Chandra

Röntgenové observatórium Chandra je röntgenový ďalekohľad, ktorý pracuje na obežnej dráhe Zeme. Je pomenovaný prezývkou indického astrofyzika Subrahmanyana Chandrasekhara, ktorý študoval záverčné štádiá evolúcie hviezd. V staroidnickom jazyku sanskrit znamená slovo chandra "jasnosť", ale aj "mesiac". Observatórium vyniesol na obežnú dráhu raketoplán Columbia v roku 1999 a odvtedy poskytuje veľmi cenné pozorovania a merania. 

Chandru postavila firma TRW Space & Electronics Group, Redondo Beach (USA). Prevádzkovateľom je stredisko NASA Marshall Space Flight Center (MSFC) v Huntsville (USA). Chandra patrí medzi najväčšie projekty NASA. Celkové náklady na jej vývoj sa vyšplhali na jeden a pol miliardy dolárov. Spolu s Hubblovým vesmírnym ďalekohľadom, Spitzerovým vesmírnym ďalekohľadom a observatóriom Compton GRO sa zaraďuje medzi Veľké kozmické observatóriá. So svojimi rozmermi 13,8 x 19,5 m a hmotnosťou 4 800 kg je to najväčší náklad, aký kedy Columbia na obežnú dráhu vyniesla.

Pozorovanie vesmírnu v röntgenovej oblasti spektra je veľmi zložité. Zemská atmosféra ho neprepúšťa, vďaka čomu je možný život na Zemi. Röntgenové detektory preto musia byť vynášané na obežnú dráhu. Chandra pozoruje v mäkkom röntgenovom žiarení od 1 keV do 10 keV. Úlohou observatória je vytvárať podrobné snímky a spektrá už objavených kozmických rönetgenových zdrojov s vysokou uhlovou aj spektrálnou rozlišovacou schopnosťou. V zozname objektov, ktoré pozoruje, nájdeme röntgenové dvojhviezdy, supernovy, zvyšky supernov, pulzary, aktívne galaxie, medzigalaktickú hmotu a kvazary.

Popis objektu 
Chandra je trojosovo stabilizovaná družica valcovitého tvaru s celkovou dĺžkou 14 metrov. Prístrojový úsek s celkovou dĺžkou 11,80 m má tvar nízkeho osembokého hranolu. Je vybavená párom slnečných panelov s rozpätím 19,51 m. Tie dodávajú 2,35 kW elektrickej energie a dobíjajú 3 akumulátorové batérie s kapacitou 3×40 Ah. Observatórium je tiež vybavené systémom orientačných rakiet. Na palube Chandry sú tieto prístroje:
 röntgenový ďalekohľad o priemerom 1,2 m a ohniskovou vzdialenosťou 10,05 m. Je tvorený 4 súbormi parabolických zrkadiel a 4 súbormi hyperbolických zrkadiel s dĺžkou 0,85 m, zorným poľom priemeru 1,0° a s rozlíšením 0,5". Zrkadlá sú zostavené okolo spoločnej optickej osi. Ich povrch je pokrytý vysoko odrazivým irídiom. Dopadajúce röntgenové žiarenie sa najprv odrazí od vnútorných plôch parabolidov, potom od vnútorných plôch hyperbolidov a napokon dopadá na kameru s vysokým rozlíšením. Vďaka veľkému priemeru objektívu dokáže Chandra rozlíšiť desaťnásobne menšie detaily ako prvé röntgenové observatórium ROSAT. 

