za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Научные задачи продленной миссии космического инфракрасного телескопа Спитцер и DDT-2017 #2



    В 2019 году предстоит запуск в космос 6.5-метрового космического инфракрасного телескопа JWST. Этот проект обладает огромной стоимостью (около 10 миллиардов долларов), поэтому в NASA планируют сократить число работающих космических телескопов за счет выключения старых телескопов. Так на март 2019 года (время, когда JWST начнет первые наблюдения из второй точки Лагранжа) планируется выключение инфракрасного телескопа Спитцер (запущен в 2003 году), который сейчас работает на гелиоцентрической орбите. В то же время космический телескоп Спитцер по прежнему находится в хорошем техническом состоянии при сравнительно небольших (по сравнению с JWST) эксплуатационных расходах (в 2017 году они составляют 15.25 миллионов долларов в год). К примеру, космический телескоп является труднозаменимым при поисках транзитов экзопланет: его 21-суточные наблюдения системы TRAPPIST-1 позволили доказать, что там находится как минимум 7 транзитных планет. Кроме того наблюдения телескопа смогли впервые обнаружить транзиты близких экзопланет у очень ярких звезд: 55 Рака e (наряду с другим космическим телескопом MOST) и HD 219134 b и с. Так же телескоп смог впервые обнаружить транзит юпитера HD 80606 b с эллиптической орбитой через регистрацию вторичного затмения (момент прохождения планеты за своей звездой с точки зрения земного наблюдателя).

   В связи с этим недавно научное сообщество опубликовало в Архив.орг свои предложения по продолжению работы телескопа Спитцер до декабря 2020 года.

   Предложения рассматривают научное применение телескопа по следующим разделам:


1) Открытия и исследования экзопланет



  По этому направлению предлагается продолжить отслеживание транзитов семи планет системы TRAPPIST-1 (тайминг транзитов) для более точного измерения массы планет (с точностью лучше 10%). Другие космические телескопы (к примеру, TESS и CHEOPS) не способны выполнить подобные наблюдения из-за меньшего диаметра телескопов. Эти измерения позволят улучшить интерпретацию спектроскопии JWST (на данный момент запланированы наблюдения 5 из 7 планет системы). Кроме того телескоп может продолжить исследования по подтверждению открытий космических телескопов Кеплер и TESS для отбора наиболее интересных целей для наблюдений JWST.




Транзиты планеты К2-18b, которые наблюдались космическими телескопами Кеплер и Спитцер. Наблюдения второго космического телескопа позволили измерить радиус планеты в 10 раз точнее.


  После скорого завершения работы телескопа Кеплер (по причине истощения запасов топлива для двигателей микроориентации), Спитцер останется единственным космическим телескопом способным измерять параллаксы событий микролинзирования (к настоящему времени телескоп выполнил подобные измерения примерно для 500 событий микролинзирования). Последний момент позволит составить карту пространственного распределения планетных систем в галактике (ожидается, что к 2019 году количество планетных систем с подобными измерениями вырастет до 12). Даже небольшое количество подобных планетных систем позволяет сделать вывод, что планеты в Балдже галактики более редки, чем планеты в диске галактики (на статистическом уровне доверия в 95%). Для сравнения сейчас известны многие тысячи экзопланет, но большинство из них находится в радиусе нескольких сотен парсек.



Пространственное распределение известных экзопланет в галактике. Только метод микролинзирования позволяет картографировать распределение экзопланет в масштабах всей нашей галактики. Источник.


2) Исследование околоземных астероидов



Распределение абсолютных величин околоземных астероидов из трех крупнейших обзоров Спитцера. К примеру, абсолютные звездные величины 17.5, 20.0 и 22.5 соответствуют приблизительному размеру астероидов в 1000, 300 и 100 метров соответственно.

   По этому направлению к настоящему времени телескоп пронаблюдал около 2 тысяч околоземных астероидов (15% от их общего числа). Инфракрасные наблюдения позволяют оценить размеры околоземных астероидов. В ходе расширенной миссии телескоп может наблюдать по 250 околоземных астероидов каждый год (это количество может быть увеличено на 20% для охвата наблюдениями новых открытий околоземных астероидов). Новые наблюдения Спитцера позволят удержать долю околоземных астероидов с существующими инфракрасными наблюдениями в районе 10%.



    Ежегодное число открытий околоземных астероидов быстро растет

   Кроме того большим плюсом телескопа является удаленность от Земли: в связи с этим он может наблюдать околоземные астероиды, которые сблизились с Землей. Для сравнения телескоп JWST из второй точки Лагранджа не может наблюдать околоземные астероиды со скоростью движения больше 30 угловых миллисекунд в секунду.



