50 jaar geleden legde Copernicus van NASA de lat voor ruimteastronomie

[univers]

Illustratie van Copernicus in een baan om de aarde. Krediet: NASA

Op 21 augustus 1972 om 06:28 uur EDT verlichtte NASA's Copernicus-satelliet, de zwaarste en meest complexe ruimtetelescoop van zijn tijd, de lucht terwijl hij opsteeg in een baan vanaf lanceercomplex 36B bij wat nu Cape Canaveral Space Force Station is , Florida.

Aanvankelijk bekend als Orbiting Astronomical Observatory (OAO) C, werd het OAO 3 ooit in een baan om de aarde in de mode van die tijd. Maar het werd ook hernoemd ter ere van de 500e verjaardag van de geboorte van Nicolaus Copernicus (1473-1543). De Poolse astronoom formuleerde een model van het zonnestelsel met de zon in het midden in plaats van de aarde, waarmee hij brak met 1300 jaar traditie en een wetenschappelijke revolutie teweegbracht.


Bekijk: Dit vintage segment over Copernicus komt uit een editie uit 1973 van 'The Science Report', een langlopende filmserie geproduceerd door het US Information Agency.
Krediet: Nationaal Archief (306-SR-138B)

Uitgerust met de grootste ultraviolette telescoop die ooit in een baan om de aarde cirkelde, evenals vier co-uitgelijnde röntgeninstrumenten, was Copernicus misschien wel NASA's eerste toegewijde astronomie-observatorium met meerdere golflengten. Dit maakt het een voorloper van het bedienen van satellieten zoals NASA's Neil Gehrels Swift Observatory , dat de lucht bekijkt in zichtbaar, ultraviolet en röntgenlicht.

Leren om een ​​telescoop in een baan om een ​​ster lang genoeg te richten en vast te houden zodat de detectoren het licht konden opvangen, bleek veel moeilijker dan verwacht. Satellieten die destijds waren ontworpen om de zon te bestuderen, hadden een ingebouwd voordeel: ze waren gericht op het helderste object van het zonnestelsel. Copernicus vloog met een nieuwe inertial reference unit (IRU) ontwikkeld door het Massachusetts Institute of Technology . Gyroscopen in de IRU versnelden het proces van het detecteren van doelen, terwijl andere systemen de satelliet op slot hielden. In een studie van de eerste 500 dagen van de missie vatte een ingenieur het samen door op te merken dat de IRU het vliegen met Copernicus "een saaie operatie" had gemaakt.

In de vroege dagen van NASA benadrukten astronomen de noodzaak van ultraviolet (UV)-onderzoek, dat niet vanaf de grond kon worden gemaakt, en dit werd de primaire focus van het OAO-programma. Van de vier gelanceerde satellieten faalde er één na drie dagen in de ruimte, en een andere bereikte helemaal geen baan. OAO 2, gelanceerd in 1968 en genaamd Stargazer , leverde jarenlange waarnemingen op, waaronder stellaire spectra met een lage resolutie, die golflengten verspreidden die vergelijkbaar waren met een regenboog om de UV-vingerafdrukken van specifieke moleculen en atomen te onthullen. Copernicus ging nog dieper en legde spectra vast met tot 200 keer betere details in sommige golflengten.

"Deze missie verkreeg spectra met hoge resolutie van veel sterren in de UV en leverde informatie op de kortste golflengten die gedurende vele jaren werden bereikt", schreef Nancy Grace Roman, het eerste hoofd van de astronomie in het Office of Space Science op het NASA-hoofdkwartier, Washington, en de programmawetenschapper voor Copernicus. Tijdens de missie werd Roman een van de drijvende krachten achter het Large Space Telescope-project, nu bekend als NASA's Hubble Space Telescope . Ze is ook de naamgenoot van NASA's Roman Space Telescope , die naar verwachting over een paar jaar zal vliegen.


Het in een baan om de aarde draaiende Astronomical Observatory C – Copernicus genaamd – staat in de Hangar AE cleanroom op Cape Canaveral Air Force Station, Florida, na de montage van zijn stationaire zonnepanelen. Copernicus was het enige lid van de serie met de grote cilindrische structuren aan de bovenkant van het ruimtevaartuig, waardoor strooilicht de instrumenten niet kon bereiken.
Krediet: NASA

Het primaire instrument aan boord van Copernicus was het Princeton Experiment Package, dat UV-licht vastlegde met behulp van een 32-inch (0,8 meter) spiegel, ongeveer een derde zo groot als die van Hubble. Onder leiding van Lyman Spitzer Jr. aan de Princeton University in New Jersey produceerde het instrument een schat aan informatie over interstellair gas en de geïoniseerde uitstroom van hete sterren. Het eerste doelwit, een ster genaamd Zeta Ophiuchi die gedeeltelijk wordt versluierd door een interstellaire wolk, vertoonde sterke absorptie door waterstofmoleculen. Metingen van tientallen andere sterren bevestigden een theorie die voorspelde dat de meeste waterstof in gaswolken in deze vorm bestond.

In 1946 begon Spitzer te speculeren over het soort wetenschap dat mogelijk zou kunnen zijn met een grote telescoop in een baan om de aarde, en werd later de katalysator voor de ontwikkeling van Hubble . NASA's Spitzer Space Telescope , die van 2003 tot 2020 werkte en onder meer de koude wolken verkende waar sterren worden geboren, werd naar hem vernoemd.

