Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Туманность Киля в инфракрасном свете, снятая камерой широкого поля зрения Хаббла 3.

Инфракрасная астрономия - это раздел астрономии и астрофизики , изучающий астрономические объекты, видимые в инфракрасном (ИК) излучении. Длина волны инфракрасного света составляет от 0,75 до 300 микрометров. Инфракрасное излучение находится между видимым излучением в диапазоне от 380 до 750 нанометров и субмиллиметровыми волнами.

Инфракрасная астрономия началась в 1830-х годах, через несколько десятилетий после открытия инфракрасного света Уильямом Гершелем в 1800 году. Ранний прогресс был ограничен, и только в начале 20-го века были сделаны убедительные открытия других астрономических объектов, кроме Солнца и Луны. в инфракрасном свете. После того, как в 1950-х и 1960-х годах был сделан ряд открытий в радиоастрономии , астрономы осознали, что информация доступна за пределами видимого диапазона длин волн, и была создана современная инфракрасная астрономия.

Инфракрасная и оптическая астрономия часто практикуются с использованием одних и тех же телескопов , поскольку одни и те же зеркала или линзы обычно эффективны в диапазоне длин волн, который включает как видимый, так и инфракрасный свет. Оба поля также используют твердотельные детекторы, хотя конкретные типы используемых твердотельных фотодетекторов различаются. Инфракрасный свет на многих длинах волн поглощается водяным паром в атмосфере Земли , поэтому большинство инфракрасных телескопов находятся на большой высоте в сухих местах, над максимально возможной частью атмосферы. В космосе также есть инфракрасные обсерватории, в том числе космический телескоп Спитцера.и Космическая обсерватория Гершеля .

История [ править ]

Новаторский спутник Хаббла в ближней инфракрасной области спектра NICMOS
SOFIA - инфракрасный телескоп в самолете, показанный здесь во время испытаний 2009 года.

Открытие инфракрасного излучения приписывают Уильяму Гершелю, который в 1800 году провел эксперимент, в котором он поместил термометр на солнечный свет разных цветов после того, как он прошел через призму . Он заметил, что повышение температуры, вызванное солнечным светом, было самым высоким за пределами видимого спектра, сразу за пределами красного цвета. То, что повышение температуры было самым высоким в инфракрасных длинах волн, было связано с спектральным откликом призмы, а не со свойствами Солнца, но тот факт, что вообще было какое-либо повышение температуры, побудил Гершеля сделать вывод, что существует невидимое излучение от Солнца. Он назвал это излучение «теплотворными лучами» и показал, что оно может отражаться, проходить и поглощаться так же, как видимый свет. [1]

Высоко на плато Чаджнантор Большая миллиметровая матрица Атакама представляет собой исключительное место для инфракрасной астрономии. [2]

Начиная с 1830-х годов и продолжаясь до XIX века, предпринимались попытки обнаружить инфракрасное излучение от других астрономических источников. Излучение Луны было впервые обнаружено в 1856 году Чарльзом Пиацци Смитом, королевским астрономом Шотландии, во время экспедиции на Тенерифе, чтобы проверить свои идеи об астрономии на вершинах гор. Эрнест Фокс Николс использовал модифицированный радиометр Крукса в попытке обнаружить инфракрасное излучение от Арктура и Веги , но Николс счел результаты неубедительными. Тем не менее, соотношение потоков, которые он сообщил для двух звезд , соответствует современному значению, поэтому Джордж Рикедает Николсу заслугу в первом обнаружении звезды, отличной от нашей, в инфракрасном диапазоне. [3]

Область инфракрасной астрономии продолжала медленно развиваться в начале 20-го века, когда Сет Барнс Николсон и Эдисон Петтит разработали детекторы на термобатареях , способные выполнять точную инфракрасную фотометрию и чувствительные к нескольким сотням звезд. Традиционные астрономы в основном пренебрегали этой областью до 1960-х годов, когда большинство ученых, которые практиковали инфракрасную астрономию, на самом деле были подготовленными физиками . Успех радиоастрономии в 1950-х и 1960-х годах, в сочетании с усовершенствованием технологии инфракрасных детекторов, побудил большее количество астрономов обратить на это внимание, и инфракрасная астрономия прочно вошла в область астрономии. [3] [4]

Введены в эксплуатацию инфракрасные космические телескопы . В 1983 году IRAS провел обзор всего неба. В 1995 году Европейское космическое агентство создало Инфракрасную космическую обсерваторию . В 1998 году на этом спутнике закончился жидкий гелий. Однако до этого он обнаружил протозвезды и воду в нашей Вселенной (даже на Сатурне и Уране). [5]