K zrkadlám sú pripojené tieto prístroje:
 
 zobrazujúci spektrometer ACIS (Advanced CCD Imaging Spectrometer) (rozsah energií 0.2-10 keV)
 vysokorozlišujúca kamera HRC (High Resolution Camera) - zorné pole 31'×31', rozlíšenie 0,5", časové rozlíšenie 16 ms). Hlavnou časťou kamery je mikrokanálová doštička (MCP). Zorné pole kamery dosahuje 31´ krát 31´, čo zhruba zodpovedá uhlovej veľkosti Mesiaca. Jej rozlišovacia schopnosť je < 0,5". Pozemské ďalekohľady sú schopné dosiahnuť takúto rozlišovaciu schopnosť vo viditeľnom spektre len za výnimočne dobrých podmienok.
 transparentná mriežka pre vysoké energie HETG (High Energy Transmission Grating) (spektrálne rozlíšenie E/DE=60 až 1000, rozsah energií 0,4-10 keV) 
 transparentná mriežka pre nízke energie LETG (Low Energy Transmission Grating) (spektrálne rozlíšenie E/DE=40-2000, rozsah energií 0,09-3 keV). 

Mriežky slúžia na odklon chodu röntgenových lúčov v závislosti na ich energiách. Sú súčasťou mriežkového spektrografu. Na rozdiel od hranolového spektrografu je u mriežkového spektrografu disperzia rovnaká vo všetkých častiach spektra. Mriežky sa zasúvajú do dráhy lúčov medzi objektív a ohniskovú rovinu. Keď sú mriežky zaradené za zrkadlá, ďalekohľad pracuje ako röntgenový spektrograf.

História projektu 
Röntgenové observatórium Chandra bolo pôvodne vyvíjané pod názvom AXAF - Advanced X-ray Astrophysics Facility. Jeho vyslanie na obežnú dráhu plánovala NASA už od roku 1976. Schválenie projektu však neustále odďaľovali finančné problémy a neskôr aj havária raketoplánu Challenger. Americký Kongres ho napokon schválil v roku 1988. Pôvodne mal obsahovať ďalekohľad s vysokým stupňom rozlíšenia, ale prehodnotenie projektu v rokoch 1992 a 1993 zredukovalo prístrojové vybavenie. Zmenšená bola aj zberná plocha zrkadiel a namiesto zlatých zrkadiel, ako bol pôvodný plán, sa použilo irídium. 

Pôvodný termín štartu mal byť v roku 1997, no neustále komplikácie spojené so stavbou ďalekohľadu a testovaním družice viedli k neustálym odkladom. V roku 1998 bol ešte nedokončený ďalekohľad pomenovaný Chandra na počesť významného amerického astrofyzika indického pôvodu Subrahmanyana Chandrasekhara. Bolo tiež rozhodnuté poslať observatórium na veľmi vysokú excentrickú dráhu, aby sa 85 % celého letu pohybovalo nad rušivými radiačnými pásmi.

Štart 

Po dvoch odkladoch štartu sa napokon Chandra vydala do vesmíru v nákladovom priestore raketoplánu Columbia 23. júla 1999. Štart prebiehal za dramatických okolností. Už päť sekúnd po štarte došlo na palube Columbie ku skratu v jednej elektrickej batérii. Oveľa vážnejším problémom však bolo poškodenie rúrok tvoriacich stenu jedného motora SSME. Vinou poškodenia z motora unikalo palivo. Hrozilo núdzové opustenie raketoplánu posádkou na padákoch, čím by NASA prišla o raketoplán aj o drahé observatórium. Columbia sa napokon dostala na obežnú dráhu o 10 km nižšiu, ako bol pôvodný plán, čo však misiu neohrozilo.

Vypustenie observatória 

Po otvorení dverí nákladového priestoru a obvyklých kontrolách dostala posádka zelenú pre pobyt na obežnej dráhe a vypustenie observatória. Chandra bola pripojená k raketovému stupňu IUS (Inertial Upper Stage), ktorý jej mal umožniť dostať sa na potrebnú obežnú dráhu. Letová špecialistka Catherine Colemanová prepojila systémy IUS na vlastné batérie a krátko po tom, o 11:37 UT, sa odpojili káble spájajúce systém observatória a jej urýchľovacej rakety s raketoplánom. O päť minut neskôr bol nosný prstenec vytočený do polohy pro vypustenie IUS (58°). O 11:47:25 UT sa Chandra a jej raketa oddelili od raketoplánu. Riadenie observatória v tej chvíli prevzalo stredisko Onizuka AFB v Kalifornii. Na Zemi prepukli oslavy tohoto úspechu.

