Космические телескопы

Телескоп Комптон

Обсерватория Комптон Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) вторая из «Больших обсерваторий» НАСА после телескопа Хаббл. Обсерватория названа в честь Артура Комптона, лауреата нобелевской премии по физике. Обсерватория произведена компанией TRW (сейчас — Нортроп Грумман). Была запущена на космическом челнокеАтлантис 5 апреля 1991 года и работала до 4 июня 2000 года. На то время обсерватория была самой большой полезной нагрузкой (17т), когда либо запущенной космическими челноками (после запуска обсерватории Чандра с разгонным блоком, 22,7 тонн, рекорд перешел к ней).

После выхода из строя одного из гироскопов обсерватории, спутник был сведен с орбиты. Несмотря на то, что инструменты обсерватории работали в полностью штатном режиме, отказ еще одного гироскопа спутника мог привести к тому, что его последующих свод с орбиты был бы значительно усложнен и мог быть опасен. После обсуждений вНАСА было решено, что в интересах безопасности лучше свести спутник с орбиты в контролируемом режиме, чем позволить ему в дальнейшем упасть бесконтрольно. Спутник вошел в плотные слои атмосферы 4 июня 2000 года. Остатки спутника, не сгоревшие в атмосфере упали в Тихий океан.

Обсерватория Комптон несла 4 основных инструмента, совместно покрывающих энергетический диапазон от 20 кэВ до 30 ГэВ.

BATSE
Инструмент для исследования вспышечных и транзиентных событий Burst and Transient Source Experiment, (BATSE) произведенный в Космическом центре имени Маршалла (НАСА) был предназначен для обнаружения коротких всплесков (например, гамма всплесков), а также имел возможность проводить обзоры всего неба. Инструмент состоял из 8 идентичных модулей LAD (Large Area Detector), размещенных на углах обсерватории. Каждый модуль представлял собой кристалл NaI(Tl) диаметром 50,48 см и толщиной 1,257 см с рабочим энергетическим диапазоном 20 кэВ — 2 МэВ, и кристалл NaI диаметром 12,7 см толщиной 7,62 см с расширенным энергетическим диапазоном до 8 МэВ. Все кристаллы были окружены пластиковым сцинтиллятором, формировавшим антисовпадательную защиту детекторов от заряженных частиц космических лучей и заряженных частиц радиационных поясов Земли. Резкое увеличении скорости счета детекторов инициировало запись показаний детектора с увеличенным временным разрешением, что в дальнейшим позволяло анализировать кривые блеска всплесков. Типичная частота регистрации всплесков инструментом BATSE — примерно один в день.

OSSE
Направленный сцинтилляционный спектрометр Oriented Scintillation Spectrometer Experiment, (OSSE), произведенный в Исследовательской лаборатории ВМФ США (Naval Research Laboratory) регистрировал гамма лучи, попадающие в поле зрения спектрометра, ограниченное коллиматором размером 3,8° x 11,4° FWHM. Детекторы представляли собой толстые сцинтиляционные кристаллы NaI(Tl) диаметром 30,3 см и толщиной 10,2 см, оптически сопряженные с толстым кристаллом CsI(Na) толщиной 76,2 мм, работающими по принципу приборов фосвич (Phoswich), то есть с отделением быстрых (~0,25 мксек) событий, происошедших в кристалле NaI, от медленных (~1мксек), произошедших в кристалле CsI(Na). Таким образом кристалл CsI(Na) служил эффективой антисовпадательной защитой от событий, пришедших не через поле зрения инструмента. Также антисовпадательной защитой и служил кристалл CsI(Na) цилиндрической формы, окружающий центральный детектор с боковых сторон. Коллиматор из вольфрамовых пластин располагался в стакане из кристалла CsI(Na) антисовпадательной защиты. Четыре детектора инструмента работали попарно, попеременно чередуя наблюдения источника и фоновой площадки для лучшего учета инструментального фона детекторов.

COMPTEL
Комптоновский телескоп Imaging Compton Telescope, (COMPTEL) произведенный в Институте внеземной физики общества им. Макса Планка (Германия), Университетом Нью-Хемпшира, Институтом космических исследований Нидерландов и Астрофизическим департаментом ЕКА был предназначен для определения направления прихода фотонов в диапазоне 0,75-30 МэВ с точностью около градуса. Поле зрения прибора составляло около одного стерадиана. Для регистрации реальных гамма фотонов прибору было необходимо срабатывание одновременно в двух сцинтилляторах, верхнем и нижнем. Гамма лучи, рассеянные на верхнем сцинтилляторе, оставив в нем энергию E1, поглощался в нижнем сцинтилляторе, оставляя в нем энергию E2. Зная эти две величины, E1 , E2, можно было определить полную энергию пришедшего гамма-кванта и угол Комптоновского рассеяния θ. Измеряя положения на детекторах, в которых были зарегистрированы события, инициированные пришедшим гамма-квантом, можно было определить кольцо направлений на небе, из которого пришло зарегистрированное событие. Ввиду требования практически строгого совпадения времен регистрации событий в двух детекторах (с задержкой всего в наносекунды) большая часть фоновых событий в детекторе эффективно подавлялась. Анализируя большое количество событий с информацией о «кольцах» прихода фотонов, можно было восстанавливать карту неба с угловым разрешением около одного градуса.

EGRET
Гамма телескоп высоких энергий Energetic Gamma Ray Experiment Telescope, (EGRET) регистрировал гамма лучи в диапазоне от 20 МэВ до 30 ГэВ с угловым разрешением в доли градуса и энергетическим разрешением в 15 %. Прибор был разработан в Центре космических полетов имени Годдарда (США), Институте внеземной физики общества им. Макса Планка (Германия) и Стэнфордском университете. Детектор работал на принципе регистрации электрон-позитронных пар, рождаемых при прохождении через объем детектора гамма лучей высоких энергий. В детекторе измерялись траектории вторичных электронов и позитронов и их полные энергии, что позволяло затем восстанавливать информацию о направлении пришедшего гамма-кванта и эго энергии.

^{Вывод обсерватории Комптон на орбиту космическим челноком Алтантис}

Результаты работы:
• Телескоп EGRET получил высококачественную карту неба в гамма лучах выше 100 МэВ. Качество данных телескопа EGRET было превзойдено только обсерваторией Fermi, запущенной в 2008 году. За четыре года работы инструмента EGRET был обнаружен 271 источник, из которых природу 170 установить не удалось.
• Телескоп COMPTEL впервые получил карту галактики в линии излучения радиоактовного алюминия Al26, образующегося при взрывах сверхновых.
При помощи инструмента OSSE были получены самые лучшие на сегодняшний день спектры различных галактических и внегалактических источников в энергетическом диапазоне до 1 МэВ.
• Инструмент BATSE обнаружил более 3000 гамма всплесков (самый большой набор гамма всплесков до настоящего времени), что впервые позволило провести ряд важных статистических исследований гамма всплесков. Среди прочего удалось показать, что пространственное распределение гамма всплесков очень однородно на небе и они делятся на два больших семейства, со средней длительностью менее и более 2 секунд. Согласно современным представлениям разделение по длительности гамма всплсков связано с различием в природе астрофизических объектов, взрывы в которых приводят к гамма всплескам (слияние двойных черных дыр или нейтронных звезд и коллапс массивной звезды)При помощи инструмента BATSE был проведен наилучший на настоящий момент мониторинг рентгеновских пульсаров, позволивший провести ряд важных тестов различных астрофизических моделей аккрецирующих нейтронных звёзд.Открыты короткие гамма всплески от грозовых облаков в земной атмосфере.