De Wikipedia, la enciclopedia libre
Ir a navegaciónSaltar a buscar
Observatorio de rayos gamma de Compton
CGRO s37-96-010.jpg
CGRO desplegado en 1991
Tipo de misiónAstronomía
OperadorNASA
ID COSPAR1991-027B
SATCAT no.21225
Sitio webcossc .gsfc .nasa .gov
Duración de la misión9 años, 2 meses
Propiedades de la nave espacial
FabricanteTRW Inc.
Masa de lanzamiento17.000 kilogramos (37.000 libras)
Poder2000,0 vatios [1]
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento5 de abril de 1991, 14:22:45  UTC ( 1991-04-05UTC14: 22: 45Z )
CoheteTransbordador espacial Atlantis
STS-37
Sitio de lanzamientoKennedy LC-39B
Fin de la misión
Fecha de decaimiento4 de junio de 2000, 23:29:55  UTC ( 2000-06-04UTC23: 29: 56 )
Parámetros orbitales
Sistema de referenciaGeocéntrico
RégimenTierra baja
Excentricidad0,006998
Altitud del perigeo362 kilómetros (225 mi)
Altitud de apogeo457 kilómetros (284 mi)
Inclinación28.4610 grados
Período91.59 minutos
RAAN68.6827 grados
Época7 de abril de 1991, 18:37:00 UTC [2]
Telescopios principales (cuatro)
EscribeDetectores de centelleo
Longitud focalVariado por instrumento
Área de recolecciónVariado por instrumento
Longitudes de ondaRayos X a rayos γ , 20  keV - 30 GeV (40  pm - 60  am )
Instrumentos
BATSE, OSSE, COMPTEL, EGRET
 
Lanzamiento de Atlantis llevando el observatorio a la órbita terrestre ( STS-37 )
El astronauta Jay Apt en la bahía del transbordador espacial con el observatorio parcialmente desplegado pero aún unido al brazo robótico del transbordador.

El Observatorio de Rayos Gamma de Compton ( CGRO ) era un observatorio espacial que detectaba fotones con energías de 20 k eV a 30 GeV, en órbita terrestre de 1991 a 2000. El observatorio incluía cuatro telescopios principales en una nave espacial, que cubrían rayos X y rayos gamma , incluyendo varios subinstrumentos y detectores especializados. Después de 14 años de esfuerzo, el observatorio fue lanzado desde el Transbordador Espacial Atlantis durante STS-37 el 5 de abril de 1991 y operó hasta su desorbita el 4 de junio de 2000. [3] Fue desplegado enórbita terrestre baja a 450 km (280 millas) para evitar el cinturón de radiación de Van Allen . Fue la carga útil astrofísica más pesada jamás volada en ese momento con 17.000 kilogramos (37.000 libras).

Con un costo de $ 617 millones, [4] el CGRO fue parte de la serie " Grandes Observatorios " de la NASA , junto con el Telescopio Espacial Hubble , el Observatorio de rayos X Chandra y el Telescopio Espacial Spitzer . [5] Fue el segundo de la serie en ser lanzado al espacio, siguiendo al telescopio espacial Hubble. El CGRO lleva el nombre de Arthur Compton , un físico estadounidense y ex rector de la Universidad de Washington en St. Louis, que recibió el premio Nobel por su trabajo relacionado con la física de rayos gamma. CGRO fue construido por TRW (ahora Northrop Grumman Aerospace Systems) enRedondo Beach , California . CGRO fue una colaboración internacional y las contribuciones adicionales provinieron de la Agencia Espacial Europea y varias universidades, así como del Laboratorio de Investigación Naval de EE.UU.

Los sucesores de CGRO incluyen la nave espacial ESA INTEGRAL (lanzada en 2002), la Misión Swift Gamma-Ray Burst de la NASA (lanzada en 2004), ASI AGILE (satélite) (lanzada en 2007) y el Telescopio Espacial Fermi Gamma-ray de la NASA (lanzado en 2008); todos permanecen operativos a partir de 2019.

