טלסקופ החלל הרשל

טלסקופ החלל הרשל
Herschel Space Observatory

שרטוט הטלסקופ
מידע כללי
סוכנות חלל	איס"א
מפעיל	סוכנות החלל האירופית, נאס"א
יצרן	Alcatel Space
תאריך שיגור	14 במאי 2009
משגר	אריאן 5
אתר שיגור	ELA-3
herschel.esac.esa.int
משימה
סוג משימה	טלסקופ חלל בתחום תת-אדום
לוויין של	נקודת לגראנז' L2
מסלול	מסלול ליסאז'ו סביב L2
משך המשימה הכולל	14 במאי 2009 – 17 ביוני 2013 (4 שנים)
משך המשימה	4 שנים
מידע טכני
משקל בשיגור	3,400 ק"ג
משקל	3,400 ק"ג
קוטר מראה	3.5 מטר
אורכי גל	תת-אדום 50 עד 670 מיקרון
קישורים חיצוניים
מספר קטלוג לוויינים	34937
מאגר המידע הלאומי	2009-026A

טלסקופ החלל הרשל (אנגלית: Herschel Space Observatory) הוא טלסקופ חלל של סוכנות החלל האירופאית, שהוצע במקור ב-1982 על ידי קונסורציום של מדענים אירופיים. הטלסקופ נקרא על שם סר ויליאם הרשל, מגלה החלק התת-אדום של הספקטרום האלקטרומגנטי ושל כוכב הלכת אורנוס^[1].

הטלסקופ מצויד במראה בקוטר 3.5 מטר, המכשור המדעי שהוא נושא מורכב ממצלמות וספקטרומטרים שמכסים תחום רחב מאוד של האור בתחום התת-אדום (אורכי גל של כ-50 עד 670 מיקרון) ומיועד לתצפיות בעצמים קרים ומלאי אבק קוסמי, כגון אזורי יצירת כוכבים וענני גז, וכן גלקסיות רחוקות וצעירות ביקום המוקדם.

הטלסקופ שוגר בהצלחה ב-14 במאי 2009, יחד עם טלסקופ החלל פלאנק, ממרכז החלל הגיאני בגיאנה הצרפתית, על גבי טיל אריאן 5. לאחר הגעתו למסלול, סביב נקודת לגראנז' 2 (L2) ולאחר סיום בדיקת תפקוד המערכות, המשימה הוכרזה כפעילה ומבצעית ב-21 ביולי 2009 והחל שלב התצפיות. טלסקופ החלל הרשל פעל 4 שנים, פרק זמן שהוגבל על ידי מלאי ההליום הנוזלי של הטלסקופ. הטלסקופ יצא מכלל שימוש, כצפוי, ב-29 באפריל 2013^[2][3].

המשימה היא פרי יוזמתה של סוכנות החלל האירופית ונבנתה במימונה, אך גם נאס"א שותפה לפרויקט, הן בפיתוח ובניית חלק מהמכשור המדעי והן בניתוח המידע שהתקבל מהטלסקופ.

הטלסקופ היה הגדול ביותר בחלל עד לשיגורו של טלסקופ החלל ג'יימס וב בדצמבר 2021.

בעזרת מכשור מדעי שמכסה תחום רחב מאוד של אורכי גל בתת-אדום הרחוק והתת-מילימטרי, הרשל מסוגל לצפות במגוון גדול של גרמי שמים. שני הסוגים העיקריים היו עצמים קרים שקורנים בעיקר בתת-אדום, כמו ענני גז ואבק קרים, ועצמים רחוקים מאוד ולכן בעלי היסט משמעותי לאדום, כגון גלקסיות צעירות.

למשימה הוגדרו ארבעה תחומי מחקר ראשיים:^[4]

• יצירת גלקסיות ביקום הצעיר ותהליכי התפתחות גלקסיות.
• יצירת כוכבים והשפעת תהליך זה על תווך בין-כוכבי.
• ההרכב הכימי של אטמוספירות ופני השטח של עצמים פלנטריים במערכת השמש.
• כימיה מולקולרית ברחבי היקום.

בתוך מערכת השמש, הרשל התמקד בחקר ירחים, אסטרואידים, שביטים ועצמים מחגורת קייפר. הוא חקר את פני השטח שלהם במטרה לאפיין את הרכבם הכימי או לחפש יסודות ספציפיים, כמו מים. עבור ירחים וגם כוכבי הלכת הרחוקים, וכן חקר את הרכב האטמוספירות שלהם.

ברחבי גלקסיית שביל החלב, צפה הטלסקופ לתוך אזורי יצירת כוכבים וחקר תהליכים שבהם נוצרות מערכות שמש - שלבים ראשוניים בהתפתחות כוכבים והיווצרות כוכבי לכת בדיסקות האבק סביב כוכבים צעירים. כמו כן חקר גם את ענני הגז עצמם - הרכבם הכימי והקינמטיקה שלהם.

