Herschel Uzay Gözlemevi

Herschel Uzay Gözlemevi, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından geliştirilen ve işletilen bir uzay gözlemeviydi.
14 Mayıs 2009'dan 29 Nisan 2013'e kadar faaliyet göstermiştir. 2021'de James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) fırlatılışına kadar uzaya gönderilmiş en büyük kızılötesi teleskop olma özelliğini taşıyordu. 3,5 metrelik bir aynaya ve uzak kızılötesi ile milimetre-altı dalga bantlarına (55–672 µm) duyarlı aygıtlara sahipti. Herschel, Avrupa Uzay Ajansı'nın Horizon 2000 programında SOHO/Cluster II, XMM-Newton ve Rosetta'yı izleyen dördüncü ve son köşe taşı göreviydi. NASA da bu programa önemli katkılarda bulunmuştur.

Gözlemevi, Mayıs 2009'da fırlatıldıktan yaklaşık iki ay sonra, Dünya'dan 1.500.000 kilometre (930.000 mil) uzaklıkta, Güneş-Dünya sisteminin ikinci Lagrange noktasında (L2) yörüngeye yerleşmiştir. Herschel Gözlemevi, kızılötesi ışınımı keşfeden ve Uranüs gezegenini bulan Sir William Herschel ile kız kardeşi ve çalışma arkadaşı Caroline Herschel'in anısına bu adı almıştır.

Gözlemevi, evrendeki en soğuk ve en tozlu gök cisimlerini; örneğin yıldızların oluştuğu soğuk gaz ve toz kozalakları ile yeni yıldızlarla dolu tozlu galaksileri gözlemlemek amacıyla tasarlanmıştır.

Yıldız oluşum bölgelerinde, yıldız malzemelerinin “yavaş pişiricileri” olarak da adlandırılan bulutlarda su ve türevleri gibi yaşam açısından potansiyel taşıyan moleküllerin izini sürmek üzere kapsamlı araştırmalar gerçekleştirmiştir.

Teleskobun görev süresi, aygıtlarında bulunan sıvı helyum soğutucusunun miktarıyla sınırlıydı. Soğutucunun tükenmesiyle birlikte aygıtların işlevselliği sona erecekti. Fırlatma sırasında görevin yaklaşık 3,5 yıl (2012 sonlarına kadar) sürmesi öngörülmüş; teleskop, soğutucusunun tükendiği 29 Nisan 2013 tarihine kadar faaliyetini sürdürmüştür.

Geliştirme süreci

1982 yılında Uzak Kızılötesi ve Milimetre-altı Teleskobu (İng. Far Infrared and Sub-millimetre Telescope, FIRST) projesi Avrupa Uzay Ajansı'na (ESA) sunulmuştur. ESA'nın 1984'te oluşturduğu uzun vadeli “Horizon 2000” planında, Yüksek Verimli Heterodin Tayfölçümü görevi köşe taşı görevlerinden biri olarak belirlenmiş; 1986 yılında FIRST resmen köşe taşı görevi statüsüne alınmıştır.

1992–1993 yıllarında yürütülen bir endüstriyel fizibilite çalışmasının ardından, 1993'te görevin uygulanmasına karar verilmiştir. Kızılötesi Uzay Gözlemevi'nden (ISO, 2,5–240 mikron; 1995–1998) edinilen deneyimler doğrultusunda görev Dünya yörüngesi yerine ikinci Lagrange noktasına (L2) yerleştirilecek şekilde yeniden tasarlanmıştır.

2000 yılında FIRST, astronom William Herschel'in anısına “Herschel Uzay Gözlemevi” olarak yeniden adlandırılmıştır. Aynı yıl ihale süreci tamamlanmış, 2001'de endüstriyel faaliyetler başlamış ve gözlemevi 2009 yılında fırlatmaya hazır hâle getirilmiştir.