Instrumentos

CGRO llevaba un complemento de cuatro instrumentos que cubrían seis órdenes sin precedentes del espectro electromagnético , de 20 keV a 30 GeV (de 0,02 MeV a 30000 MeV). En orden de aumentar la cobertura de energía espectral:

BATSE

El Experimento de Fuentes Transitorias y Ráfagas ( BATSE ) del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA buscó en el cielo estallidos de rayos gamma (20 a> 600 keV) y realizó estudios de cielo completo en busca de fuentes de larga vida. Consistía en ocho módulos detectores idénticos, uno en cada una de las esquinas del satélite. [6] Cada módulo constaba de un NaI (Tl)Detector de área grande (LAD) que cubre el rango de 20 keV a ~ 2 MeV, 50,48 cm de diámetro por 1,27 cm de grosor y un detector de espectroscopía NaI de 12,7 cm de diámetro por 7,62 cm de grosor, que amplía el rango de energía superior a 8 MeV, todo rodeado por un centelleador de plástico en activa anti-coincidencia para vetar las grandes tasas de fondo debidas a los rayos cósmicos y la radiación atrapada. Los aumentos repentinos en las tasas de LAD activaron un modo de almacenamiento de datos de alta velocidad, y los detalles de la ráfaga se leyeron en la telemetría más tarde. Las ráfagas se detectaron típicamente a tasas de aproximadamente una por día durante la misión CGRO de 9 años. Una ráfaga fuerte podría resultar en la observación de muchos miles de rayos gamma en un intervalo de tiempo que va desde ~ 0,1 s hasta aproximadamente 100 s.

OSSE

El Experimento del espectrómetro de centelleo orientado ( OSSE ) del Laboratorio de Investigación Naval detectó rayos gamma que ingresaban al campo de visión de cualquiera de los cuatro módulos detectores, que podían apuntar individualmente y eran efectivos en el rango de 0.05 a 10 MeV. Cada detector tenía un cristal espectrómetro de centelleo central de NaI (Tl) de 12 pulgadas (303 mm) de diámetro, por 4 pulgadas (102 mm) de espesor, acoplado ópticamente en la parte posterior a un cristal de CsI (Na) de 3 pulgadas (76,2 mm) de espesor de diámetro similar, visto por siete tubos fotomultiplicadores , operado como un phoswich: es decir, los eventos de partículas y rayos gamma de la parte trasera produjeron pulsos de tiempo de aumento lento (~ 1 μs), que podrían distinguirse electrónicamente de los eventos de NaI puro del frente, que produjeron pulsos más rápidos (~ 0,25 μs). Por lo tanto, el cristal de respaldo de CsI actuó como una anticoincidencia activa .escudo, vetando eventos desde la retaguardia. Otro escudo CsI en forma de barril, también en anticoincidencia electrónica, rodeaba el detector central en los lados y proporcionaba una colimación gruesa, rechazando los rayos gamma y las partículas cargadas de los lados o la mayor parte del campo de visión frontal (FOV). Se proporcionó un nivel más fino de colimación angular mediante una rejilla de colimador de listones de tungsteno dentro del cilindro exterior de CsI, que colimaba la respuesta a un FOV rectangular de 3,8 ° x 11,4 ° FWHM. Un centelleador de plástico en el frente de cada módulo vetó las partículas cargadas que ingresaban por el frente. Los cuatro detectores se operaban típicamente en pares de dos. Durante la observación de una fuente de rayos gamma, un detector tomaría observaciones de la fuente, mientras que el otro se desviaría ligeramente de la fuente para medir los niveles de fondo. Los dos detectores cambiarían roles de manera rutinaria,permitiendo mediciones más precisas tanto de la fuente como del fondo. Los instrumentos podríangiró con una velocidad de aproximadamente 2 grados por segundo.

COMPTEL

El Telescopio Compton de Imágenes ( COMPTEL ) del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre , la Universidad de New Hampshire , el Instituto de Investigación Espacial de los Países Bajos y la División de Astrofísica de la ESA se sintonizó en el rango de energía de 0,75-30 MeV y determinó el ángulo de llegada de los fotones. dentro de un grado y la energía dentro del cinco por ciento a energías superiores. El instrumento tenía un campo de visión de un estereorradián . Para los eventos de rayos gamma cósmicos, el experimento requirió dos interacciones casi simultáneas, en un conjunto de centelleadores delanteros y traseros. Los rayos gamma se dispersarían Compton en un módulo detector de avance, donde la energía de interacción E1 , dado al electrón de retroceso, mientras que el fotón disperso de Compton sería atrapado en una de las segundas capas de centelleadores en la parte trasera, dondese mediríasu energía total, E 2 . A partir de estas dos energías, E 1 y E 2 , se puede determinar el ángulo de dispersión de Compton, ángulo θ, junto con la energía total, E 1 + E 2 , del fotón incidente. También se midieron las posiciones de las interacciones, tanto en el centelleador delantero como en el trasero. El vector , V, conectando los dos puntos de interacción determinó una dirección al cielo, y el ángulo θ alrededor de esta dirección, definió un cono alrededor de V en el que debe estar la fuente del fotón, y un "círculo de eventos" correspondiente en el cielo. Debido al requisito de una casi coincidencia entre las dos interacciones, con el retraso correcto de unos pocos nanosegundos, la mayoría de los modos de producción de fondo fueron fuertemente suprimidos. A partir de la colección de muchas energías de eventos y círculos de eventos, se pudo determinar un mapa de las posiciones de las fuentes, junto con sus flujos de fotones y espectros.