Op het moment dat NASA instrumentvoorstellen voor Copernicus overwoog, was bekend dat slechts één hemellichaam, de zon, röntgenstraling uitstraalde. Dat veranderde in 1962. Vliegend met nieuwe röntgendetectoren op een suborbitale raket, ontdekte een onderzoeksteam onder leiding van Riccardo Giacconi van American Science and Engineering Inc., toen in Cambridge, Massachusetts, de eerste röntgenbron buiten het zonnestelsel , genaamd Scorpius X-1. Extra vluchten brachten meer kosmische bronnen aan het licht, waaronder Cygnus X-1, waarvan lang werd vermoed en nu bekend is dat het een stellair zwart gat herbergt .

Met deze doorbraak stelde Giaconni de eerste satelliet voor die zich toelegt op het in kaart brengen van de röntgenhemel. De Uhuru-satelliet van NASA , gelanceerd in 1970 en drie jaar actief, bracht meer dan 300 bronnen in kaart, toonde aan dat veel neutronensterren of zwarte gaten zijn die worden gevoed door gas dat stroomde van stellaire metgezellen, en ontdekte röntgenstralen van het hete gas in clusters van sterrenstelsels. Giaconni zou doorgaan met het voorstellen van krachtigere röntgensatellieten - NASA's Einstein Observatory , dat actief was van 1978 tot 1981, en NASA's huidige vlaggenschip voor röntgenstraling, het Chandra X-ray Observatory , gelanceerd in 1999.


De hete, jonge ster Zeta Ophiuchi is hier te zien in infrarood (groen en rood) en röntgenlicht (blauw) van de ruimtetelescopen Spitzer en Chandra van NASA. De ster wordt gedeeltelijk versluierd door een interstellaire wolk. De stellaire uitstroom en beweging door de ruimte vormen samen de rode en groene schokgolf. Copernicus mat het ultraviolette licht van de ster en vond bewijs dat het meeste interstellaire gas in de vorm van moleculaire waterstof komt.
Credit: Röntgenfoto: NASA/CXC/Dublin Inst. Gevorderde studies/S. Groen et al.; Infrarood: NASA/JPL/Spitzer

Het röntgenexperiment aan boord van Copernicus werd geleid door Robert Boyd van University College London, en de drie telescopen stonden voor grote uitdagingen. Detectoren met een langere golflengte werden overspoeld door een onverwacht hoog niveau van achtergrondstraling. Het bleek afkomstig te zijn van een enorme komeetvormige wolk van waterstofatomen rond de aarde, de geocorona genaamd , die ver-ultraviolet zonlicht verstrooit. Latere instrumenten voegden een filter toe dat is afgestemd om de UV te absorberen, maar röntgenstralen door te laten.

In juni 1973 merkten wetenschappers van Goddard een probleem op met een sluiter in de röntgentelescopen. Het apparaat werd gebruikt om periodiek te voorkomen dat röntgenstralen de detector bereiken, zodat wetenschappers de veranderende achtergrondstraling van geladen deeltjes in verschillende delen van de baan konden volgen. Nu was de werking aarzelend geworden. Bezorgd dat het rolluik permanent in de gesloten stand zou blijven staan, had het instrumententeam besloten het niet meer te gebruiken. Maar een laatste commando kwam erdoor - en de plakkerige sluiter bleef gesloten, waardoor de instrumenten verblind werden.

Een vierde detector die niet aan een telescoop was bevestigd, bleef tijdens de missie werken. Deze röntgenteller meet straling van 1 tot 3 angstrom over een breed gezichtsveld - 2,5 bij 3,5 graden, ongeveer 40 keer het schijnbare gebied van een volle maan.

Het röntgenexperiment ontdekte verschillende pulsars met een lange periode, waaronder X Persei. Pulsars - typisch draaiende neutronensterren - zwaaien een stralingsbundel in onze richting elke keer dat ze roteren, meestal met tien tot duizenden keren per seconde. Vreemd genoeg duurt de X Persei pulsar een ontspannen 14 minuten per draai.

Copernicus voerde lange-termijn monitoring uit van pulsars en andere heldere bronnen, en observeerde Nova Cygni 1975, een explosie op de witte dwerg in een nauw binair systeem. Het experiment ontdekte merkwaardige dalingen in de röntgenabsorptie bij Cygnus X-1, waarschijnlijk veroorzaakt door koele, dichte klonten in het gas dat van de ster wegstroomt. En de satelliet nam wisselende röntgenstralen op van het door een zwart gat aangedreven sterrenstelsel Centaurus A , dat zich op ongeveer 12 miljoen lichtjaar afstand bevindt.


Deze illustratie uit het midden van de jaren 60 toont een astronaut die een toekomstige OAO-satelliet onderhoudt. Astronauten voerden orbitale reparaties uit aan Skylab, het eerste ruimtestation van NASA, in 1973 en aan de Solar Maximum Mission-satelliet in 1984. Maar de hier geïllustreerde visie vond zijn uiteindelijke realisatie met de vijf succesvolle missies om NASA's Hubble-ruimtetelescoop van 1993 tot 2009 te onderhouden en te upgraden .
Krediet: NASA

Copernicus gaf 8,5 jaar lang UV- en röntgenwaarnemingen terug voordat het in 1981 met pensioen ging, en het draait nog steeds om de aarde. Het verliet het middelpunt van de ruimteastronomie toen meer geavanceerde observatoria verschenen, met name Einstein en de International Ultraviolet Explorer , die in 1978 werd gelanceerd en bijna 19 jaar in bedrijf was. Copernicus-waarnemingen verschijnen in meer dan 650 wetenschappelijke artikelen. De instrumenten bestudeerden zo'n 450 unieke objecten die het doelwit waren van meer dan 160 onderzoekers in de Verenigde Staten en 13 andere landen.

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... -astronomy