2010 yılı itibarıyla, Herschel misyonunun yaklaşık 1,1 milyar avroya mal olduğu tahmin edilmektedir. Bu rakam uzay aracı ve bilimsel yükleri, fırlatma ve görev operasyonları ile bilimsel faaliyetleri kapsamaktadır.

Nisan 2024'te, Birleşik Krallık'taki RAL Space (STFC ve Imperial College London ortaklığıyla) öncülüğündeki bir bilim ekibi, Herschel verilerini kullanarak Evren'in uzak kızılötesi dalga boylarında şimdiye kadar çekilmiş en derin görüntüsünü elde ettiğini duyurdu. Bu çalışma sonucunda yaklaşık 2.000 uzak galaksi gözlemlendi.

Elde edilen bu çarpıcı görüntüye Herschel-SPIRE Karanlık Alanı (Herschel-SPIRE Deep Field) adı verildi.

Araştırma, daha önce tespit edilemeyen ve Evren'in kızılötesi ışık enerjisi bütçesindeki eksikliği açıklayabilecek, “gizli” galaksilerden oluşan yeni bir popülasyonun varlığına işaret ediyor. Bu gelişme, gökbilimde görünmeyeni görmemizi sağlayarak Evren'in karanlık ve tozlu geçmişine ışık tutuyor.

Bilimsel amaçlar

Herschel, Güneş Sistemi'ndeki cisimlerin yanı sıra, Samanyolu'nda yer alan ve milyarlarca ışık yılı uzaklıktaki yeni doğan galaksiler gibi galaksi dışı (ekstragalaktik) nesnelerden ışık toplamak üzere tasarlanmıştır. Gözlemevi ile yürütülmesi planlanan araştırmalar; Erken Evren'de galaksi oluşumu ve evrimi, yıldız oluşumu ile yıldızlararası ortam ve yıldızların bu ortamla etkileşimi, gezegenler, kuyruklu yıldızlar ve uydular gibi Güneş Sistemi cisimlerinin atmosferleri ve yüzeylerinin kimyasal bileşimi ile Evren'deki moleküler kimyanın incelenmesi olmak üzere dört ana başlık altında toplanmıştır. Görev süresi boyunca Herschel, 35.000'in üzerinde bilimsel gözlem gerçekleştirmiş ve yaklaşık 600 farklı gözlem programı kapsamında 25.000 saatten fazla bilimsel veri toplamıştır.

Aygıtlar
küçükresim|ESA'nın Avrupa Uzay Araştırma ve Teknoloji Merkezi'ndeki (ESTEC) Büyük Uzay Simülatörü'nün dışındaki Herschel Uzay Gözlemevi.
Bu görev, uzak kızılötesi ve milimetre-altı dalga boylarını kapsayan ilk uzay gözlemevi olma özelliğini taşımaktaydı. Fırlatıldığı tarihte, 3,5 metre çapındaki aynasıyla uzayda yörüngeye yerleştirilmiş en büyük tek aynalı teleskop konumundaydı. Söz konusu ayna yalnızca camdan değil, sinterlenmiş silisyum karbürden üretilmişti. Aynanın ham gövdesi Fransa'nın Tarbes kentinde bulunan Boostec tarafından imal edilmiş; taşlama ve parlatma işlemleri Finlandiya'nın Tuorla Gözlemevi'nde faaliyet gösteren Opteon Ltd. tarafından gerçekleştirilmiş; son olarak ise İspanya'daki Calar Alto Gözlemevi'nde vakum biriktirme yöntemiyle yansıtıcı bir katmanla kaplanmıştır.

Ayna tarafından toplanan ışık, dedektörleri 2 K (−271 °C) altındaki sıcaklıklarda tutulan üç bilimsel aygıtın üzerine odaklanıyordu. Aygıtlar, 2.300 litreden fazla sıvı helyum ile soğutuluyor ve bu helyum, yaklaşık 1,4 K (−272 °C) sıcaklıkta vakumda kaynayarak pasif soğutma sağlıyordu. Uzay aracındaki 2.300 litrelik sıvı helyum kaynağı, gözlemevinin operasyonel ömrünün temel sınırıydı; başlangıçta en az üç buçuk yıl faaliyet göstermesi bekleniyordu.

