ინფრაწითელი ასტრონომია

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

         ინფრაწითელი ასტრონომია

                          გემის ხერხემლის თანავარსკლავედში ნისლეული ინფაწიტელ დიაპაზონში

ინფრაწითელი ასტრონომია არის ასტრონომიისა და ასტროფიზიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ინფრაწითელ (IR) გამოსხივებაში ხილულ კოსმოსურ ობიექტებს. ინფრაწითელი გამოსხივება ეხება ელექტრომაგნიტურ ტალღებს ტალღის სიგრძით 0,74-დან 2000 მიკრონიმდე. ინფრაწითელი გამოსხივება არის ხილულ გამოსხივებას შორის, რომლის ტალღის სიგრძე 380-დან 750 ნანომეტრამდე მერყეობს და ქვემილიმეტრულ გამოსხივებას შორის.

ისტორია - ინფრაწითელი გამოსხივების აღმოჩენას მიეწერება უილიამ ჰერშელი, რომელმაც ჩაატარა ექსპერიმენტი 1800 წელს, სადაც მან მოათავსა თერმომეტრი სხვადასხვა ფერის მზის შუქზე პრიზმაში გავლის შემდეგ. მან შენიშნა, რომ მზის შუქით გამოწვეული ტემპერატურის მატება ყველაზე მაღალი იყო ხილული სპექტრის გარეთ, წითელი ფერის მიღმა. ის რომ ტემპერატურის მატება ყველაზე მაღალი იყო ინფრაწითელ ტალღის სიგრძეზე, განპირობებული იყო პრიზმის სპექტრული რეაქციით და არა მზის თვისებებით, მაგრამ ის ფაქტი, რომ ტემპერატურის მატება საერთოდ იყო, აიძულა ჰერშელი დაესკვნა, რომ იყო მზის უხილავი გამოსხივება. მან ამ გამოსხივებას "კალორიული სხივები" უწოდა და აჩვენა, რომ მისი ასახვა, გადაცემა და შთანთქმა შეიძლებოდა ისევე, როგორც ხილული შუქი.

ჰაბლის ინოვაციური ინფრაწითელი NICMOS

1830-იანი წლებიდან დაწყებული და მე-19 საუკუნემდე გაგრძელდა ძალისხმევა სხვა ასტრონომიული წყაროებიდან ინფრაწითელი გამოსხივების გამოსავლენად. მთვარის გამოსხივება პირველად 1856 წელს აღმოაჩინა ჩარლზ პიაცის სმითმა, შოტლანდიის სამეფო ასტრონომმა, ტენერიფეში ექსპედიციის დროს, რათა შეემოწმებინა მისი იდეები მთის მწვერვალზე ასტრონომიის შესახებ. ერნესტ ფოქს ნიკოლსმა გამოიყენა მოდიფიცირებული Crookes რადიომეტრი, რათა დაედგინა ინფრაწითელი გამოსხივება Arcturus-დან და Vega-დან, მაგრამ ნიკოლსმა მიიჩნია, რომ შედეგები არადამაჯერებელი იყო. მიუხედავად ამისა, ნაკადის თანაფარდობა, რომელიც მან მოახსენა ორ ვარსკვლავს, შეესაბამება თანამედროვე მნიშვნელობას, ამიტომ ჯორჯ რიკე ანიჭებს ნიკოლს კრედიტს ინფრაწითელში ჩვენი ვარსკვლავის პირველი აღმოჩენისთვის.

ჩაჯნატორის პლატოზე მაღლა, ატაკამას დიდი მილიმეტრიანი მასივი არაჩვეულებრივ ადგილს წარმოადგენს ინფრაწითელი ასტრონომიისთვის.

