23 mei 2019

Spektr telescoop missies, historie en aanstaande lanceringen (1)

De Russische ruimte telescoop missies Spekt-RG (Spectrum, Röntgen, Gamma) en Spektr-UF (Ultraviolet) vorderen langzaam maar gestaag, de lanceringen staan gepland voor resp. voorjaar 2019 en 2021. Spektr is een serie van drie ruimtetelescopen ontworpen door het Russian Space Research Institute (IKI) te Moskou en zijn opvolgers van de Astron missies uit de tweede helft van de vorige eeuw. De Spektr-R (Radioastron) is in juli 2011 in de ruimte gebracht. De ‘RG’ is inmiddels voltooid en de ‘UF’ telescoop missie krijgt stap voor stap een meer concrete vorm. Voorjaar 2018 ging er een persbericht van Roskosmos uit dat de lancering van de Spektr-RG telescoop eind maart 2019 zal gaan plaatsvinden.

Granat ruimtetelescoop credits; Russian Space Web / Roskosmos

Sovjet-Unie, de bouw van vier astrofysische ruimteobservatoria

Terug naar de jaren tachtig van de vorige eeuw. Het Militair Comité van de Sovjet-Unie lanceerde destijds een groot plan voor in de ruimte gestationeerde observatoria. Dit plan zou leiden tot een reeks van vier ruimtetelescopen, Astron, Kvant, Granat en Gamma, een vijfde Kras genaamd, werd geschrapt. Het zouden tegenhangers worden van de Amerikaanse ruimte telescopen (op rij resp. enigszins vergelijkbaar met Copernicus, Chandra, Hubble en Compton). De Astron (gelanceerd in 1983) was een astrofysisch observatorium voorzien van een UV en een Gamma telescoop. Wat misschien minder bekend is, is dat het project ook voor defensie bedoeld was, als detectiesysteem voor vijandige raketten. Hoofdaannemer van Astron, NPO Lavochkin stelde destijds dat het defensie systeem uiteindelijk geheel vervangen zou worden door wetenschappelijk  instrumentarium waarbij men de blik louter en alleen op de ruimte zou richten. Spika, zo heette de UV telescoop van de Astron en deze had een diameter van 0.8 meter. Spika zou in vier verschillende  radiogolflengtes communiceren met de grondtelescopen. Het ‘Spektr’ project  (een vervolg op deze vier observatoria) werd voorlopig vooruitgeschoven.  Observatie in het gehele elektromagnetisch spectrum werd nog als een brug te ver gezien, hiervoor moest de Sovjet-Unie een inhaal slag maken op het gebied van de astronomie in al zijn facetten vanwege een gebrek aan observatoria op het zuidelijk halfrond en politieke repressie.

Astron was in 1983 de derde telescoop in de ruimte, de Amerikaanse Copernicus en de International Ultraviolet Explorer (IUE) gingen hem voor maar Astron was wel de grootste. Zijn bijnaam werd ‘worlds first orbiting astronomical space station’ genoemd.  De telescoop registreerde 600 röntgen en UV bronnen waaronder ook GRB’s, Gamma Ray Bursts.  Zo ook op 23 februari 1987, toen de grootste supernova van de afgelopen 1000 jaar plaats vond, de SN 1987A. De Astron  maakte  2000 observatie uren van het galactisch centrum, bracht meer duidelijkheid in GRB’s, waaronder die van Hercules X-1, en ontdekte grote volumes materie zoals het uranium in 73Draconis en het tungsten in kCancer. Astron was het geesteskind van Andrei Severny, hoofd van het wetenschappelijk team astronomen van het ‘Crimean Astrophysics Observatory’ (KrAO) te Kiev. Severny en zijn team leidde het Astron project door alle stadia van ontwikkeling heen ondanks de sceptische houding van Lavochkins management. De Astron sonde kwam dan  toch nog op tijd op de juiste plek om de spectaculaire SN 1987A mee te maken, maar helaas werd het wetenschappelijk effect ervan deels te niet gedaan door een haperende ontvangst antenne in Yevpatoria op het Krim schiereiland.  Tevens werd ook de wetenschappelijke data van het Astron observatorium lange tijd overschaduwd door data van de Westerse IUE telescoop, die veel kleiner was dan de Astron maar wel meer impact had op de internationale astrofysische gemeenschap. De IUE werd ondersteund door grondantennes van het Goddard Space Flight Center en van Villa Franca te Spanje.  De data van de  IUE werd ook opgeslagen in een centraal archief waarbij het voor wetenschappers wereldwijd vrij eenvoudig toegang krijgen was. Een pas op de plaats volgde. De Astron is sinds 1991 niet meer in gebruik.

