Observatório Espacial Infravermelho - Infrared Space Observatory

Observatório Espacial Infravermelho
Nomes ISO
Operador ESA com contribuições significativas de ISAS e NASA
COSPAR ID 1995-062A
SATCAT nº 23715
Local na rede Internet ISO na ciência da ESA
Duração da missão 28 meses 22 dias
Propriedades da espaçonave
Fabricante Aérospatiale (atualmente Thales)
Massa BOL 2.498 kg
Início da missão
Data de lançamento 01:20, 17 de novembro de 1995 (UTC) ( 1995-11-17T01: 20Z )
Foguete Ariane 4 4P
Local de lançamento ELA-2
Parâmetros orbitais
Sistema de referência Geocêntrico
Regime Altamente elíptico
Altitude do perigeu 1000 km
Altitude de apogeu 70600 km
Período 24 horas
Orbiter
Principal
Modelo Ritchey-Chrétien
Diâmetro 60 cm
Comprimento focal 900 cm, f / 15
Comprimentos de onda 2,4 a 240 micrômetros ( infravermelho )
Insígnia de missão legada ISO
Insígnia legada da ESA para a missão   ISO

O Infrared Space Observatory ( ISO ) era um telescópio espacial para luz infravermelha projetado e operado pela Agência Espacial Europeia (ESA), em cooperação com a ISAS (agora parte da JAXA ) e a NASA . O ISO foi projetado para estudar a luz infravermelha em comprimentos de onda de 2,5 a 240 micrômetros e operado de 1995 a 1998.

O satélite de € 480,1 milhões foi lançado em 17 de novembro de 1995 da plataforma de lançamento ELA-2 no Centro Espacial da Guiana perto de Kourou, na Guiana Francesa. O veículo de lançamento , um foguete Ariane 4 4P, colocou a ISO em uma órbita geocêntrica altamente elíptica , completando uma revolução ao redor da Terra a cada 24 horas. O espelho principal de seu telescópio Ritchey-Chrétien media 60 cm de diâmetro e foi resfriado a 1,7 kelvins por meio de hélio superfluido . O satélite ISO continha quatro instrumentos que permitiam imagens e fotometria de 2,5 a 240 micrômetros e espectroscopia de 2,5 a 196,8 micrômetros.

Atualmente, a ESA e o IPAC continuam os esforços para melhorar os pipelines de dados e ferramentas de análise de software especializadas para produzir a calibração da melhor qualidade e métodos de redução de dados da missão. O IPAC oferece suporte aos observadores ISO e aos usuários do arquivo de dados por meio de visitas internas e workshops.

História e desenvolvimento

Em 1983, o IRAS americano-holandês-britânico inaugurou a astronomia infravermelha baseada no espaço , realizando a primeira 'pesquisa de todo o céu' em comprimentos de onda infravermelhos . O mapa do céu infravermelho resultante localizou cerca de 350.000 fontes infravermelhas esperando para serem exploradas pelos sucessores do IRAS. Em 1979, o IRAS encontrava-se em estágio avançado de planejamento e os resultados esperados do IRAS levaram à primeira proposta de ISO feita à ESA no mesmo ano. Com as rápidas melhorias na tecnologia do detector infravermelho, a ISO forneceria observações detalhadas para cerca de 30.000 fontes infravermelhas com sensibilidade e resolução muito aprimoradas . ISO teve um desempenho 1000 vezes melhor em sensibilidade e 100 vezes melhor em resolução angular de 12 micrômetros em comparação com IRAS.

Uma série de estudos subsequentes resultou na seleção da ISO como a próxima parcela do Programa Científico da ESA em 1983. Em seguida, veio uma Chamada para Experiências e Propostas para Cientistas de Missão para a comunidade científica, resultando na seleção dos instrumentos científicos em 1985 Os quatro instrumentos escolhidos foram desenvolvidos por equipes de pesquisadores da França, Alemanha, Holanda e Reino Unido.