ინფრაწითელი ასტრონომიის სფერო ნელ-ნელა განვითარდა მე-20 საუკუნის დასაწყისში, როდესაც სეთ ბარნს ნიკოლსონმა და ედისონ პეტიტმა შეიმუშავეს თერმოპილის დეტექტორები, რომლებსაც შეუძლიათ ზუსტი ინფრაწითელი ფოტომეტრია და მგრძნობიარე რამდენიმე ასეული ვარსკვლავის მიმართ. ეს სფერო ძირითადად უგულებელყოფილი იყო ტრადიციული ასტრონომების მიერ 1960-იან წლებამდე, მეცნიერთა უმეტესობა, რომლებიც ინფრაწითელ ასტრონომიას ასრულებდნენ, რეალურად გაწვრთნილი ფიზიკოსები იყვნენ. რადიო ასტრონომიის წარმატებამ 1950-იან და 1960-იან წლებში, ინფრაწითელი დეტექტორის ტექნოლოგიის გაუმჯობესებასთან ერთად, აიძულა მეტი ასტრონომი მიექცია ყურადღება და ინფრაწითელი ასტრონომია კარგად ჩამოყალიბდა, როგორც ასტრონომიის ქვედარგი.

SOFIA არის ინფრაწითელი ტელესკოპი თვითმფრინავში, რომელიც ნაჩვენებია აქ 2009 წლის ტესტში

ინფრაწითელი კოსმოსური ტელესკოპები შევიდა სამსახურში. 1983 წელს IRAS-მა ჩაატარა გამოკითხვა მთელ ცაში. 1995 წელს ევროპის კოსმოსურმა სააგენტომ შექმნა ინფრაწითელი კოსმოსური ობსერვატორია. სანამ ამ თანამგზავრს ამოიწურებოდა თხევადი ჰელიუმი 1998 წელს, მან აღმოაჩინა პროტოვარსკვლავები და წყალი ჩვენს სამყაროში (თუნდაც სატურნზე და ურანზე).

2003 წლის 25 აგვისტოს ნასამ გაუშვა სპიცერის კოსმოსური ტელესკოპი, ადრე ცნობილი როგორც კოსმოსური ინფრაწითელი ტელესკოპის ობიექტი. 2009 წელს ტელესკოპს ამოიწურა თხევადი ჰელიუმი და დაკარგა შორს ინფრაწითელი ნახვის უნარი. მან აღმოაჩინა ვარსკვლავები, ორმაგი სპირალის ნისლეული და მზის ექსტრასოლარული პლანეტების სინათლე. მან განაგრძო მუშაობა 3.6 და 4.5 მიკრომეტრიანი ზოლებით. მას შემდეგ სხვა ინფრაწითელი ტელესკოპები დაეხმარნენ ახალი ვარსკვლავების, ნისლეულების და ვარსკვლავური ბაღების პოვნაში. ინფრაწითელმა ტელესკოპებმა გალაქტიკის სრულიად ახალი ნაწილი გახსნეს ჩვენთვის. ისინი ასევე სასარგებლოა უკიდურესად შორეულ საგნებზე დასაკვირვებლად, როგორიცაა კვაზარები. კვაზარები დედამიწას შორდებიან. შედეგად მიღებული დიდი წითელი გადაადგილება მათ რთულ სამიზნეებად აქცევს ოპტიკური ტელესკოპით. ინფრაწითელი ტელესკოპები მათ შესახებ ბევრად მეტ ინფორმაციას გვაწვდიან.

2008 წლის მაისში, საერთაშორისო ინფრაწითელი ასტრონომების ჯგუფმა დაამტკიცა, რომ გალაქტიკათშორისი მტვერი მნიშვნელოვნად ანელებს შორეული გალაქტიკების შუქს. სინამდვილეში, გალაქტიკები თითქმის ორჯერ უფრო კაშკაშაა, ვიდრე ერთი შეხედვით ჩანს. მტვერი შთანთქავს ხილული სინათლის დიდ ნაწილს და ხელახლა ასხივებს მას ინფრაწითელ შუქად.

თანამედროვე ინფრაწითელი ასტრონომია

ჰაბლის ინფრაწითელი ხედი ტარანტულის ნისლეულზე.