Herschel, üzerinde üç bilimsel aygıt taşıyordu:

Fotoiletken Dizi Kamera ve Tayfölçer

Fotoiletken Dizi Kamera ve Tayfölçer (İngilizce: Photodetector Array Camera and Spectrometer, PACS), 55 ile 210 mikrometre dalga boyu aralığını kapsayan bir kamera ve düşük çözünürlüklü bir tayfölçerdi. Tayfölçerin R=1000 ile R=5000 arasında bir spektral çözünürlüğü vardı ve -63 dB kadar zayıf sinyalleri tespit edebiliyordu. Bu tayfölçer, uzaysal ve spektral çözünürlüğü birleştiren bir integral alan tayfölçeri olarak çalışıyordu. Görüntüleme kamerası, iki bandı (60-85/85-130 µm veya 130-210 µm) aynı anda görüntüleyebiliyordu ve saptama sınırı birkaç milijansky (mJy) düzeyindeydi.

Tayfsal ve Fotometrik Görüntüleme Alıcısı

Tayfsal ve Fotometrik Görüntüleme Alıcısı (İngilizce: Spectral and Photometric Imaging Receiver, SPIRE) bir kamera ve 194 ile 672 mikrometre dalga boyu aralığını kapsayan düşük çözünürlüklü bir tayfölçerdi. Tayfölçerin 250 mikrometrelik bir dalga boyunda R=40 ile R=1000 arasında bir spektral çözünürlüğü vardı ve parlaklığı yaklaşık 100 mJy olan noktasal kaynakları ve parlaklığı yaklaşık 500 mJy'ye kadar olan yaygın kaynakları görüntüleyebiliyordu. Görüntüleme kamerası üç ana bantta (250, 350 ve 500 µm dalga boylarında; sırasıyla 139, 88 ve 43 piksel) çalışıyordu. Ayrıca, parlaklığı 2 mJy'nin üzerindeki noktasal kaynakları ve parlaklıkları 4 ile 9 mJy arasında değişen yaygın hedefleri gözlemleyebiliyordu. SPIRE görüntüleme kamerasının bir prototipi, BLAST yüksek irtifa balonu ile uçurulmuştu. Kaliforniya'nın Pasadena şehrindeki NASA Jet İtki Laboratuvarı, bu aygıt için "örümcek ağı" (spider web) bolometreler geliştirdi ve üretti; bunlar önceki teknolojilere göre 40 kat daha hassastı. Herschel-SPIRE aygıtı, Cardiff Üniversitesi liderliğindeki uluslararası bir konsorsiyum tarafından, 8 ülkeden 18'den fazla enstitünün katılımıyla üretilmiştir.

Uzak Kızılötesi Heterodin Aygıtı

Uzak Kızılötesi Heterodin Aygıtı (İngilizce: Heterodyne Instrument for the Far Infrared, HIFI), R=107'ye varan çok yüksek spektral çözünürlük sağlayan bir heterodin tayfölçerdi. Bu tayfölçer iki dalga boyu bandında çalışıyordu: 157-212 µm ve 240-625 µm. SRON Hollanda Uzay Araştırmaları Enstitüsü, HIFI'nin tasarım, üretim ve test süreçlerinin tamamına liderlik etti. SRON liderliğindeki HIFI Aygıt Kontrol Merkezi, verilerin elde edilmesinden ve analizinden sorumluydu.

NASA, bu aygıt için yerel osilatör zincirlerini ve güç yükselteçlerini sağladı. Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü Kızılötesi İşleme ve Analiz Merkezi'nin (IPAC) bir parçası olan Pasadena'daki NASA Herschel Bilim Merkezi, bilimsel planlama ve veri analizi yazılımlarına katkıda bulundu.

