Article Thumbnail

Kızılötesi Astronominin Kısa Tarihi

  • 03 Ağustos 2021 06:28

Spektrumun kızılötesi bölgesinin sadece küçük bir kısmı yeryüzünden gözlemlenebilir. Dünya atmosferinde, astronomik nesnelerden, kırmızı görünür ışıktan (0,8 µm) yaklaşık 30 µm'ye kadar kızılötesi radyasyonu görebildiğimiz birkaç pencere vardır. 30 µm'den yaklaşık 400 µm'ye kadar, gökbilimciler, yüksek dağlara, balonlara veya uçaklara uçarak veya uzaya giderek, Dünya atmosferinin mümkün olduğu kadar çok üzerine çıkmalıdır. Spektrumun kızılötesi bölgesini kullanmanın temel bilimsel nedenlerinden bazıları, yoğun toz bulutlarını araştırmak, molekülleri incelemek ve güçlü yıldız oluşum patlamaları yoluyla kızılötesinde en güçlü şekilde yayan uzak galaksileri gözlemlemektir.

 

Kendi galaksimizin görünürdeki merkezini kızılötesinden (2 µm'de bile) elde ettiğimiz görüşle karşılaştırdığımızda, kızılötesi bizimle galaktik merkez arasındaki toz bulutlarına nüfuz ettiğinden fark açıktır. Bununla birlikte, bazı bulutların o kadar yoğun çekirdekleri vardır ki, 15 µm'de bile arka plan nesnelerinden gelen radyasyonu engelleyebilirler. Aletler ve dedektörler son 40 yılda büyük ölçüde gelişti. 1968'de Gerry Neugebauer ve Eric Becklin, Palomar'daki 200 inçlik teleskopta tek bir dedektör kullanarak galaktik merkezi taradılar. 1995'te aynı süre Ian Gatley tarafından tüm galaktik merkez bölgesini birkaç kızılötesi filtrede haritalamak için kullanıldı.

 

1:

 

2MASS ve MSX tarafından görülen galaktik merkez. 1,25 µm 2MASS verileri mavi, 2,17 µm 2MASS verileri yeşil ve 6–11 µm MSX verileri kırmızı olarak kodlanmıştır. Resim 5° uzunluğunda ve 1° genişliğinde ve galaktik merkez parlak sarı görünüyor. 11 µm'de bile görülemeyecek kadar yoğun toz bulutları var.

 

Erken Öncüler

Sir William Herschel 1800'de kızılötesi radyasyonu keşfedip keşfetmesine rağmen, 881 deney serisiyle, 20. yüzyıla kadar kızılötesinden çok az astronomik kullanım yapıldı. Piazzi Smyth, 1856'da bir termokupl kullanarak dolunayı kızılötesinde tespit etti. 1881'de Samuel Pierpont Langley (havadan ağır uçuşa yönelik çalışmaları nedeniyle bir ABD damgası ile anılır) güneş radyasyonunu incelemek için bolometre adını verdiği bir alet icat etti. Öğrencilerinden biri başarısını kutlamak için şu “ölümsüz” satırları kaleme aldı:

 

Prof. Langley bir Bolometre tasarladı

Bu gerçekten bir çeşit Termometre

Isıyı algılayacak

Bir kutup ayısının ayaklarından

Yarım Kilometre Mesafede!

 

1868'den 1890'a kadar Rosse'un Dördüncü Kontu, Güneş'ten sonra gökyüzündeki en parlak nesne olan Ay'ın ısısını ölçme sorununu ele aldı. Ay günü boyunca ekvatordaki maksimum ay sıcaklığı için nihai sonucu, Langley'nin sonuçlarından farklıydı ve önemli tartışmalara neden oldu, ancak gelecek nesiller Rosse'un gerçeğe daha yakın olduğunu gösterdi. Thomas Alva Edison ayrıca, Tasimeter adlı icat ettiği bir alet kullanarak kızılötesini de araştırdı. Güneş koronasının sıcaklığını Arcturus ile karşılaştırarak ölçmeyi amaçladı ve Güneş'in diski gizlendiğinde, Wyoming'deki Güneş'in tam tutulması sırasında koronayı ölçmeye çalıştı. Anekdot olarak, tutulmayı bir tavuk koşusunun kapısından gözlemlediği, en iyi yerlerin ve en iyi konaklama yerlerinin "uygun" gökbilimciler tarafından alındığı söylenir. 1900'lerin başında, Jüpiter, Satürn ve Vega gibi çeşitli astronomik kaynaklardan ve ayrıca Amerika'da Seth Nicholson ve Edison Petit ve diğerleri tarafından yapılan ilk sistematik gözlemlerden kızılötesi radyasyon tespit edildi.