Vervolgens werd vier jaar later, in 1987, Astron 2 of Kvant gelanceerd.  Een uniek experiment, het platform zou gekoppeld worden aan de MIR, (MIR was de opvolger van het Salyut 7 ruimtestation). De 12 ton wegende Kvant kwam aan op 9 april 1987. Kvant bevatte zes tandwielkasten (gyrodines), die 10.000 rpm behaalden, opdat de telescopen met extreme precisie konden worden afgesteld en diende tevens als aanmeerstation voor het Progress bevoorradingsschip.  Het werd ook wel het röntgen observatorium genoemd daar Kvant drie hoogwaardige röntgenstraling instrumenten had.  Een X-ray spectrometer (met inbreng van Astron NL), de Duitse ‘HEXE’, het High Energy X-ray experiment van het Max Planck Instituut en een 40 cm UV telescoop van Zwitserse makelij. Kvants bereik lag in het 2 tot 800 keV, en dit maakte het het meest krachtige astrofysisch platform in de ruimte voor tien jaar lang. Kvant operationeel houden stond in hiërarchie onder de bemande MIR, Kvant ‘werkte’ zodra de activiteiten van de kosmonauten op een laag pitje stonden. De derde op rij,  de Granat,

Granat credits; Space Based Telescopes

was als tegenhanger voor de Hubble bedoeld. Hij woog in totaal 4400 kg waarvan 2300 kg uit wetenschappelijke instrumenten bestond. Hij was groot, 6.5 bij 8.5 meter en draaide een elliptische baan waarvan het perigeum op 1800 en het apogeum op 202.000 km lag. Het doel van de missie was bestudering van röntgen en gammastraling, neutronen sterren, zwarte gaten, spoorresten van supernovae en het interstellair medium. Bulgarije en Denemarken waren partners, zijn bereik lag tussen de 2-100 keV, en Granat deed dienst tot 1999. Granat ontdekte bij de  GX339-4, dat er plasma vloeide van het zwarte gat naar zijn accretieschijf*. Hermodellering van de accretieschijf volgde. In totaal ontdekte Granat 20 onbekende X-ray bronnen, potentiële zwarte gaten en neutronen sterren. Gamma was de kleinste van het stel en gebaseerd op het Progress bevoorradingsschip. De Gamma 1 telescoop mat de gammastraling in het 50-5000 MeV bereik, dit overtrof de Europese CosB satelliet. Frankrijk en Polen voegden zich bij het project en het bereik van de röntgen telescoop lag tussen de 2-25 keV. De Gamma was ontworpen om verre sterren te bestuderen, maar hij maakte ook metingen van onze zon. In totaal heeft Gamma 100 uur zonneobservatie op zijn naam staan, en op 26 maart 1991 observeerde Gamma een zonnevlammen waarbij resp. 300 en 3000 MeV straling vrijkwam, dusdanig intens en energierijk dat het leidde tot desintegratie van neutrale pionen.  En ook al richtte Gamma zich voornamelijk op de ruimte, uit de verzamelde data bleek ook dat, zoals men al vermoedde uit onderzoek, elektromagnetische golven gedetecteerd kunnen worden kort voordat er een aardbeving plaatsvindt. Op een hoogte tussen de 300-500 km toonde zijn instrumenten verstoringen van geladen deeltjes in het geomagnetisch veld. Hier rolde later het Russische Intercosmos programma uit voor onderzoek in  het  aardmagnetisch veld.