EGRET

Instrumentos
InstrumentoObservando
BATE0,02 - 8 MeV
OSSE0,05 - 10 MeV
COMPTEL0,75 - 30 MeV
GARCETA20 - 30 000 MeV

El Telescopio Experimental de Rayos Gamma Energéticos ( EGRET ) midió las posiciones de la fuente de rayos gamma de alta energía (20 MeV a 30 GeV) en una fracción de grado y la energía de los fotones dentro del 15 por ciento. EGRET fue desarrollado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA , el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y la Universidad de Stanford . Su detector funcionaba según el principio de producción de pares de electrones y positrones a partir de fotones de alta energía que interactuaban en el detector. Las pistas del electrón de alta energía y el positrón creado se midieron dentro del volumen del detector y el eje de la Vde las dos partículas emergentes proyectadas al cielo. Finalmente, su energía total se midió en un detector de centelleo calorimétrico grande en la parte posterior del instrumento.

Resultados

La Luna vista por el Observatorio de Rayos Gamma de Compton, en rayos gamma de más de 20 MeV. Estos son producidos por el bombardeo de rayos cósmicos de su superficie. El Sol , que no tiene una superficie similar de alto número atómico para actuar como objetivo de los rayos cósmicos, no se puede ver en absoluto con estas energías, que son demasiado altas para emerger de reacciones nucleares primarias, como la fusión nuclear solar. [7]

Resultados básicos

  • El instrumento EGRET realizó el primer levantamiento de todo el cielo por encima de 100 MeV. Utilizando cuatro años de datos, descubrió 271 fuentes, 170 de las cuales no estaban identificadas.
  • El instrumento COMPTEL completó un mapa de todo el cielo de 26
    Al     (un isótopo radiactivo del aluminio ).
  • El instrumento OSSE completó el estudio más completo del centro galáctico y descubrió una posible "nube" de antimateria sobre el centro.
  • El instrumento BATSE promedió una detección de evento de explosión de rayos gamma por día para un total de aproximadamente 2700 detecciones. Definitivamente mostró que la mayoría de los estallidos de rayos gamma deben originarse en galaxias distantes, no cercanas en nuestra propia Vía Láctea , y por lo tanto deben ser enormemente energéticas.
  • El descubrimiento de los primeros cuatro repetidores de rayos gamma suaves ; Estas fuentes eran relativamente débiles, en su mayoría por debajo de 100 keV y tenían períodos impredecibles de actividad e inactividad.
  • La separación de los GRB en dos perfiles de tiempo: GRB de corta duración que duran menos de 2 segundos y GRB de larga duración que duran más que esto.

GRB 990123

El estallido de rayos gamma 990123 (23 de enero de 1999) fue uno de los estallidos más brillantes registrados en ese momento, y fue el primer GRB con un resplandor óptico observado durante la rápida emisión de rayos gamma (un destello de choque inverso). Esto permitió a los astrónomos medir un corrimiento al rojo de 1,6 y una distancia de 3,2 Gpc. Combinando la energía medida del estallido en rayos gamma y la distancia, se pudo deducir la energía total emitida asumiendo una explosión isotrópica y resultó en la conversión directa de aproximadamente dos masas solares en energía. Esto finalmente convenció a la comunidad de que los resplandores de GRB eran el resultado de explosiones altamente colimadas, lo que redujo considerablemente el presupuesto de energía necesario.