 

Modern kızılötesi astronomi belki de 1950'lerde kurşun sülfür dedektörlerinin gökbilimcilerin kullanımına sunulmasıyla başladı. Hassasiyeti arttırmak için PbS hücresi sıvı nitrojen içinde 77 K'ye soğutuldu. 1960 civarında, Harold L Johnson ilk kızılötesi büyüklük sistemini tanımladı. Kızılötesi fotometresi R, I, J, K, L (4 µm'ye kadar) dalga bantlarını kapladı ve Johnson ve ekibi binlerce yıldızı ölçtü.

 

2:

 

UKIRT ile çekilmiş galaktik merkez bölgesinin bir resmi. J noktasındaki veriler mavi, H noktasındaki veriler yeşil ve K noktasındaki veriler kırmızı olarak kodlanmıştır. Kapsanan bölge 7.5' x 4.5'. (Resim: Karınca Chrysostomau.)

 

3:

 

IRAS tarafından görülen tüm nokta kaynaklı gökyüzünün haritası (Aitoff projeksiyonunda), galaktik merkez resmin ortasında. Veriler renk kodludur ve genellikle yıldızlar mavi, galaksiler ve genç (tozla örtülü) yıldızlar sarı/yeşil görünür. (Kızılötesi İşleme ve Analiz Merkezi, Caltech/JPL. IPAC, NASA'nın Kızılötesi Astrofizik Veri Merkezidir.)

 

Bulutların Üstüne Çıkmak

1960'larda, kızılötesi astronomi hem gerçek anlamda hem de mecazi anlamda yükselişe geçti. Kaliforniya'daki Neugebauer ve Leighton (Wilson Dağı'nda) kuzey gökyüzünün bir anketi üzerinde çalışmaya başladı (bize NML, CIT ve IRC nesnelerini veriyor) ve Stephan Price güney gökyüzünün benzer bir araştırmasını yaptı. Frank Low, 10 µm'nin ötesinde çalışan (sıvı helyum kullanılarak 4 K'ye soğutulan) ilk germaniun bolometresini icat etti ve ilk gözlemleri 35 ve 350 µm'de ve aynı zamanda bir Lear jeti kullanarak 100 µm'de gözlemleyerek çoğu şeyin üzerine çıktı. atmosfer. Low ve Johnson, 70'lerde Lemmon Dağı'nda (Arizona'nın Catalina Dağları'nda) bulunan 60 inçlik teleskopu kullanıyorlardı. Kızılötesi astronomide Birleşik Krallık'taki öncü çalışma, Jim Ring'in Imperial College London'dan grubu tarafından Tenerife'deki Kızılötesi Akı Toplayıcı (IRFC) ile yönetildi. Teleskop, Lemmon Dağı'nda kullanılan teleskopla aynı boyuttaydı, ancak David Allen'ın INFRARED The New Astronomy adlı kitabında belirttiği gibi, gökbilimciler kendi ekipmanlarını getirmek zorunda kaldılar (büyük bir dezavantaj).

 

Yıldızlar ve Yıldız Sistemleri (Cilt II), 1959'da Johns Hopkins Üniversitesi'ndeki grup tarafından Venüs ve Mars atmosferlerinde su buharı aramak için bir balon deneyinin başlatıldığını bildirdi. Balonlar, Dünya yüzeyinin 25 mil yukarısına kadar gidebilir. Goddard Uzay Bilimleri Enstitüsü, 1966'da gökyüzünü 100 µm'de incelemek için balonlar kullandı ve galaktik düzlemin yakınında yaklaşık 120 parlak kızılötesi nesne tespit etti. 1970'lerde ve 1980'lerde, birçok balon deneyi Filistin, Teksas'tan uçtu. Tipik bir deney, bir UCL balon platformunda bir ESA spektrometresini içeriyordu. Orion ve M17 bulutsularındaki ince yapılı oksijen hatlarına bakarak 40 µm ile 100 µm arasında çalıştı. Dick Jennings liderliğindeki UCL astronomi grubu, ESTEC'deki Uzay Bilimleri Bölümü'nün astronomi bölümü ile (Roger Emery ve Brian Fitton dahil) işbirliği yaptı. Balon helyumla dolduruldu ve Tiny Tim kamyonundan yapılan deneyle serbest bırakılması çok dikkatli bir şekilde ayarlandı. Uçuştan sonra deneyin geri çağrılması, deneyin (ve dolayısıyla verilerin) inişten sağ çıkıp çıkmamasına kadar, inişten inip çıkmamasına kadar bazı heyecan verici anlar sağladı (yerden 25 m yüksekte sıkışmış bir balon deneyinin fotoğrafı var. Teksas'taki ağaç").