Het Spektr programma

Hoewel er nog enkel andere missies tussen zaten zoals het Integral astrofysisch observatorium dat gelanceerd werd in 2002 en als Europese spin-off werd beschouwd van het toentertijd afgebroken Spektr-R project. De missie deed voornamelijk veel zonneobservatie en onderzoek naar de röntgenstraling band van de Melkweg, ook wel de ‘Galactic Ridge’ genoemd. Deze rand van de Melkweg komt grofweg overeen met het zichtbare licht van de Melkweg zoals bij veel (amateur) astronomen waargenomen wordt. Integral voorzag in een X-ray kaart van de Galactic Ridge. Begin 2000 werd het duidelijk dat er samengewerkt moest worden. ESA en DLR sloegen samen de handen ineen met het Russian Space Research Center om weer aan de slag te gaan met het Spektr programma, en zoals de naam al doet vermoeden is het weer een serie van ruimtetelescopen. Het programma werd gezien als de logische opvolger van de Astron, Kvant, Granat en Gamma observatoria. De Russische astrofysici hoopten dat hun inspanningen rondom het gehele Spektr programma er uiteindelijk toe zou leiden dat er een wijd verbreid netwerk van internationale wetenschappelijke samenwerking tot stand zou komen m.b.t. de verzamelde data van Spektr. Het duurde nog even, het gehele Spektr concept werd goedgekeurd reeds in 1987 op een conferentie ter herinnering aan de Spoetnik satelliet. Het idee was om tenminste drie in de ruimte gestationeerde astrofysische laboratoria te bouwen. Maar pas in 2005 zou er serieus weer werk van gemaakt worden. Vier werden er voorgesteld, de Spektr RG (Röntgen/Gamma), de UV (Ultraviolet), de Spektr-R (Radioastron)  en M(Millimetron). Het standaard platform werd de Navigator, gebouwd door NPO Lavochkin, dit is een 850 kg wegend octaedrisch prisma vormig ruimteplatform.

Spektr-R credits; Asterisk space

Spektr-R
De Spektr-R werd op 18 juli 2011 in de ruimte gebracht. Men gaat ervan uit dat de ‘R’ 9 jaar dienst kan doen. Zijn perigeum ligt op 10.000 km (was eerst 500) boven het aardoppervlak en het apogeum op 390.000 km (was 340.000). De Spektr-R kan vanaf ieder punt dat het aandoet altijd 80 procent van zijn potentiële doelen binnen zicht hebben. De eerste maand na zijn lancering werd gebruikt voor het ontvouwen van de antenne, systeem controles en communicatie testen. Spektr-R wordt gevolgd door de RT-22 Radio telescoop te Pushchino in Rusland. Vlucht controle is in handen van het Medvezhi Ozera grondstation bij Moskou. alsook in het verre oosten te Ussariysk. Internationaal wordt er mede geobserveerd door Arecibo, Green Bank, Medicina en Westerbork. Het Lebedev Physics Instituut te Moskou (FIAN)  dat valt onder het Astofysica onderzoekscentrum van de Russiche Academie van Wetenschappen heeft de algehele dagelijkse leiding. De radio ontvangers zijn gebouwd in India en Australië maar werden weer deels vervangen door Russische apparatuur. Het algemeen doel is onderzoek naar de structuur en dynamiek van radio straling binnen en buiten onze Melkweg alsook fundamentele kennis opdoen over sterformatie, de interstellaire ruimte en zwarte gaten. Bronnen: B. Harvey, O. Zakutnyaya, Russian Space Probes, Springer, 2011 / A. Zak, Russian Space Web

*Een accretieschijf is een schijf rond een hemellichaam waarin gas en stof zich ophoopt. Daar deze materie vrijwel altijd impulsmoment bezit, zal het, voordat het op een zwart gat of neutronenster valt, zich eerst vormen tot een platte, snel roterende schijf eromheen. De materie binnenin wordt miljoenen graden heet en kan röntgen straling uitzenden. Ook bij samentrekking van een gaswolk tot een ster vormt zich een accretie- of ook wel protoplanetaire schijf.

 

 

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.