25 августа 2003 года НАСА запустило космический телескоп Спитцер , ранее известный как Космический инфракрасный телескоп. В 2009 году в телескопе закончился жидкий гелий, и он потерял способность видеть дальнюю инфракрасную область . Он обнаружил звезды, туманность Двойная спираль и свет от внесолнечных планет . Он продолжал работать в диапазонах 3,6 и 4,5 микрометра. С тех пор другие инфракрасные телескопы помогли обнаружить новые формирующиеся звезды, туманности и звездные ясли. Инфракрасные телескопы открыли для нас совершенно новую часть галактики. Они также полезны для наблюдения за очень далекими объектами, такими как квазары.. Квазары удаляются от Земли. Получающееся в результате большое красное смещение делает их трудными целями для оптического телескопа. Инфракрасные телескопы дают о них гораздо больше информации.

В мае 2008 года группа международных инфракрасных астрономов доказала, что межгалактическая пыль сильно уменьшает свет далеких галактик. На самом деле галактики почти в два раза ярче, чем кажутся. Пыль поглощает большую часть видимого света и повторно излучает его как инфракрасный свет. [6]

Современная инфракрасная астрономия [ править ]

Вид туманности Тарантул в инфракрасном свете телескопом Хаббл . [7]

Инфракрасное излучение с длинами волн чуть длиннее видимого света, известное как ближний инфракрасный свет, ведет себя очень похоже на видимый свет и может быть обнаружено с помощью аналогичных твердотельных устройств (из-за этого было обнаружено множество квазаров, звезд и галактик) . По этой причине ближняя инфракрасная область спектра обычно включается как часть «оптического» спектра вместе с ближней ультрафиолетовой. Многие оптические телескопы , например, в обсерватории Кека , эффективно работают как в ближнем инфракрасном, так и в видимом диапазоне длин волн. Дальняя инфракрасная область распространяется до субмиллиметровых длин волн , которые наблюдаются телескопами, такими как телескоп Джеймса Клерка Максвелла в обсерватории Мауна-Кеа .

Художник запечатлел галактику W2246-0526 , единственную галактику, светящуюся в инфракрасном свете так же интенсивно, как 350 триллионов Солнц. [8]

Как и все другие формы электромагнитного излучения , инфракрасное излучение используется астрономами для изучения Вселенной . Действительно, инфракрасные измерения, сделанные астрономическими обзорами 2MASS и WISE , оказались особенно эффективными для выявления ранее неоткрытых звездных скоплений . [9] [10] Примерами таких встроенных звездных скоплений являются FSR 1424, FSR 1432, Camargo 394, Camargo 399, Majaess 30 и Majaess 99. [11] [12] Инфракрасные телескопы, в том числе большинство основных оптических телескопов, а также несколько специализированных инфракрасных телескопов, нуждающихся в охлаждении жидким азотоми защищен от теплых предметов. Причина этого в том, что объекты с температурой в несколько сотен градусов Кельвина излучают большую часть своей тепловой энергии в инфракрасных длинах волн. Если бы инфракрасные детекторы не охлаждались, излучение самого детектора могло бы внести свой вклад в шум, который затмил бы излучение любого небесного источника. Это особенно важно в средней и дальней инфракрасной областях спектра.

Для достижения более высокого углового разрешения некоторые инфракрасные телескопы объединены в астрономические интерферометры . Эффективное разрешение интерферометра определяется расстоянием между телескопами, а не размером отдельных телескопов. При использовании вместе с адаптивной оптикой инфракрасные интерферометры, такие как два 10-метровых телескопа в обсерватории Кек или четыре 8,2-метровых телескопа, составляющих интерферометр очень большого телескопа , могут обеспечить высокое угловое разрешение.

Атмосферные окна в инфракрасном диапазоне.

Основным ограничением инфракрасной чувствительности наземных телескопов является атмосфера Земли. Водяной пар поглощает значительное количество инфракрасного излучения, а сама атмосфера излучает инфракрасные волны. По этой причине большинство инфракрасных телескопов устанавливаются в очень сухих местах на большой высоте, так что они находятся над большей частью водяного пара в атмосфере. Подходящие места на Земле включают обсерваторию Мауна-Кеа на высоте 4205 метров над уровнем моря, обсерваторию Паранал на высоте 2635 метров в Чили и районы высокогорной ледяной пустыни, такие как Купол С в Антарктике . Даже на больших высотах прозрачность атмосферы Земли ограничена, за исключением инфракрасных окон., или длины волн, при которых атмосфера Земли прозрачна. [13] Основные инфракрасные окна перечислены ниже:

СпектрДлина волны
( микрометры )		Астрономические
диапазоны		Телескопы
Ближний инфракрасныйОт 0,65 до 1,0R и I группыВсе основные оптические телескопы
Ближний инфракрасный1,1 к 1,4Группа JБольшинство основных оптических телескопов и большинство специализированных инфракрасных телескопов
Ближний инфракрасныйОт 1,5 до 1,8Группа HБольшинство основных оптических телескопов и большинство специализированных инфракрасных телескопов
Ближний инфракрасныйОт 2,0 до 2,4Группа KБольшинство основных оптических телескопов и большинство специализированных инфракрасных телескопов
Ближний инфракрасныйОт 3,0 до 4,0L группаБольшинство специализированных инфракрасных телескопов и некоторые оптические телескопы
Ближний инфракрасныйОт 4,6 до 5,0Группа MБольшинство специализированных инфракрасных телескопов и некоторые оптические телескопы
Средний инфракрасныйОт 7,5 до 14,5Группа NБольшинство специализированных инфракрасных телескопов и некоторые оптические телескопы
Средний инфракрасный17–25Диапазон QНекоторые специализированные инфракрасные телескопы и некоторые оптические телескопы
Дальний инфракрасныйОт 28 до 40Z группаНекоторые специализированные инфракрасные телескопы и некоторые оптические телескопы
Дальний инфракрасный330–370Некоторые специализированные инфракрасные телескопы и некоторые оптические телескопы
Дальний инфракрасный450субмиллиметрСубмиллиметровые телескопы

Как и в случае телескопов видимого света, космос - идеальное место для инфракрасных телескопов. В космосе изображения с инфракрасных телескопов могут достигать более высокого разрешения, поскольку они не страдают от размытия, вызванного атмосферой Земли, а также от поглощения, вызванного атмосферой Земли. Современные инфракрасные телескопы в космосе включают Космическую обсерваторию Гершеля, Космический телескоп Спитцера и Wide-field Infrared Survey Explorer . Поскольку вывод телескопов на орбиту обходится дорого, существуют также воздушные обсерватории, такие как Стратосферная обсерватория для инфракрасной астрономии и Воздушная обсерватория Койпера.. Эти обсерватории размещают телескопы над большей частью, но не над всей атмосферой, что означает, что инфракрасный свет из космоса поглощается водяным паром в атмосфере.

SOFIA science - выброс остатка сверхновой, производящий планетообразующий материал.

Инфракрасная технология [ править ]

Одна из наиболее распространенных решеток инфракрасных детекторов, используемых в исследовательских телескопах, - это матрицы HgCdTe . Они хорошо работают в диапазоне длин волн от 0,6 до 5 микрометров. Для более длинноволновых наблюдений или более высокой чувствительности могут использоваться другие детекторы, включая другие узкозонные полупроводниковые детекторы, низкотемпературные матрицы болометров или сверхпроводящие туннельные переходы со счетчиком фотонов .

К особым требованиям для инфракрасной астрономии относятся: очень низкие темновые токи, обеспечивающие длительное время интегрирования, связанные схемы считывания с низким уровнем шума и иногда очень большое количество пикселей .

Низкая температура часто достигается за счет охлаждающей жидкости, которая может вытечь. [14] Космические миссии либо закончились, либо перешли к «теплым» наблюдениям, когда запас теплоносителя израсходован. [14] Например, в WISE закончилась охлаждающая жидкость в октябре 2010 года, примерно через десять месяцев после запуска. [14] (См. Также NICMOS , Космический телескоп Спитцера)

Обсерватории [ править ]

Космические обсерватории [ править ]

Многие космические телескопы обнаруживают электромагнитное излучение в диапазоне длин волн, который, по крайней мере, до некоторой степени перекрывается с диапазоном длин волн инфракрасного излучения. Поэтому трудно определить, какие космические телескопы являются инфракрасными телескопами. Здесь определение «инфракрасный космический телескоп» означает космический телескоп, основной задачей которого является обнаружение инфракрасного света.

В космосе работали семь инфракрасных космических телескопов. Они есть:

  • Инфракрасный астрономический спутник (IRAS), работал в 1983 г. (10 месяцев). Совместная миссия США ( НАСА ), Великобритании и Нидерландов.
  • Инфракрасная космическая обсерватория (ИСО), работала в 1995–1998 годах, миссия ЕКА .
  • Midcourse Space Experiment (MSX), работала с 1996 по 1997 год, миссия BMDO .
  • Космический телескоп Спитцера , работал в 2003-2020 годах, миссия НАСА .
  • Акари , работал в 2006-2011 гг., Миссия JAXA .
  • Космическая обсерватория Гершеля , работала в 2009-2013 гг., Миссия ЕКА .
  • Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), работал с 2009 г. в миссии НАСА .