 

1967'de, Mauna Kea Gözlemevleri astronomi sahası, Hawaii'de sönmüş bir yanardağ üzerinde deniz seviyesinden 4200 m yükseklikte kuruldu. Birleşik Krallık Kızılötesi Teleskop (UKIRT) orada inşa edildi, son derece ince bir 3,8 m ayna kullanılarak, teleskop bu boyuttaki normal bir teleskopun (6,5 ton) üçte biri kadar büyük oldu. Mauna Kea'daki site, NASA Kızılötesi Teleskop Tesisi (IRTF) ve 25 µm'ye kadar kızılötesi yeteneği olan yeni Gemini Kuzey teleskopu da dahil olmak üzere artık birçok teleskopa ev sahipliği yapıyor.

 

Gökbilimcilerin atmosferi yenmesinin bir başka yolu da yüksek irtifalara uçmaktı. Merkezi California'daki NASA Ames Araştırma Merkezi'nde bulunan Kuiper Airborne Observatory (KAO) olan C-141A jet nakliye uçağı, 1974'te uçuşlara başladı (şekil 4). KAO, 41 000 fit yüksekliğe ulaşabilir ve gemide 0,9 m'lik bir teleskopa sahipti (baktığı delik, uçağın tepesine yakın bir yerde görülebilir). Gökbilimciler teleskopa koymak için kendi deneylerini getirdiler veya uygun donanıma sahip gruplarla işbirliği yaptılar. Gece gözlemini planlamak KAO'da diğer teleskoplardan daha ilginçti, çünkü uçuş yolunun bacakları (gözlemlenen nesnelere karşılık gelen) uçağı gecenin başlangıcında havalandığı havaalanına geri döndürmek zorundaydı. Uranüs'ün etrafındaki halkalar, 1977'de KAO kullanılarak bulundu.

 

4:

 

Kuiper Havadan Gözlemevi, NASA Ames Araştırma Merkezi'nde kalkışa hazırlanıyor.

 

SOFIA (Kızılötesi Astronomi için Stratosferik Gözlemevi), NASA ve Alman Uzay Ajansı DLR tarafından finanse edilen ve Boeing 747-SP'ye 2.5 m'lik bir teleskop yerleştirmek için bir projedir. SOFIA, tüm gökbilimcilerin kullanması için bir dizi gözlemevi aracına sahip olacak ve 2002'de uçuşlara başlayacak.

 

Uzayda Kızılötesi

Aerobee Kızılötesi Teleskop roketi, kızılötesi gökyüzü arka planını ölçmek için 1967'de fırlatıldı. 1976'da, sondaj roketleriyle yapılan gözlemlerden bir dönüm noktası kataloğu, Stephan Price ve Russell Walker tarafından Hava Kuvvetleri Jeofizik Laboratuvarı kataloğu (AFGL) 2363 nesneyle (dalga boyu kapsamı 4-30 µm) yayınlandı. Tam bir gökyüzü araştırmasından (birkaç roket uçuşu sırasında alınan) verilerin toplanması toplam 30 dakika sürdü. Hollanda, Amerikan ve İngiliz ortak projesi olan IRAS (Kızılötesi Astronomik Uydu), 1983'te başlatıldı ve 10 µm'den 100 µm'ye kadar tüm gökyüzü araştırması yaptı. 0,6 m'lik teleskop ve dedektörler sıvı helyum ile soğutuldu. Görev dokuz ay sürdü, ancak ilk 12 saatlik operasyonunda IRAS, AFGL kataloğunda olduğundan daha fazla nesne tespit etti. IRAS Nokta Kaynak Kataloğu 245 839 kaynak içerir ve Nokta Kaynaklara ek olarak IRAS, sıcak ve soğuk tozun boyutunu gösteren haritalar üretmiştir. COBE (Kozmik Arka Plan Gezgini uydusu), kızılötesi arka planı araştırmak için 1989'da fırlatıldı. 2,7 K spektrumunun düzgünlüğünü doğruladı ve uzaysal olarak pürüzsüz kozmik arka planda (son derece küçük sıcaklık değişimleri) galaksilerin oluşumuna yol açmış olabilecek dalgalanmaları tespit etti.