ინფრაწითელი გამოსხივება ხილულ სინათლეზე მხოლოდ ტალღის სიგრძით, რომელიც ცნობილია როგორც ახლო ინფრაწითელი, იქცევა ხილული სინათლის მსგავსად და შეიძლება აღმოჩენილი იყოს მსგავსი მყარი მდგომარეობის მოწყობილობების გამოყენებით (ამის გამო, აღმოაჩინეს მრავალი კვაზარი, ვარსკვლავი და გალაქტიკა). ამ მიზეზით, სპექტრის ახლო ინფრაწითელი რეგიონი ჩვეულებრივ შედის "ოპტიკური" სპექტრის ნაწილად, ახლო ულტრაიისფერთან ერთად. ბევრი ოპტიკური ტელესკოპი, როგორიცაა კეკის ობსერვატორია, ეფექტურად მუშაობს როგორც ახლო ინფრაწითელ, ასევე ხილულ ტალღის სიგრძეზე. შორეული ინფრაწითელი ვრცელდება სუბმილიმეტრულ ტალღის სიგრძემდე, რომელსაც აკვირდებიან ტელესკოპები, როგორიცაა ჯეიმს კლერკ მაქსველის ტელესკოპი მაუნა კეას ობსერვატორიაში.

მხატვრის შთაბეჭდილება გალაქტიკაზე W2246-0526, ერთი გალაქტიკა, რომელიც ანათებს ინფრაწითელ შუქზე ისეთივე ინტენსიურად, როგორც 350 ტრილიონი მზე.

ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ყველა სხვა ფორმის მსგავსად, ინფრაწითელი ასტრონომები გამოიყენება სამყაროს შესასწავლად. მართლაც, 2MASS და WISE ასტრონომიული კვლევების მიერ ჩატარებული ინფრაწითელი გაზომვები განსაკუთრებით ეფექტური იყო ადრე აღმოჩენილი ვარსკვლავური გროვების გამოსავლენად. ასეთი ჩაშენებული ვარსკვლავური გროვების მაგალითებია FSR 1424, FSR 1432, Camargo 394, Camargo 399, Majaess 30 და Majaess 99. ინფრაწითელი ტელესკოპები, რომლებიც მოიცავს უდიდეს ოპტიკურ ტელესკოპებს, ისევე როგორც რამდენიმე სპეციალურ ინფრაწითელ ტელესკოპს, უნდა გაცივდეს თხევადი აზოტით და დაცული იყოს თბილი ობიექტებისგან. ამის მიზეზი ის არის, რომ რამდენიმე ასეული კელვინის ტემპერატურის მქონე ობიექტები ასხივებენ თავიანთი თერმული ენერგიის უმეტეს ნაწილს ინფრაწითელ ტალღის სიგრძეზე. თუ ინფრაწითელი დეტექტორები გაცივებული არ იქნებოდნენ, თავად დეტექტორის გამოსხივება ხელს შეუწყობდა ხმაურს, რომელიც ჯუჯა გამოსხივებას ნებისმიერი ციური წყაროდან. ეს განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია სპექტრის შუა და შორს ინფრაწითელ რეგიონებში.

უფრო მაღალი კუთხური გარჩევადობის მისაღწევად, ზოგიერთი ინფრაწითელი ტელესკოპი გაერთიანებულია ასტრონომიული ინტერფერომეტრების შესაქმნელად. ინტერფერომეტრის ეფექტური გარჩევადობა განისაზღვრება ტელესკოპებს შორის მანძილით და არა ცალკეული ტელესკოპების ზომით. ადაპტირებულ ოპტიკასთან ერთად გამოყენებისას, ინფრაწითელ ინტერფერომეტრებს, როგორიცაა ორი 10 მეტრიანი ტელესკოპი კეკის ობსერვატორიაში ან ოთხი 8,2 მეტრიანი ტელესკოპი, რომლებიც ქმნიან ძალიან დიდ ტელესკოპის ინტერფერომეტრს, შეუძლიათ მიაღწიონ მაღალ კუთხის გარჩევადობას.

ატმოსფერული ფანჯრები ინფრაწითელში.

