  přeci jen i když zredukují data na setinu tak 40kbitu z jednoho detektoru, a ten detektor tam nebude sam, a jestliže vemu že treba soho má rate zhruba 200kbitu /sec, no nepříjde mi to moc rpostoru pro data…
    P.S: Nemáte v planu někdy blíže popsat takové ty “zbytečnosti” v kosmonautice, jako je sít dsn, a jak vlastně to ty kulišáci dělají že 60 km od madridu, zachytí v tom hrozným množstvím šumu ,třeba to Soho, jehož signál má útlum -115.82 dBm a intenzitu (jestli to chápu správně) neskutečných 2.62 x 10-15 W

    • Dušan Majer napsal:

      Dobrý den,
      je to velmi zajímavé téma, ale poměrně složité na zpracování a dohledání dat. Nemohu jeho zpracování v budoucnu vyloučit, ale zatím se do něj nechystáme. Jinak co se Euclidu týče, tak očekávám přímé posílání na Zemi. Jen s tím rozdílem, že ESA sice občas může využít služeb DSN, ale kromě toho má vlastní síť Estrack – http://www.esa.int/Our_Activities/Operations/Estrack

      • kastelan napsal:

        Děkuji, já uplně zapoměl na esatrack…Škoda jen že tam taky nemají nějakou hezkou appku jako má dsn… A nedivím se že se nechystáte, pi čtení na článků na toto téma taky zjištuji jak moc toho nevím…

      • Budou se využívat antény sítě ESTRACK pro dálkovou komunikaci, konkrétně DSA 2 v Cebreros a DSA 3 v Malargüe. Jako záloha bude DSA 1 v New Norcia. Přenos dat bude probíhat v pásmu K (26 GHz), povelová a telemetrická linka bude v pásmu X (8,5 GHz) a zároveň bude sloužit jako záloha pro přenos vědeckých dat. Při čtyřhodinovém komunikačním oknu by mělo být přeneseno maximálně 850 Gb dat (komprimovaná vědecká data + telemetrie). Celkem za celou misi by pak mělo být přeneseno až 30 PB dat.

  6. pbpitko napsal:

    Chyba :
    Blízká infračervená fotometrická měření nám přidají informace o barvě galaxií, které nasnímá VIS. Oproti tomu spektroskopické červené posuny umožní změřit rychlost, kterou se od nás galaxie vzdalují.

    Oprava :
    VIS oblasť poskytne info o farbe galaxií,
    Blízka IR oblasť poskytne info o červenom posune.

    Pozn.
    IR oblasť je pre nás neviditeľná a nemôže teda poskytnúť info o farbe. Pri červenom posuve sa červená VIS oblasť presúva do IR oblasti.
    Prosím upraviť článok v tomto zmysle.
    Je to síce trochu zjednodušené, ale bližšie k skutočnosti.
    pb

    • Dušan Majer napsal:

      Vaše argumentace mi přijde logičtější, sám jsem si to tak při psaní článku představoval, ale ve zdrojovém textu (http://sci.esa.int/euclid/59050-detector-delivery-marks-another-euclid-milestone/) se píše: „ The near-infrared photometric measurements will provide colour information for the galaxies imaged by VIS, while the spectroscopic redshift data will measure the velocities at which galaxies are moving away from us.“.

      • Tomach napsal:

        No jak si to laicky predstavuji ja – VIS vidi galaxie tak jak se nam jevi ve viditelnem spektru. Tipuji ze near-infrared sensor bude hledat spektralni cary vodiku a z toho pak ziska cerveny posun. Ten urci 1) rychlost vzdalovani galaxie a 2) posun ve viditelnem spektru – tj jak se musi posunout barvy videne VIS aby odpovidaly skutecnosti.

    • Petr Scheirich napsal:

      Tohle si asi zaslouží podrobnější komentář.

      1. detektor VIS sice bude snímat objekty ve vizuálním oboru, ale je to černobílý detektor (jeho výstupem je pro každý pixel pouze informace o celkové intenzitě světla v celém vizuálním oboru). Takže žádné barvy (ani ve vizuálním oboru) z něj nebudou.

      2. přístroj NISP poskytne barvy v blízké IR oblasti. V astronomii se slovem “barva” rozumí intenzita světla nasmímaná přes nějaký filtr, který propouští světlo jen v omezném rozsahu vlnových délek (bez ohledu na to, zda jde o vizuální obor, nebo jiný). Tahle hantýrka může samozřejmě laiky mást, nicméně díky NISP snímky budou barevné. Budou to sice tzv. nepravé barvy – filtrům z IR oblasti se přiřadí nějaké vizuální barvy pro zobrazení snímku, ale bez NISPu by byly jen černobílé.

      3. Rudý posuv posouvá všechny vlnové délky k nižším hodnotám, proto se dá měřit v libovolné oblasti spektra. Můžeme ho stejně tak dobře měřit ve vizuální oblasti (protože do něj se posunou spektrální čáry z UV). Důvod, proč je Euklid vybaven spektrometrem v IR oblasti a ne ve vizuálním je především ten, že IR je jen málo pohlcováno mezihvězdným prachem, a tudíž v tomto oboru vidí družice mnohem “dál”.

  7. Pája napsal:

    neboli sonda bude měřit reálně pozorované fyzikální projevy, přisuzované jednou z teorií neprokázané hypotetické substanci zcela záhadné podstaty a původu, objevující se v rámci této teorie nevysvětliteně pouze u určitých typů a stáří galaxií či jejich kup.

Zanechte komentář