 

ISO (Kızılötesi Uzay Gözlemevi) 1995 yılında fırlatıldı (şekil 5). Bu, 0,6 m'lik bir teleskop ve gemide 2 ila 240 µm arasında çalışan dört alet ile bir ESA göreviydi. Uydu yaklaşık 2500 kg ağırlığındaydı ve 29 ay süren 2000 litreden fazla sıvı helyum soğutucusu ile fırlatıldı. ISO, gezegenlerden ve yıldızlardan uzak galaksilere kadar yaklaşık 30.000 astronomik nesne gözlemi yaptı. Japonlar ayrıca 1995 yılında bir kızılötesi uydu (IRTS) fırlattı, ancak bunun yalnızca 28 günlük bir görevi vardı. Amerikan MSX (Midcourse Space Experiment) uydusu 1996 yılında fırlatıldı. 2700 kg ağırlığındaydı ve 10 ay süren katı bir hidrojen bloğu ile soğutuldu. MSX, IRAS'tan çok daha yüksek çözünürlükle 4 ile 26 µm arasında çalıştı.

 

5:

 

ESTEC'deki temiz odadaki Kızılötesi Uzay Gözlemevi (ISO).

 

Kızılötesi Astronomi İçin Gelecek

Gemini ve Keck dahil birçok yer tabanlı teleskop artık kızılötesi yeteneklere sahiptir. Özellikle DENIS (güney gökyüzünün derin yakın kızılötesi araştırması) ve 2MASS (2 µm tüm gökyüzü araştırması) olmak üzere yüksek hassasiyette yer tabanlı araştırmalar yapılmıştır. NICMOS (yakın kızılötesi kamera ve çok nesneli spektrometre) 1997 yılında Hubble Uzay Teleskobu'na yerleştirildi. Yedek uzay gözlemevi, NGST (Yeni Nesil Uzay Teleskobu), ayrıca 8 m'lik bir teleskop kullanarak 0,6-20 µm'yi kapsayan kızılötesi yeteneklere sahip olacak. teleskop. Fırlatma için planlanan bir sonraki kızılötesi uydular, Amerikalılar tarafından (2002'de) SIRTF ve Japonlar tarafından (2003'te) IRIS'tir. SIRTF, geleneksel Dünya yörüngesinden ziyade Dünya yörüngesine fırlatılacak ve sıvı helyum soğutucusuna ek olarak pasif soğutma teknikleri kullanacak.

 

2007 yılında, ESA uyduları FIRST (Uzak Kızılötesi ve Milimetre-altı Teleskop) ve Planck bir fırlatmayı paylaşacak. BİRİNCİ, belirli hedefleri gözlemleyen bir gözlemevi uydusu olacak, ancak Planck, kozmik arka planın tüm gökyüzünü daha yüksek hassasiyet ve daha yüksek uzaysal çözünürlükte araştırmasında COBE'yi takip edecek. ESA, 50 m ile 500 m arasında taban çizgileri olan bir interferometre görevi gören dört ila altı 3.5 m teleskop (her biri ayrı bir uzay aracına monte edilmiş) içeren Kızılötesi Uzay İnterferometre Darwin'i (IRSI Darwin) inceliyor. İnterferometre, astrofizik ve gezegen sistemleri araştırmaları için kullanılacak ve 5 µm ile 28 µm arasında çalışacaktı. 2012 civarında fırlatılmak üzere ESA Horizons 2000 temel taşı görevine adaydır. NASA'nın TPF (Karasal Gezegen Bulucu) adlı benzer bir görevi vardır.

 

-

Kaynak: https://academic.oup.com/astrogeo/article/41/5/5.10/212514