O projeto e desenvolvimento do satélite começaram em 1986 com a divisão espacial da Aérospatiale (atualmente absorvida pela Thales Alenia Space ) liderando um consórcio internacional de 32 empresas responsáveis ​​pela fabricação , integração e teste do novo satélite. A montagem final ocorreu no Centro Espacial Cannes Mandelieu .

O satélite

Animação da órbita do Observatório Espacial Infravermelho
   Observatório Espacial Infravermelho  ·    terra

O design básico do ISO foi fortemente influenciado pelo de seu predecessor imediato. Como o IRAS, o ISO era composto de dois componentes principais:

O módulo de carga útil também continha um protetor solar cônico , para evitar que a luz difusa chegasse ao telescópio, e dois grandes rastreadores de estrelas . Os últimos faziam parte do Subsistema de Controle de Atitude e Órbita (AOCS), que fornecia a estabilização de três eixos do ISO com uma precisão de apontamento de um segundo de arco . Consistia em sensores do Sol e da Terra, os rastreadores de estrelas mencionados anteriormente, um sensor de estrela quadrante no eixo do telescópio, giroscópios e rodas de reação . Um sistema de controle de reação complementar (RCS), usando propelente hidrazina , foi responsável pela direção orbital e ajuste fino logo após o lançamento . O satélite completo pesava pouco menos de 2.500 kg, tinha 5,3 m de altura, 3,6 m de largura e 2,3 m de profundidade.

O módulo de serviço mantinha todos os componentes eletrônicos aquecidos , o tanque de propelente de hidrazina e fornecia até 600 watts de energia elétrica por meio de células solares montadas no lado que aponta o sol da proteção solar montada no módulo de serviço. A parte inferior do módulo de serviço exibia uma interface física de suporte de carga em forma de anel para o veículo de lançamento.

O criostato do módulo de carga útil rodeado o instrumento do tipo telescópico e a ciência com uma grande Dewar contendo um toroidal tanque carregado com 2268 litros de hélio superfluida. O resfriamento por evaporação lenta do hélio manteve a temperatura do telescópio abaixo de 3,4 K e dos instrumentos científicos abaixo de 1,9 K. Essas temperaturas muito baixas foram necessárias para que os instrumentos científicos fossem sensíveis o suficiente para detectar a pequena quantidade de radiação infravermelha de fontes cósmicas. Sem esse resfriamento extremo, o telescópio e os instrumentos veriam apenas suas próprias intensas emissões infravermelhas, em vez das fracas de longe.

Telescópio ótico

O telescópio ISO foi montado na linha central do dewar, próximo à parte inferior do tanque torodial de hélio. Era do tipo Ritchey-Chrétien com uma pupila de entrada efetiva de 60 cm, uma relação de distância focal de 15 e uma distância focal resultante de 900 cm. Um controle muito estrito sobre a luz difusa, particularmente a de fontes infravermelhas brilhantes fora do campo de visão do telescópio , foi necessário para garantir a sensibilidade garantida dos instrumentos científicos. Uma combinação de escudos à prova de luz, defletores dentro do telescópio e o guarda-sol no topo do criostato proporcionou proteção total contra luz difusa. Além disso, ISO foi impedido de observar muito perto do Sol, da Terra e da Lua; todas as principais fontes de radiação infravermelha. ISO sempre apontou entre 60 e 120 graus de distância do Sol e nunca apontou mais perto do que 77 graus da Terra, 24 graus da Lua ou mais perto do que 7 graus de Júpiter . Essas restrições significavam que, a qualquer momento, apenas cerca de 15 % do céu estava disponível para a ISO.

Um espelho em forma de pirâmide atrás do espelho principal do telescópio distribuiu a luz infravermelha para os quatro instrumentos, fornecendo a cada um deles uma seção de 3 minutos de arco do campo de visão de 20 minutos de arco do telescópio. Assim, apontar um instrumento diferente para o mesmo objeto cósmico significava apontar novamente todo o satélite ISO.