Servis modülü

Ortak servis modülü (SVM), Thales Alenia Space'in Torino tesisinde, Herschel ve Planck görevleri için tek bir program dahilinde tasarlanmış ve üretilmiştir.

Herschel ve Planck SVM'leri birbirine çok benzer bir yapıya sahipti. Her iki SVM de sekizgen bir yapıya sahipti ve üzerlerindeki birimler, her iki uzay aracının farklı termal yayılım gereksinimlerini karşılayacak şekilde yerleştirilmişti. Bu birimler, uzay görevlerine uygun yüksek kalitedeydi.

Ayrıca, her iki uzay aracında da aviyonik, yönelim (durum) kontrol ve ölçüm sistemleri (ACMS), komuta ve veri yönetim sistemleri (CDMS), güç alt sistemleri ve telemetri, takip ve komuta (TT&C) alt sistemleri gibi standart tasarımlar kullanılmıştır.

Uzay aracının SVM üzerindeki bütün kritik üniteleri yedekliydi.

Güç alt sistemleri

Her uzay aracının üzerindeki güç alt sistemleri bir güneş paneli dizisi (üç eklemli güneş hücrelerinden oluşan), bir batarya ve bir güç kontrol biriminden (PCU) oluşuyordu. Bu tasarım, güneş paneli dizisine (30 bölümden oluşan) bir arayüz sağlamak, düzenlenmiş 28V'luk bir bara oluşturmak, bu gücü korumalı çıkışlar aracılığıyla dağıtmak ve bataryanın şarj/deşarjını kontrol etmek üzere geliştirilmiştir.

Herschel'in güneş paneli dizisi, kriyostatı Güneş'ten korumak için tasarlanmış olan ve Güneş'e dönük olmayan taraftaki kalkanın alt kısmına sabitlenmişti. Üç eksenli yönelim kontrol sistemi, bu kalkanın Güneş'e doğru yönelmesini sağlıyordu. Kalkanın Güneş'e bakan üst kısmı ise, Güneş enerjisinin %98'ini yansıtan ve kriyostatın aşırı ısınmasını önleyen optik güneş yansıtıcıları (İngilizce: optical solar reflector, OSR) ile kaplıydı.

Yönelim ve yörünge kontrolü

Bu işlev, Yönelim Kontrol ve Ölçüm Sistemi'nin (ACMS) bir parçası olan Yönelim Kontrol Bilgisayarı (ACC) tarafından gerçekleştiriliyordu. Herschel ve Planck yükünün hedefleme ve kontrol gereksinimleri için tasarlanmıştı.

Herschel uzay aracı üç eksenli olarak stabilize edilmişti. Mutlak işaretleme hatası 3,7 ark saniyesinden azdı.

Her iki uzay aracındaki ana yönelim sensörü bir yıldız izleyiciydi.

Fırlatma ve yörünge

Thales Alenia Space'in Cannes Mandelieu Uzay Merkezi'nde üretilen uzay aracı, Planck uzay aracı ile birlikte 14 Mayıs 2009'da saat 13:12:02 UTC'de Ariane 5 ECA roketiyle Fransız Guyanası'ndaki Guyana Uzay Merkezi'nden, ikinci Lagrange noktasına (L2) doğru oldukça eliptik bir yörüngeye başarıyla fırlatıldı. Fırlatma yörüngesinin yerberisi 270,0 km (±4,5 km), yerötesi 1.197.080 km (nominal 1.193.622 km, ±151.800 km sapma) ve eğikliği 5,99 derece (nominal 6,00°, ±0,06° sapma) olarak ölçüldü.

14 Haziran 2009'da ESA, PACS aygıtının optiklerini koruyan ve kriyokapak (cryocover) olarak adlandırılan kapağın açılması komutunu başarıyla gönderdi. Bu sayede teleskop uzayı gözlemlemeye ve ilk görüntüleri almaya başlayabildi. Bu kapak, teleskop uzay boşluğuna güvenli bir şekilde ulaşana kadar hassas aygıtları kirlenmekten korumak için kapalı tutulmuştu.