מחוץ לגלקסיה, חקר מגוון נושאים ביקום הקרוב והרחוק. בגלקסיות השכנות נלמדו אופן השפעת הסביבה הגלקטית על תהליכי יצירת כוכבים ועל הפיזיקה של תווך בין-כוכבי. ביקום המוקדם יותר, נחקרו היסטוריית יצירת הכוכבים בגלקסיות צעירות ומלאות אבק, במטרה ללמוד על הקשר בין פרצי יצירת כוכבים ביקום המוקדם לבין אופן התפתחות גלקסיות לאורך חייהן. נושא מחקר נוסף היה קרינת רקע בתת-אדום (CIB), שמהווה חלק משמעותי מכלל הקרינה ביקום, אך טרם מובן באופן מספק מה המקורות שיצרו אותה ובאיזה שלב בחיי היקום.

טלסקופ החלל הרשל מורכב משלושה חלקים עיקריים:

• טלסקופ - בעל מראה ראשית של 3.5 מטר, הגדולה ביותר ששוגרה לחלל, עם שטח איסוף של כ-10 מ"ר^[5]. המראה הראשית מרכזת את הקרינה הנאספת על מראה משנית קטנה יותר ומשם על המכשירים המדעיים שבהם הטלסקופ מצויד. המראה עשויה ברובה מסיליקון קרביד. היא הורכבה מ-12 מקטעים שהולחמו יחד ולוטשו לעובי הנדרש (כ-3 מ"מ) ובדיוק גבוה בצורת פני השטח, עם חריגות של פחות ממיקרון.
• קריוסטט - בתוכו נמצא הציוד המדעי של הטלסקופ. זהו מיכל גדול ששומר על המכשור בטמפרטורה נמוכה, ובכך מגן עליו מרעש תרמי שנובע מהסביבה ומאפשר רמת דיוק גבוהה למדידות השונות. מלבד זאת, על מנת למנוע התחממות של הקריוסטט עצמו, צד החללית הפונה לשמש מצופה במראות שמחזירות 98% מאנרגיית השמש. הקרינה מהטלסקופ מרוכזת בשלושה מכשירים עם גלאים שנשמרים בטמפרטורה נמוכה מ-2 מעלות קלווין, כאשר הקירור נעשה באמצעות הליום על-נוזלי. כמות ההליום היא זו שמגבילה את אורך חיי המשימה, בדומה למשימות אחרות בתחום התת-אדום. הרשל צויד במלאי של כ-2,300 ליטר הליום, דבר שאפשר לו לפעול 4 שנים^[6].
• יחידת השירות (SVM) - ממוקמת מתחת ליחידת המטען המדעי ומכילה את שאר המערכות החיוניות לתפקוד החללית: אוויוניקה, בקרת מסלול, תקשורת ואנרגיה. יחידה זו עוצבה במשותף למשימות הרשל ופלאנק, ונבנתה על ידי חברת תאלס אלניה (Thales Alenia).
  • מערכת האנרגיה - תת-יחידה זו מורכבת ממערך סולרי הבנוי מתאים בעלי צומת משולש, סוללה ויחידת בקרת הספק. מטרת יחידת הבקרה היא לעבוד מול תאי המערך, לדאוג למתח בסיס קבוע, לנהל את טעינת ופריקת הסוללה ולחלק את ההספק בין המכשירים השונים.
  • בקרת כיוון ומסלול - הטלסקופ מיוצב בשלושה צירים, כאשר שגיאת הכיוון המוחלטת נדרשת להיות קטנה מ-3.7 שניות קשת. החיישן הראשי של קו הראיה הוא מסוג עוקב כוכבים.

המשימה, ששמה הראשון היה "הטלסקופ לתחומי תת-אדום רחוק ותת-מילימטרי" (FIRST באנגלית), הוא טלסקופ החלל הראשון שמכסה באופן מלא שני תחומים אלה של הספקטרום האלקטרומגנטי^[4].

הרשל נושא שלושה מכשירים שונים^[7], שלכל אחד מהם תפקיד שונה, בין אם בתחום הספקטרום אותו הוא מכסה, ובין אם ברזולוציה או באופן ניתוח הקרינה שהוא מאפשר. שלושת המכשירים נועדו להשלים זה את זה ולספק אוסף כלים שלם לניתוח מקורות קרינה בתחום התת-אדום ביקום, בתחום טמפרטורות רחב.