Sobressalente de vôo para o instrumento LWS em ISO

Instrumentos

ISO carregou uma série de quatro instrumentos científicos para observações no infravermelho:

  • Câmera infravermelha (ISOCAM) - Uma câmera de alta resolução que cobre comprimento de onda de 2,5 a 17 micrômetros com dois detectores diferentes . Como uma câmera de luz visível, ele tira fotos de objetos astronômicos, mas a imagem mostra a aparência do objeto na luz infravermelha.
  • Foto-polarímetro (ISOPHOT) - Um instrumento para medir a quantidade de radiao infravermelha emitida a partir de um objecto astronómicas. A ampla faixa de comprimento de onda de 2,4 a 240 micrômetros permitiu a este instrumento ver as emissões infravermelhas até mesmo dos objetos astronômicos mais frios, como nuvens de poeira interestelar
  • Espectrômetro de ondas curtas (SWS) - Um espectrômetro que cobre o comprimento de onda de 2,4 a 45 micrômetros. As observações com este instrumento forneceram informações valiosas sobre a composição química , densidade e temperatura do universo.
  • Espectrômetro de ondas longas (LWS) - Um espectrômetro que cobre o comprimento de onda de 45 a 196,8 micrômetros. Este instrumento fez essencialmente o mesmo que o SWS, mas olhou para objetos muito mais legais do que o SWS. Nuvens de poeira particularmente fria entre as estrelas foram estudadas com este instrumento.

Todos os quatro instrumentos foram montados diretamente atrás do espelho primário do telescópio, em um arranjo circular, com cada instrumento ocupando um segmento de 80 graus do espaço cilíndrico. O campo de visão de cada instrumento foi deslocado para o eixo central do campo de visão do telescópio. Isso significa que cada instrumento "viu" uma parte diferente do céu em um determinado momento. No modo operacional padrão, um instrumento estava em operação primária.

Lançamento e operações

Depois de uma fase de desenvolvimento e integração muito bem-sucedida, a ISO foi finalmente lançada em órbita em 17 de novembro de 1995 a bordo de um veículo de lançamento Ariane-44P. O desempenho do veículo de lançamento foi muito bom, com o apogeu apenas 43 km abaixo do esperado. O Centro de Operações Espaciais da ESA em Darmstadt na Alemanha teve controle total sobre a ISO nos primeiros quatro dias de vôo. Após o comissionamento inicial, o controle primário sobre a ISO foi entregue ao Centro de Controle de Naves Espaciais (SCC) em Villafranca na Espanha ( VILSPA ) para o restante da missão. Nas primeiras três semanas após o lançamento, a órbita foi ajustada e todos os sistemas de satélite foram ativados e testados. O resfriamento do criostato provou ser mais eficiente do que o calculado anteriormente, portanto, a duração da missão prevista foi estendida para 24 meses. Entre 21 e 26 de novembro, todos os quatro instrumentos científicos foram ligados e totalmente verificados. Entre 9 de dezembro de 1995 e 3 de fevereiro de 1996 ocorreu a 'Fase de Verificação de Desempenho', dedicada ao comissionamento de todos os instrumentos e correção de problemas. As observações de rotina começaram em 4 de fevereiro de 1996 e duraram até o último refrigerante de hélio esgotado em 8 de abril de 1998.

O perigeu da órbita de ISO ficava bem dentro do cinturão de radiação de Van Allen , forçando os instrumentos científicos a serem desligados por sete horas durante cada passagem pelo cinturão de radiação. Assim, restavam 17 horas em cada órbita para observação científica. Uma órbita ISO típica de 24 horas pode ser dividida em seis fases:

  • Aquisição de Sinal (AOS) pelo Centro de Controle de Missão VILSPA na Espanha e ativação do satélite.
  • Operações científicas durante a janela VILSPA, começando quatro horas após o perigeu e durando até nove horas.
  • Transferência de operações para o centro de controle de missão secundária em Goldstone no apogeu. Durante este período de 15 minutos, os instrumentos científicos não puderam ser operados.
  • Operações de ciência durante a janela de Goldstone, com duração de até oito horas.
  • Desativação dos instrumentos ao se aproximar do cinturão de radiação de Van Allen e Perda de Sinal (LOS) em Goldstone.
  • Passagem do perigeu.