Piloti Columbie uskutočnili o 12:03 UT úhybný manéver, aby bol raketoplán v čase zážihu motora IUS bezpečne ďaleko. K zážihu motoru došlo o 12:47 UT. Po 117-sekundovom zážihu a odhodeniu motora sa Chandra pohybovala po dráhe vo výške 330-72 031 km. Úspešne prebehlo aj vyklápanie solárnych panelov a navedenie na výslednú dráhu (9 652-139 189 km).

Columbia potom úspešne pristála 28. júla na Kennedyho vesmírnom stredisku.

Priebeh letu 
27. júla 1999 v čase 00:39 UT bol otvorený ventil, čím sa zahájilo odplyňovanie detektorov vedeckých prístrojov. 31. júla, 4. augusta a 7. augusta prebehli ďalšie motorické manévre, aby sa družica dostala na operačnú dráhu. Obieha nad vnútorným Van Allenovym radiačným pásom, ktorý by mohol ovplyvniť merania. Na druhej strane takáto vysoká dráha znemožňovala vyslanie servisnej misie v prípade poruchy observatória. 

19. augusta Chandra vytvorila prvé skúšobné snímky. Najprv sa uskutočnilo kalibračné pozorovanie bodového röntgenového zdroja LMC X-1 vo Veľkom Magellanovom oblaku, ktorý je vzdialený asi 180 000 svetelných rokov od Zeme.  Na testovanie ostrosti poslúžil zvyšok supernovy v tej istej oblasti. Prvé snímky boli zverejnené 26. augusta a išlo o fotografie zvyšku po supernove Cassiopeia A a kvazaru PKS 0637-752. V priebehu septembra NASA zverejňovala každý týždeň nové snímky z Chandry.

24. januára 2002 observatórium v dôsledku chyby orientácie prerušilo vedecké pozorovania, ale ešte v ten istý deň sa podarilo obnoviť funkcie orientačného a stabilizačného systému a obnoviť aj vedecké pozorovania. 

Predpokladaná aktívna životnosť Chandry bola 5 rokov. Po uplynutí tejto doby 31. augusta 2003 NASA predĺžila kontrakt so Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), aby zaistila vedecké využívanie observatória na ďalších 5 rokov, tj. do konca júla 2010. 31. decembra 2009 NASA predĺžila kontrakt s inštitúciou Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) na zaistenie prevádzky observatória do 30. septembra 2013 s možnosťou predĺženia zmluvy na ďalšie dve trojročné obdobia. V roku 2012 došlo k predĺženiu misie do roku 2016.

Kvôli silnej slnečnej aktivite boli vedecké pozorovania dvakrát prerušené. Prvýkrát boli pozastavené od 24. októbra do 28. októbra 2003, druhýkrát medzi 2. a 8. novembrom. V dôsledku silných slnečných erupcií sa stratilo 206 hodín vedeckých pozorovaní z obdobia od 24. októbra. 6. novembra 2003 bolo oznámené, že pravdepodobne následkom kontaminácie stopami mazadla sa znížila priepustnosť optického filtra ACIS na 60 % pôvodnej hodnoty, takže vytvorenie snímok vyžaduje úmerné predĺženie expozičných časov.

Zdroje 
 1999-040B - Chandra v encyklopédii Space-40
 Chandra X-Ray Observatory (CXO) v MEK
 Priebeh letu STS-93 v MEK
 KOSMONAUTICKÉ AKTUALITY - NEPILOTOVANÉ LETY: Observatoř pro rentgenovou a gama astronomii Chandra

Referencie 

Umelé družice Zeme
Prebiehajúce misie
Veľké kozmické observatóriá
Astronomické družice
Umelé družice USA
Kozmonautika v 1999