სახმელეთო ტელესკოპების ინფრაწითელი მგრძნობელობის ძირითადი შეზღუდვა არის დედამიწის ატმოსფერო. წყლის ორთქლი შთანთქავს ინფრაწითელ გამოსხივების მნიშვნელოვან რაოდენობას და თავად ატმოსფერო ასხივებს ინფრაწითელ ტალღის სიგრძეებს. ამ მიზეზით, ინფრაწითელი ტელესკოპების უმეტესობა აშენებულია ძალიან მშრალ ადგილებში მაღალ სიმაღლეზე, ისე რომ ისინი ატმოსფეროში წყლის ორთქლის უმეტეს ნაწილზე მაღლა დგანან. დედამიწაზე შესაფერისი ადგილებია მაუნა კეას ობსერვატორია ზღვის დონიდან 4205 მეტრზე, პარანალის ობსერვატორია 2635 მეტრზე ჩილეში და მაღალი სიმაღლის ყინულის უდაბნოს რეგიონები, როგორიცაა გუმბათი C ანტარქტიდაში. მაღალ სიმაღლეებზეც კი, დედამიწის ატმოსფეროს გამჭვირვალობა შეზღუდულია, გარდა ინფრაწითელი ფანჯრებისა, ან ტალღის სიგრძისა, სადაც დედამიწის ატმოსფერო გამჭვირვალეა. ძირითადი ინფრაწითელი ფანჯრები 

როგორც ხილული სინათლის ტელესკოპების შემთხვევაში, სივრცე იდეალური ადგილია ინფრაწითელი ტელესკოპებისთვის. კოსმოსურ ტელესკოპებს შეუძლიათ მიაღწიონ უფრო მაღალ გარჩევადობას, რადგან ისინი არ განიცდიან დედამიწის ატმოსფეროს მიერ გამოწვეულ დაბინდვას და ასევე არ არიან დედამიწის ატმოსფეროს მიერ გამოწვეული ინფრაწითელი შთანთქმისგან. კოსმოსში არსებული ინფრაწითელი ტელესკოპები მოიცავს ჰერშელის კოსმოსურ ობსერვატორიას, სპიცერის კოსმოსურ ტელესკოპს, ფართო ველის ინფრაწითელ გამოკვლევის მკვლევარს და ჯეიმს ვების კოსმოსურ ტელესკოპს. იმის გამო, რომ ორბიტაზე ტელესკოპების მოთავსება ძვირია, არსებობს ასევე საჰაერო ობსერვატორიები, როგორიცაა ინფრაწითელი ასტრონომიის სტრატოსფერული ობსერვატორია და კუიპერის საჰაერო ხომალდის ობსერვატორია. ეს ობსერვატორიები დაფრინავენ ატმოსფეროს უმეტესობას, მაგრამ არა ყველა, და წყლის ორთქლი ატმოსფეროში შთანთქავს ინფრაწითელ სინათლეს კოსმოსიდან.

SOFIA მეცნიერება — სუპერნოვას ნარჩენი ამოფრქვევა, რომელიც აწარმოებს პლანეტის წარმომქმნელ მასალას.

ინფრაწითელი ტექნოლოგია

ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ინფრაწითელი დეტექტორის მასივი, რომელიც გამოიყენება კვლევის ტელესკოპებში, არის HgCdTe მასივები. ისინი კარგად მუშაობენ 0,6-დან 5 მიკრომეტრამდე ტალღის სიგრძეზე. უფრო გრძელი ტალღის სიგრძის დაკვირვებისთვის ან უფრო მაღალი მგრძნობელობისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა დეტექტორები, მათ შორის სხვა ვიწრო უფსკრული ნახევარგამტარული დეტექტორები, დაბალი ტემპერატურის ბოლომეტრული მასივები ან ფოტონების მრიცხველი სუპერგამტარი გვირაბის შეერთების მასივები.

ინფრაწითელი ასტრონომიის სპეციალური მოთხოვნები მოიცავს: ძალიან დაბალ ბნელ დენებს, რათა უზრუნველყოს ხანგრძლივი ინტეგრაციის დრო, ასოცირებული დაბალი ხმაურის ამოკითხვის სქემები და ზოგჯერ ძალიან მაღალი პიქსელების რაოდენობა.

დაბალი ტემპერატურა ხშირად მიიღწევა გამაგრილებლის საშუალებით, რომელიც შეიძლება ამოიწუროს. კოსმოსური მისიები ან დასრულდა ან გადავიდა „თბილ“ დაკვირვებებზე, როდესაც გამაგრილებლის მარაგი ამოიწურა. მაგალითად, WISE-ს ამოიწურა გამაგრილებელი 2010 წლის ოქტომბერში, გაშვებიდან დაახლოებით ათი თვის შემდეგ. 

იხ.ვიდეო - Infrared astronomy - with Matthew Bothwell