Ao contrário do IRAS, nenhum dado científico foi gravado ISO a bordo para posterior transmissão ao solo. Todos os dados, tanto dados científicos quanto dados de manutenção, foram transmitidos ao solo em tempo real. O ponto perigeu da órbita ISO estava abaixo do horizonte de rádio dos centros de controle de missão em VILSPA e Goldstone, forçando assim os instrumentos científicos a serem desligados no perigeu.

Fim da missão

Às 07:00 UTC de 8 de abril de 1998, os controladores de vôo da VILSPA notaram um aumento na temperatura do telescópio. Este foi um sinal claro de que a carga de refrigerante de hélio superfluido havia se esgotado. Às 23:07 UTC do mesmo dia, a temperatura dos instrumentos científicos subiu acima de 4,2 K e as observações científicas foram encerradas. Alguns detectores no instrumento SWS eram capazes de fazer observações em temperaturas mais altas e permaneceram em uso por mais 150 horas para fazer medições detalhadas de 300 estrelas adicionais . No mês seguinte ao esgotamento do refrigerante, a 'Fase de Teste de Tecnologia' (TTP) foi iniciada para testar vários elementos do satélite em condições não nominais. Após a conclusão do TTP, o perigeu da órbita da ISO foi abaixado o suficiente para garantir que a ISO queime na atmosfera da Terra em 20 a 30 anos após o desligamento. A ISO foi então permanentemente desligada em 16 de maio de 1998, às 12:00 UTC.

Resultados

Em média, a ISO realizou 45 observações em cada órbita de 24 horas. Ao longo de sua vida útil de mais de 900 órbitas, a ISO realizou mais de 26.000 observações científicas bem-sucedidas. A enorme quantidade de dados científicos gerados pela ISO foi sujeita a extensas atividades de arquivamento até 2006. O conjunto completo de dados está disponível para a comunidade científica desde 1998 e muitas descobertas foram feitas, provavelmente com muitas mais por vir:

  • ISO detectou a presença de vapor de água na Starforming regiões, nas proximidades de estrelas no final de suas vidas, em fontes muito perto do centro galáctico , nas atmosferas de planetas no Sistema Solar e na Nebulosa de Orion .
  • A formação do planeta foi detectada em torno de estrelas velhas e moribundas. Esta descoberta contradiz as teorias de que a formação de planetas só era possível em torno de estrelas jovens.
  • O gás fluoreto de hidrogênio foi detectado pela primeira vez em nuvens de gás interestelar .
  • A primeira detecção dos primeiros estágios da formação estelar. O núcleo pré-estelar L1689B foi encontrado e estudado detalhadamente com o instrumento LWS da ISO.
  • ISO descobriu grandes quantidades de poeira cósmica no espaço vazio anteriormente considerado entre as galáxias .
  • As observações do objeto mais luminoso do universo, o Arp 220 , revelaram que a fonte de sua enorme emissão de radiação infravermelha é uma explosão de formação de estrelas.
  • As observações com o instrumento LWS confirmaram a descoberta anterior pelo IRAS de grandes estruturas semelhantes a nuvens de hidrocarbonetos muito frios que irradiam principalmente no infravermelho. Essas nuvens cirros infravermelhas afetam o equilíbrio de energia de todo o universo, agindo como uma espécie de refrigerador galáctico .
  • ISO procurou e encontrou vários discos protoplanetários : anéis ou discos de material em torno de estrelas que são consideradas o primeiro estágio da formação de planetas .
  • ISO apontou seus instrumentos sensíveis em vários planetas do Sistema Solar para determinar a composição química de suas atmosferas.

Veja também

Referências

links externos