שלושת הגלאים הם:

• PACS - מצלמה וספקטרומטר ברזולוציה נמוכה שמכסים את תחום אורכי הגל 55 עד 210 מיקרון (באנגלית, ראשי תיבות של Photodetecting Array Camera and Spectrometer). המכשיר מיועד לתצפית בענני גז בהם נוצרים כוכבים ובגלקסיות צעירות. הוא בעל רזולוציה ספקטרלית שנעה בין R=1000 ל-R=5000 ורגישות גבוהה, עם יכולת גילוי אותות חלשים מאוד. למצלמה יכולת ליצור תמונות בשני תחומי תדר בו זמנית - 60–85 או 85–130 וגם 130–210 מיקרון, עם גבול רגישות של מספר מיליאנסקי (מ"י)^[8][9].
• SPIRE - מצלמה וספקטרומטר רזולוציה נמוכה, שמכסים את התחום של 194 עד 672 מיקרון (באנגלית - ראשי תיבות של Spectral and Photometric Imaging Receiver). התחום הגדול של אורכי גל יאפשר לו לחקור את היסטוריית יצירת כוכבים ביקום. רזולוציית הספקטרומטר נעה בתחום של 40-1000 עבור אורך גל של 250 מיקרון^[10]. המצלמה היא בעלת שלושה תחומים שממורכזים סביב 250, 350 ו-500 מיקרון. אב-טיפוס של מכשיר זה הוטס על גבי BLAST - טלסקופ שהורכב על בלון מגביה טוס.
• HIFI - ספקטרומטר ברזולוציה גבוהה (באנגלית, ראשי תיבות של Heterodyne Instrument for the Far Infrared - מכשיר הטרודין בתחום התת-אדום). המכשיר מכסה שני תחומי אורכי גל: 157 עד 212 מיקרון והן 240 עד 625 מיקרון, והוא מבוסס על גלאי הטרודין שמסוגל להפריד קרינה לפי תחום תדר באופן אלקטרוני, מה שנותן לו רזולוציה ספקטרלית של כ-R=10^7[11]. בעזרת מכשיר זה ניתן יהיה לצפות בחומר מולקולרי, ולחקור שביטים, אטמוספירות של כוכבי לכת, יצירת כוכבים והתפתחות גלקסיות.

חלק מרכיבי המכשירים פותחו בשיתוף פעולה עם נאס"א: המעבדה להנעה סילונית פיתחה ובנתה את בולמטרי "כורי עכביש" עבור מכשיר ה-SPIRE, הרגישים פי 40 מהגרסאות הקודמות שלהם, וכן גם רכיבים עבור מכשיר ה-HIFI^[12].

טלסקופ החלל הרשל שוגר ב-14 במאי 2009, על גבי טיל אריאן 5, יחד עם טלסקופ החלל פלאנק. זמן קצר לאחר השיגור הוא החל במסע לעבר נקודת לגראנג' 2 (L2) - נקודה וירטואלית במרחק של כ-1.5 מיליון קילומטר מכדור הארץ, בכיוון המנוגד מהשמש.

המסלול המבצעי של הטלסקופ הוא מסלול ליסאז'ו סביב L2, במרחק ממוצע של 800 אלף קילומטר ממנה. בנקודה זו בחלל, הטלסקופ שומר על מיקום יחסי קבוע ביחס לשמש וכדור הארץ (ואיתו הירח), דבר שמקל על כיוון החללית, הן לצורכי תצפיות ללא הפרעה והן להגנה מקרינה אופטית ותרמית והתחממות יתר. כמו כן, מרחקה מכדור הארץ גדול מספיק כדי להימנע מהשפעת הקרינה בחגורות ואן אלן.

ב-14 ביולי 2009, כאשר הרשל היה קרוב ליעדו, נפתח מכסה הטלסקופ. כעבור חמישה ימים הופצו התמונות הראשונות, שבהן נראית קבוצת הגלקסיות סביב M51‏^[13]. ב-21 ביולי 2009, הוכרז על סיום מוצלח של שלב הבדיקות, והתחיל השלב המבצעי של המשימה.

המשימה פעלה במחזורים של 24 שעות וייצרה תקשורת עם כדור הארץ לפרק זמן של שלוש שעות בכל מחזור, להעברת מידע תצפיתי וכן טלמטריה מהחללית ופיקודים אליה. התחנה הקרקעית הראשית של המשימה היא אנטנה של רשת חלל עמוק של נאס"א באוסטרליה.

מרכז המדע של הרשל, שיושב במרכז לאסטרונומיית חלל של אס"א בספרד, אחראי על הצד המדעי של המשימה. גוף זה אמון על הממשק בין ניהול הטלסקופ וזמן התצפית וכן שמירת והפצת המידע לבין המשתמשים בקהילה המדעית. כשני שלישים מסך זמן התצפית של הטלסקופ היו זמינים לכלל הקהילה המדעית הבינלאומית. שאר הזמן היה מוקדש לחברי קונסורציום המשימה.

• טלסקופ החלל אקארי
• קובי
• IRAS
• טלסקופ החלל שפיצר
• המערך המילימיטרי הגדול באטקמה (ALMA)
• ISO - טלסקופ חלל בתחום התת-אדום ששוגר בסוף שנת 1995 ופעל במשך כשנתיים וחצי
• אודין - לוויין שוודי ששוגר בשנת 2001

מדיה וקבצים בנושא טלסקופ החלל הרשל בוויקישיתוף

• אתר האינטרנט הרשמי של טלסקופ החלל הרשל (באנגלית)
• מידע אודות המשימה באתר של אס"א
• אתר הרשל של נאס"א
• וידאו של אס"א, סרטון באתר יוטיוב
• טלסקופ החלל הרשל, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)