Herschel'in M51 Grubu'nu içeren ilk test görüntüleri, kriyokapağın açılmasından beş gün sonra ESA tarafından yayımlandı.

2009 yılı Temmuz ayının ortalarında, fırlatmadan yaklaşık altmış gün sonra, Herschel Dünya'dan yaklaşık 1,5 milyon kilometre uzaklıkta, Güneş-Dünya sisteminin ikinci Lagrange noktası (L2) etrafında, ortalama 800.000 km yarıçaplı bir Lissajous yörüngesine girdi.

Keşifler
küçükresim|Herschel Uzay Gözlemevi ve Spitzer Uzay Teleskobu'ndan alınan görüntülerin bir kolajı
21 Temmuz 2009'da Herschel'in devreye alma aşaması başarıyla tamamlandı ve rutin bilimsel gözlem aşamasına geçildi. Herschel'in operasyonel sorumluluğu, program yöneticisi Thomas Passvogel'den görev yöneticisi Johannes Riedinger'e resmi olarak devredildi.

Herschel, yıldız oluşum sürecinde daha önce bilinmeyen bir boşluk keşfetti. NGC 1999'daki genç bir yıldızın etrafında, daha önce karanlık bir bulutsu olduğu düşünülen bölgede, yıldızdan kaynaklanan jetlerin çevresindeki malzemeyi temizleyerek bir boşluk oluşturduğunun gözlemlenmesiyle (ve yer tabanlı teleskoplarla doğrulanmasıyla) bu keşif yapıldı.

Temmuz 2010'da, gözlemevinin ilk sonuçlarını içeren ve 152 makaleden oluşan özel bir Astronomy & Astrophysics sayısı yayımlandı.

HIFI aygıtının Ağustos 2009'da yaşadığı ve Şubat 2010'a kadar süren teknik bir arızanın ardından elde edilen sonuçlarla ilgili ikinci bir özel Astronomy & Astrophysics sayısı Ekim 2010'da yayımlandı.

1 Ağustos 2011'de, Herschel Uzay Gözlemevi ile uzayda moleküler oksijenin (O2) kesin olarak tespit edildiği rapor edildi. Bu, Odin uydusunun tartışmalı tespitinden sonra moleküler oksijenin uzayda ikinci kez bulunuşuydu.

Ekim 2011'de Nature dergisinde yayımlanan bir raporda, Herschel'in Hartley 2 kuyruklu yıldızındaki döteryum oranının Dünya okyanuslarındakiyle benzer olduğu, bu da Dünya'daki suyun önemli bir kısmının kuyruklu yıldızlardan gelmiş olabileceği teorisini desteklediği bildirildi. 20 Ekim 2011'de ise genç bir yıldızın ön gezegen diskinde, okyanuslardaki suya benzer izotop oranına sahip soğuk su buharı tespit edildiği rapor edildi. Daha önce yıldız oluşum bölgelerinde tespit edilen sıcak su buharının aksine, bu soğuk su buharı, gezegenlere su taşıyabilecek kuyruklu yıldızların oluşumuna katılabilecek nitelikteydi ve Dünya'daki suyun kökenine dair teorileri destekliyordu.

18 Nisan 2013'te Herschel ekibi, yılda 2.000 Güneş kütlesinden fazla yıldız üreten aşırı bir starburst (yıldız patlaması) galaksisi keşfettiğini Nature dergisinde duyurdu. HFLS3 olarak adlandırılan bu galaksi, z=6,34 kırmızıya kayma değerinde yer alıyordu, bu da Evren'in Büyük Patlama'dan sadece 880 milyon yıl sonraki haline karşılık geliyordu.

Görevin sona ermesinden hemen önce ESA, Herschel gözlemlerinin, 1994'teki Shoemaker–Levy 9 kuyruklu yıldızı çarpışmasının Jüpiter'in üst atmosferinde su oluşumuna yol açtığını doğruladığını duyurdu.