Диаметры и альбедо околоземных астероидов, которые наблюдал Спитцер к этому времени

3) Исследование близких звезд и коричневых карликов

   По этому направлению планируется продолжение определения тригонометрических расстояний до близких коричневых карликов (что позволит уточнить функцию масс в галактике), исследование атмосфер газовых гигантов, а также поиск новых потенциально обитаемых планет у красных карликов. Кроме того ожидается, что телескоп может попытаться открыть новые близкие коричневые карлики, которые холоднее нынешнего рекорда (250 Кельвинов). Последнее направление связано с двумя моментами:

1)      Фотографирование окрестностей (в радиусе 0.1 парсек) всех A, F, G, K звезд и белых карликов ближе 8 парсек (их общее число равно 52). У подобных массивных объектов радиус сферы Хилла составляет около 20 тысяч а.е.. Такой обзор потребует 700 часов наблюдений (по 350 часов на каждую серию фотографирования для поиска смещения близких объектов на фоне далеких звезд и галактик). Обзор будет обладать способностью зарегистрировать самый холодный известный коричневый карлик WISE 0855−0714 (яркость на втором фильтре Спитцера (длина волны 4.5 микрон) 17.1 звездных величин) на статистичеком уровне SNR=30. Для подобного обзора будет достаточно 30-секундных экспозиций. Новый обзор сможет обнаружить объекты (с хорошо известным возрастом и расстоянием), которые занимают промежуточное положение между Юпитером (температура 124 Кельвинов) и самым холодным известным коричневым карликом WISE 0855−0714 (температура 250 Кельвинов). Отмечается, что к настоящему времени эпизодические поиски в окрестностях близких звезд с помощью Спитцера привели к открытию одного из самых холодных коричневых карликов WD 0806−661B (расстояние 19.2 парсек, температура 300-345 Кельвинов). На схеме ниже показаны окрестности белого карлика WD 0806−661. Малиновым цветом выделена область, которая покрыта снимками Спитцера, а черный круг обозначает область сферы Хилла.



2)      Самый холодный известный коричневый карлик WISE 0855−0714 был обнаружен на снимках обзора WISE. Яркость WISE 0855−0714 примерно на две звездных величины меньше предельной чувствительности этого обзора WISE. В связи с этим предполагается, что в данных обзора WISE должно находиться ещё 15(+20-11) подобных объектов. Эти объекты практически не видны во второй полосе обзора (W2), поэтому их можно обнаружить только в первой полосе обзора (W1, длина волны близка к линии излучения метана). В результате этого более тусклые аналоги WISE 0855−0714 можно найти лишь сравнивая снимки обзора за разные годы (у подобных объектов большое собственное движение – на уровне нескольких угловых секунд в год). В настоящее время поиском таких объектов на снимках WISE занимается проект CatWISE (научный руководитель Peter Eisenhardt). В случае обнаружения кандидатов в такие объекты помощь Спитцера будет практически незаменима (наземные телескопы с трудом могут обнаружить WISE 0855−0714, не говоря о более тусклых объектах).


4) Исследование Галактики

   Прошлые наблюдения (обзоры GLIMPSE и MIPSGAL галактической плоскости) позволили изучить более 8 тысяч областей звездообразования в нашей галактике. Повторные наблюдения позволят изучить собственные движения многих миллионов звезд в плотных звездных полях, что дополнит астрометрический обзор GAIA.

5) Рождение и эволюция галактик

   По этому направлению предлагается продолжать большие (несколько сотен квадратных градусов) и глубокие обзоры неба для изучения далеких галактик (до z=4). Получасовые экспозиции позволяют получать чувствительность снимков до АВ=24 звездной величины (на уровне 5 сигм), что на несколько звездных величин больше, чем было получено в обзоре WISE. Временные затраты на такой обзор составляют около 9 тысяч часов космического телескопа. Такой обзор изучит миллионы галактик с сотнями тысяч галактик с активными ядрами в объеме Вселенной равном нескольким десяткам миллиардов кубических парсек.



   На схеме выше показаны все внегалактические обзоры Спитцера. Черным цветом показаны уже осуществленные обзоры, красным цветом планируемые обзоры. NEP - это область, которую выбрали для будущих спектроскопических наблюдений (ранее она не наблюдалась). SPT3 - это часть неба, которую уже исследовал наземный телескоп SPT (South Pole Telescope), новые наблюдения телескопа Спитцер дополнят наблюдения SPT. Первый будущий обзор Спитцера планируется сделать глубоким, а второй с большой площадью покрытия. Круги и квадраты обозначают чувствительность обзоров в рамках холодной и теплой миссии космического телескопа. Заполненные черные квадраты обозначают обзоры, где чувствительность определена с помощью компьютерных симуляций.