Resultados varios

  • La finalización de un estudio de púlsar y un estudio de remanentes de supernova.
  • El descubrimiento de fuentes terrestres de rayos gamma en 1994 provenientes de nubes tormentosas

Historia

Propuesta
El trabajo comenzó en 1977.
Financiamiento y desarrollo
CGRO fue diseñado para reabastecimiento / servicio en órbita. [8]
Construcción y prueba
Lanzamiento y puesta en servicio
Lanzado el 7 de abril de 1991. Poco después del lanzamiento se detectaron problemas en la línea de combustible, lo que desalentó los frecuentes refuerzos orbitales.
Comunicaciones
Pérdida de grabadora de datos y mitigación
Los registradores de datos a bordo fallaron en 1992, lo que redujo la cantidad de datos que se podían descargar. Se construyó otra estación terrestre TDRS para reducir las brechas en la recopilación de datos. [9]

Reimpulso orbital

El Observatorio Compton de Rayos Gamma se desplegó desde el Transbordador Espacial Atlantis en 1991 en órbita terrestre

Fue desplegado a una altitud de 450 km el 7 de abril de 1991 cuando se lanzó por primera vez. [10] Con el tiempo, la órbita decayó y fue necesario un refuerzo para evitar la entrada a la atmósfera antes de lo deseado. [10] Se reforzó dos veces utilizando propulsor a bordo: en octubre de 1993 de 340 km a 450 km de altitud, y en junio de 1997 de 440 km a 515 km de altitud, para extender potencialmente la operación hasta 2007. [10]

Desorbitación intencional / controlada

Después de que uno de sus tres giroscopios fallara en diciembre de 1999, el observatorio fue desorbitado deliberadamente. En ese momento, el observatorio todavía estaba en funcionamiento; sin embargo, la falla de otro giroscopio habría hecho que la desorbitación fuera mucho más difícil y peligrosa. Con cierta controversia, la NASA decidió, en interés de la seguridad pública, que un choque controlado en un océano era preferible a dejar que la nave descendiera por sí sola al azar. [4] A diferencia del Telescopio Espacial Hubble o la Estación Espacial Internacional, no fue diseñado para reparaciones y reacondicionamientos en órbita. [ dudoso - discutir ]Entró en la atmósfera de la Tierra el 4 de junio de 2000, y los escombros que no se quemaron ("seis vigas en I de aluminio de 1.800 libras y piezas de titanio, incluidos más de 5.000 tornillos") cayeron al Océano Pacífico. [11]

Esta desorbita fue la primera desorbita controlada intencional de un satélite de la NASA.[12] (ver también Skylab )

Ver también

  • NASA - Programa de Grandes Observatorios
  • Lista de las naves espaciales más pesadas
  • Astronomía de rayos gamma

Referencias

  1. ^ "NASA - NSSDCA - Nave espacial - Detalles" . nssdc.gsfc.nasa.gov . Consultado el 30 de abril de 2018 .
  2. ^ "NASA - NSSDCA - Nave espacial - Detalles de la trayectoria" . nssdc.gsfc.nasa.gov . Consultado el 30 de abril de 2018 .
  3. ^ "Astronomía de rayos gamma en la era de Compton: los instrumentos" . Astronomía de rayos gamma en la era de Compton . NASA / GSFC. Archivado desde el original el 24 de febrero de 2009 . Consultado el 7 de diciembre de 2007 .
  4. ^ a b "Spaceflight Now | CGRO Deorbit | Cabezas de telescopio espacial de la NASA para un ardiente choque en el Pacífico" . spaceflightnow.com .
  5. ^ Barry Logan: MSFC, Kathy Forsythe: MSFC. "NASA - Grandes observatorios de la NASA" . www.nasa.gov .
  6. ^ PROGRAMA DE INVESTIGADORES INVITADOS BATSE
  7. ^ "CGRO SSC >> Detección EGRET de rayos gamma de la luna" . heasarc.gsfc.nasa.gov .
  8. ^ NASA preparando planes para la reentrada destructiva para poner fin a la cubierta de la misión del Observatorio de rayos gamma de Compton . Ene. De 2000
  9. ^ Marzo de 1994 - Sistema de terminal remoto del observatorio de rayos gamma (GRTS) declarado operativo
  10. ^ a b c "CGRO SSC >> Reanudación exitosa del Observatorio de rayos gamma de Compton" . heasarc.gsfc.nasa.gov .
  11. ^ "Satélite marcado para extinción se sumerge en el mar, en Target (publicado en 2000)" . Associated Press. 5 de junio de 2000, a través de NYTimes.com.
  12. ^ "Métodos de estimación de campo de escombros de entrada y aplicación al Observatorio de rayos gamma de Compton" (PDF) . Dirección de Operaciones de la Misión Centro Espacial Nasa Johnson.

Enlaces externos

  • Sitio del Observatorio de Rayos Gamma Compton de la NASA
  • Imágenes de NASA CGRO
  • Mapeo de detecciones BATSE GRB
  • Sistema de terminal remoto GRO de la NASA instalado en el complejo de comunicaciones del espacio profundo de Canberra