Кроме того, космический телескоп Джеймса Уэбба - это инфракрасный космический телескоп, запуск которого запланирован на 2021 год. Запуск SPHEREx запланирован на 2023 год. НАСА также рассматривает возможность создания широкоугольного инфракрасного обзорного телескопа (WFIRST).

ЕКА разрабатывает собственный спутник ближнего инфракрасного диапазона, спутник Евклид , запуск которого запланирован на 2022 год.

Многие другие небольшие космические миссии и космические детекторы инфракрасного излучения уже работали в космосе. К ним относится инфракрасный телескоп (IRT), который летал с космическим шаттлом .

Субмиллиметровая волна астрономический спутник (SWAS) иногда упоминаются как инфракрасный спутник, хотя это субмиллиметровый спутник.

Инфракрасные инструменты на космических телескопах [ править ]

Для многих космических телескопов только некоторые инструменты могут вести наблюдение в инфракрасном диапазоне. Ниже перечислены некоторые из наиболее известных космических обсерваторий и инструментов:

  • Спутник Cosmic Background Explorer (COBE) (1989-1993 ), прибор для экспериментов с диффузным инфракрасным фоном (DIRBE)
  • Космический телескоп им. Хаббла (1990 г.); прибор для камеры ближнего инфракрасного диапазона и многообъектного спектрометра (NICMOS) (1997-1999, 2002-2008 гг.)
  • Космический телескоп Хаббл (1990-) Камера Wide Field Camera 3 (WFC3) (2009-) наблюдает в инфракрасном диапазоне.

Воздушные обсерватории [ править ]

Для изучения неба в инфракрасном диапазоне использовались три обсерватории, базирующиеся на самолетах (другие самолеты также иногда использовались для проведения исследований космического пространства в инфракрасном диапазоне). Они есть:

  • Обсерватория Галилео , миссия НАСА . Работал в 1965-1973 гг.
  • Воздушная обсерватория Койпера , миссия НАСА . Работал в 1974-1995 гг.
  • СОФИЯ , миссия НАСА - DLR . Работает с 2010 года.

Наземные обсерватории [ править ]

В мире существует множество наземных инфракрасных телескопов. Самые крупные из них:

  • ВИСТА
  • UKIRT
  • IRTF
  • WIRO

См. Также [ править ]

  • Дальняя инфракрасная астрономия
  • ИК-спектроскопия
  • Список крупнейших инфракрасных телескопов
  • Зоопарк Радио Галактика

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Гершель открывает инфракрасный свет" . Крутой Космос. Архивировано из оригинального 25 февраля 2012 года . Проверено 9 апреля 2010 года .
  2. ^ «Первые результаты экспедиции ESO Ultra HD» . Объявление ESO . Проверено 10 мая 2014 .
  3. ^ a b Рике, Джордж Х. (2009). «История инфракрасных телескопов и астрономии». Экспериментальная астрономия . 25 (1–3): 125–141. Bibcode : 2009ExA .... 25..125R . DOI : 10.1007 / s10686-009-9148-7 .
  4. ^ Стекло, Ян С. (1999). Справочник по инфракрасной астрономии . Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета . ISBN 0-521-63311-7.
  5. ^ «Наука в контексте - документ» . link.galegroup.com . Проверено 25 сентября 2017 года .
  6. ^ link.galegroup.com/apps/doc/CV2644300557/SCIC?u=mcc_pv&xid=d1c570e6
  7. ^ «Распутывая паутину космических ползучих существ» . Пресс-релиз ЕКА / Хаббла . Проверено 18 января 2014 года .
  8. ^ "Художественное впечатление о галактике W2246-0526" . Проверено 18 января +2016 .
  9. ^ Froebrich, D .; Scholz, A .; Рафтери, CL (2007). Систематический обзор инфракрасных звездных скоплений с | b | <20 ° с использованием 2MASS , MNRAS, 347, 2
  10. ^ Majaess, D. (2013). Обнаружение протозвезд и их хост-кластеров через WISE , ApSS, 344, 1
  11. ^ Камарго и др. (2015a). Новые галактические встроенные скопления и кандидаты из обзора WISE , New Astronomy, 34.
  12. ^ Камарго и др. (2015b). К переписи антицентровых звездных скоплений Галактики - III. Прослеживание спиральной структуры внешнего диска , MNRAS, 432, 4
  13. ^ "Инфракрасные атмосферные ветровики" . Крутой Космос . Проверено 9 апреля 2009 года .
  14. ^ a b c Вернер, Дебра (5 октября 2010 г.). «Отсрочка в последний момент расширяет миссию WISE» . Космические новости . Проверено 14 января 2014 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Cool Cosmos (сайт образовательных ресурсов Caltech / IPAC IR)
  • Инфракрасный научный архив