  В дополнение стоит привести несколько технических схем из свежей публикации:





  Из последней схемы следует, что проблемы со связью ожидаются лишь к 2025 году, когда космический телескоп окажется за Солнцем для земного наблюдателя.

   В то же время космический телескоп продолжает обычные научные наблюдения. 10 октября стало известно об итогах второго распределения 500 часов директорского резерва в 2017 году:




   По итогам распределения большего всего наблюдательного времени было выделено на экзопланетную тематику:






   Список интересных утвержденных программ:

1)      Измерение скорости ветра у коричневого карлика 2MASS J10475385+2124234 (14.6 часов)

   Коричневый карлик 2MASS J1047+21 является самым холодным коричневым карликом, у которого обнаружено радиоизлучение (его период составляет 1.77 часов). В 13 цикле Спитцер зарегистрировал переменность у этого объекта и в инфракрасном диапазоне. Новые наблюдения на длине волны в 4.5 микрон должны уточнить атмосферную динамику этого объекта.

2)      Молодая трехпланетная система в Гиадах (18.5 часов)

   Скорее всего, речь идет о недавно опубликованной планетной системе у звезды EPIC 24758942 (она же LP 358-348):



   Открытие было сделано на 13-ом поле продленной миссии телескопа Кеплер (наблюдалось с 8 марта по 27 мая 2017 года). Звезда новой планетной системы является достаточно изученной. Так для нее в прошлом было сделано несколько измерений лучевой скорости с достаточно высокой точностью:




   Наблюдения Спитцера должны уточнить эфемериды планет, чтобы JWST смог провести в будущем спектроскопию этих планет.

3)   Подготовка Глизе 436b к наблюдениям на JWST (68.8 часов)

   Планета Глизе 436b является уникальной по причине того, что это единственный на сегодняшний день экзонептун с измеренной температурой (через наблюдение вторичного затмения). Более того, возможно, это ближайший (12 парсек) транзитный экзонептун из всех существующих. К настоящему времени Спитцер провел 19 наблюдений вторичных затмений планеты. Эти наблюдения показали, что атмосфера планеты богата металлами и является очень динамичной. В тоже время теоретические модели не могут объяснить наблюдаемый спектр дневной стороны планеты. В связи с этим новые наблюдения на Спитцере должны получить фазовую кривую планеты на длине волны в 3.6 микрон (ранее на этом же космическом телескопе была получена фазовая кривая на длине в 8.0 микрон). Фазовой кривой планеты называется изменение блеска планеты по причине смены её фаз. В результате этого будет получен первый спектр ночной стороны экзонепнута. После этого на JWST будет получен дневной спектр этой планеты, что позволит внести больше ясности в понимание атмосферы планеты.
   Кроме того новые наблюдения Спитцера позволят проверить существование второй транзитной планеты в системе Глизе 436. Предполагаемый размер этой гипотетической планеты меньше размера Земли. Так как планетная система Глизе 436 находится на втором месте по близости к Земле среди всех известных систем с транзитными экзопланетами, то очевидно, что и вторая планета в случае подтверждения также станет идеальной целью для наблюдений на JWST.


4)   Наблюдение вторичного затмения субсатурна KELT-11b (15 часов)

KELT-11b является уникальной экзопланетой, у которой масса меньше массы Сатурна, а радиус больше радиуса Юпитера. Планета обращается вокруг яркого субгиганта, который богат металлами. Наблюдения на Спитцере на длине волны в 4.5 микрон должны обнаружить вторичное затмение планеты. Это позволит определить температуру планеты, а также эксцентриситет её орбиты. Наблюдения на Спитцере дополнят транзитную спектроскопию, которая будет получена с помощью камеры WFC3 телескопа Хаббла. Вероятно, в ближайшем будущем вторичное затмение планеты пронаблюдает и телескоп Хаббл.

5)   Фотометрия рекордно далекого квазара ULAS J1342+0928 с z=7.54 (3.5 часов)

   Недавно стало известно о том, что был побит 6-летний рекорд самого далекого квазара. Высокая светимость квазара говорит о том, что в его центре находится сверхмассивная черная дыра массой около 100 миллионов масс Солнца. Образование такой массивной черной дыры всего через 690 миллионов лет после Большого взрыва доказывает очень бурное формирование первых звезд и галактик во Вселенной. Наблюдения Спитцера дополнят наблюдения других крупнейших телескопов (HST, IRAM/NOEMA, ALMA и т.д.). В будущем рекордный квазар пронаблюдают и на JWST.




   В следующем году запланировано еще более крупное распределение наблюдательного времени на космическом телескопе:



Tags: коричневые карлики, космический телескоп Спитцер, обзор, околоземный астероид, экзопланеты
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 4 comments