Teleskop kosmiczny za jedyne 100 milionów dolarów. Czym będzie Ultrasat?

Obecnie bohaterem prawie wszystkich doniesień dotyczących obserwacji kosmosu z kosmosu, na przykład w kontekście planet pozasłonecznych, jest teleskop Webb. I tak będzie pewnie jeszcze przez kilka lat, zanim na orbitę nie trafi teleskop Nancy Grace Roman. Jest też Hubble, który mimo 33 lat na orbicie wciąż sprawuje się doskonale (na zdjęciu wejściowym widać wykonane przez niego zdjęcie gwiazdy Eta Carinae w ultrafiolecie).

Na tym lista teleskopów kosmicznych się nie kończy, a tym co jest wspólnym mianownikiem każdej z takich misji, jest wysoki koszt zbudowania i umieszczenia na orbicie takiego instrumentu do obserwacji.

Ultrasat, czyli tani teleskop kosmiczny do obserwacji w ultrafiolecie

Sto milionów dolarów to kwota wręcz symboliczna, gdy w tle pada określenie teleskop kosmiczny i to jeszcze przeznaczony do obserwacji w ultrafiolecie. A jednak taki budżet zaplanowany jest przez Instytut naukowy Weizmanna z Izraela, który pracuje nad teleskopem Ultrasat. Ma on trafić na orbitę na przełomie 2025 i 2026 roku.

Ultrasat to teleskop kosmiczny przeznaczony do pracy na orbicie geostacjonarnej, czyli prawie 36 tysięcy kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Dla jego obserwacji w danym momencie, w ciągu minut, dostępne będzie ponad 50% nieba. Zapas paliwa pozwoli na 6 lat funkcjonowania, przy 3 letniej misji podstawowej.

We wspomnianej cenie powstaje teleskop, który wyróżniać będzie się bardzo szerokim polem widzenia, które wyniesie 204 kwadratowe stopnie kątowe. To tyle co około 1000 tarcz Księżyca w pełni. Przestrzeń kosmiczna, w kategoriach odległości, którą będzie mógł przeszukiwać Ultrasat jest 300 razy większa niż dotychczas w przypadku najlepszego w historii teleskopu kosmicznego przeznaczonego do obserwacji w ultrafiolecie, o nazwie GALEX (Galaxy Evolution Explorer, działał od 2003 do 2013 roku).

Ultrasat i jego aparatura

Ultrasat wyposażony będzie w cztery sensory CMOS BSI o rozdzielczości 22,4 Mpix każdy. Rozmiar pojedynczego sensora (jego światłoczułej części) to 4,5 x 4,5 cm. Sensory uczulone będą przede wszystkim na promieniowanie UV o długości od 230 do 290 nm. Układ optyczny ma ogniskową 360 mm, przy świetle f/1.09 i aperturze wejściowej (efektywny rozmiar powierzchni zbierającej światło) 330 mm. Nie jest to więc teleskop duży nawet w porównaniu z amatorskimi konstrukcjami, ale będzie funkcjonował w kosmosie, z dala od Ziemi, a to jest jego ogromną zaletą.

Kolejnym plusem ma być szybka łączność z Ziemią, która pozwoli na przesyłanie niemal w czasie rzeczywistym wyników obserwacji. Alerty związane z wykryciem w danych ciekawych zjawisk, których obserwacje warto kontynuować za pomocą innych teleskopów, mają trafiać do sieci nie później niż 15 minut po dokonaniu przez teleskop obserwacji. No właśnie, obserwacji. A cóż takiego będzie obserwował Ultrasat i po co?

Co będzie obserwował teleskop kosmiczny Ultrasat? Do czego przydadzą się te obserwacje?

Rozdzielczość obserwacji prowadzonych przez Ultrasat wyniesie 5,45 sekundy łuku na piksel. To oznacza, że na przykład tarcza Księżyca sfotografowania tym teleskopem (w praktyce teleskop wyposażono w tubus, który ma między innymi zminimalizować wpływ światła od naszego satelity) miałaby rozmiar około 330 pikseli.

Wydaje się to niewielką rozdzielczością, nawet Hubble w zakresie UV oferuje dużo lepsze parametry, ale nie przeszkodzi to detekcji źródeł światła w ultrafiolecie. I trzeba pamiętać o bardzo szerokim polu widzenia, którego kosztem jest mniejsza efektywna rozdzielczość obserwacji.

Zasięg obserwacji teleskopu kosmicznego Ultrasat mimo niewielkiej 330 mm apertury, będzie porównywalny z możliwościami naziemnego teleskopu klasy 8m w obserwatorium Very C. Rubin.

W przypadku obserwacji w ultrafiolecie obiektów o temperaturze efektywnej powierzchni powyżej 20000 K zasięg teleskopu wyniesie około 22,4 magnitudo.

Obserwacje prowadzone przez Ultrasat klasyfikować należy jako wielkoskalowy przegląd nieba w ultrafiolecie w dziedzinie czasu (time-domain astronomy). Inaczej rzecz ujmując, Ultrasat ma rejestrować zmienność jasności obiektów w UV na całym niebie dzięki częstym i długotrwałym ich obserwacjom.

W ultrafiolecie warto obserwować takie obiekty i zjawiska jak:

• ślady optyczne po zjawiskach zderzeń gwiazd neutronowych lub innych bardzo masywnych obiektów, które są obserwowalne także przez detektory fal grawitacyjnych
• supermasywne gwiazdy na etapie przejścia w supernową w wyniku zapadnięcia się ich jąder (supernowe typu II, Ib i Ic)
• supernowe typu Ia, dla których kluczowe jest odróżnienie źródła zjawiska, czy jest to układ podwójny białych karłów, czy pojedynczy biały karzeł
• eksplozje na powierzchniach gwiazd, które owocują widocznymi flarami, obserwacje około miliona gwiazd posłużyć mają stworzeniu modelu zachowania się takich gwiazd, najlepiej nadających się na macierzyste gwiazdy dla układów planetarnych, szczególnie tych gdzie można szukać śladów biologicznych
• jądra aktywnych galaktyk, w tym centralne czarne dziury i związaną z nimi emisję promieniowania
• zjawiska pływowego rozerwania gwiazd, prowadzące do rozciągnięcia gwiazdy i wciągnięcia jej w dysk akrecyjny wokół supermasywnej czarnej dziury

Ogólnie rzecz ujmując, obserwacje w ultrafiolecie wiążą się z obserwacjami jednych z najbardziej energetycznych zjawisk w naturze. Jeszcze większe energie wiążą się z emisją w promieniowaniu rentgenowskim i gamma, ale tu wymagane są już kompletnie inne konstrukcje teleskopów. Oprócz wspomnianych obiektów i zjawisk, Ultrasat będzie obserwował także wszystkie inne obiekty, takie jak galaktyki, gwiazdy, dla których dodatkowe informacje zebrane w ultrafiolecie będą kluczowe dla wyjaśnienia zachodzących tam zjawisk.

Źródło: inf. własna, arXiv, spacenews, zdjęcie wejsciowe: Hubble / Eta Carinae