22 Ocak 2014'te ESA bilim insanları, asteroit kuşağındaki en büyük cisim olan cüce gezegen Ceres üzerinde ilk kez kesin olarak su buharı tespit ettiklerini bildirdi. Bu bulgu, Herschel Uzay Gözlemevi'nin uzak-kızılötesi yetenekleri kullanılarak yapılmıştı. Bu bulgu şaşırtıcıydı, çünkü genellikle kuyruklu yıldızların "jetler ve koma" oluşturduğu düşünülürken, asteroitlerden bu tür bir aktivite beklenmiyordu. Bilim insanlarından biri, "Kuyruklu yıldızlar ve asteroitler arasındaki çizgi gittikçe bulanıklaşıyor." şeklinde bir yorumda bulundu.

Görevin sonu

29 Nisan 2013'te ESA, Herschel'in aygıtlarını ve teleskobunu soğutmak için kullanılan sıvı helyum soğutucusunun tükendiğini ve böylece görevin sona erdiğini duyurdu. Açıklamanın yapıldığı sırada Herschel, Dünya'dan yaklaşık 1,5 milyon kilometre uzaklıkta bir yörüngede bulunuyordu. Herschel'in L2 noktasındaki yörüngesi kararsız olduğundan, ESA'nın uzay aracını gelecekte Dünya ile çarpışmasını önleyecek güvenli bir yörüngeye yönlendirmesi gerekiyordu. ESA yöneticilerinin değerlendirdiği iki ana seçenek vardı:

Herschel'i, en azından birkaç yüz yıl boyunca Dünya'ya tehdit oluşturmayacak Güneş merkezli (heliosentrik) bir yörüngeye yerleştirmek.

Herschel'i Ay'a çarptırmak; bu çarpışma Ay kutuplarındaki olası su buzunun tespiti için bir deney olarak kullanılabilirdi. Bu yolculuk yaklaşık 100 gün sürecekti.

Yöneticiler, daha az maliyetli olduğu için ilk seçeneği tercih ettiler.

17 Haziran 2013'te, son yakıtı da Dünya'dan uzaklaşma manevralarında kullanıldıktan sonra, Herschel'e son komut gönderilerek pasifleştirildi ve tüm iletişimi kesildi. İletişimin kesildiği son komut, Avrupa Uzay Operasyonları Merkezi (ESOC) tarafından saat 12.25 UTC'de (TSİ 15.25) gönderilmişti.

Görevin operasyon sonrası aşaması 2017 sonuna kadar devam etti. Bu aşamada temel hedefler; veri kalitesini artırmak, aygıt kalibrasyonunu iyileştirmek ve bilimsel olarak geçerli, kullanıma hazır veri ürünleri oluşturmak üzere veri analizini sürdürmekti.

Herschel görevinin sona ermesinin ardından bazı Avrupalı astronomlar, Japonya öncülüğündeki Kozmoloji ve Astrofizik için Uzay Kızılötesi Teleskobu (SPICA) projesine katılması yönünde ESA'ya çağrıda bulundu. (SPICA projesi daha sonra iptal edilmiştir.)

 Kaynakça

 Konuyla ilgili yayınlar 

 Dış bağlantılar 

ESA Herschel Bilim Merkezi
ESA Herschel Bilgileri
NASA Herschel web sitesi 
ESA Herschel operasyonlar sayfası 
YouTube'da ESA videosu 
Cardiff Fizik ve Astronomi Okulu: Herschel/SPIRE ekibi

Kategori:Uzay teleskopları
Kategori:Milimetre-altı teleskoplar
Kategori:Avrupa Uzay Ajansı uzay sondaları
Kategori:Kozmik mikrodalga arka plan ışıması
Kategori:2009'da fırlatılan uzay araçları
Kategori:2013'te hizmet dışı kalan uzay araçları