Спектрометр

Телескоп «Гея»

На фото — коробка песочного печенья с крышкой в виде космического телескопа Gaia («Гея»). Таким забавным образом команда телескопа решила отметить четвертую годовщину его запуска в декабре 2017 года. Этот телескоп, разработанный Европейским космическим агентством, был выведен в космос ровно 10 лет назад, 19 декабря 2013 года, ракетой «Союз-СТ-Б» с космодрома Куру во Французской Гвиане.

Через три недели он достиг своего пункта назначения — гало-орбиты вокруг точки Лагранжа L2 системы Солнце–Земля. Эта точка — излюбленное место расположения космических обсерваторий: здесь наблюдениям не мешает ни земная атмосфера, ни световое загрязнение. В ее окрестностях располагаются (или располагались) такие телескопы, как «Гершель», «Джеймс Уэбб» (см. картинку дня Золотые соты «Джеймса Уэбба»), «Планк», «Спектр-РГ» (см. картинку дня Рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ»).

Проверка и калибровка оборудования заняли около полугода, и в июле 2014 года «Гея» приступила к работе. «Гея» — это телескоп оптического диапазона, его основная цель — создание самого полного и точного каталога звезд Млечного пути. Полученные телескопом данные помогут ученым лучше понять происхождение, структуру и эволюцию нашей галактики. В поле интересов «Геи» находятся не только звезды: телескоп способен идентифицировать практически любые объекты со звездной величиной 20,7 (это почти в миллион раз слабее, чем может увидеть невооруженный глаз) и ярче. Поэтому в создаваемый им каталог заносятся и объекты иных типов: квазары, экзопланеты, малые планеты (включая астероиды) и кометы. Попадают в него и звезды других галактик.

На ранних этапах разработки проекта планировалось, что работа телескопа будет основана на принципе интерферометрии, что нашло отражение в его названии: GAIA — сокращение от Global Astrometric Interferometer for Astrophysics («глобальный астрофизический астрометрический интерферометр»). Впоследствии от использования интерферометрических методов отказались, и название перестало быть акронимом, однако менять его уже не стали: телескоп так и остался носить имя древнегреческой богини Земли. Кстати, по любопытному совпадению телескоп оказался тезкой одного из звездолетов из советского фильма 1980 года «Через тернии к звездам» под именем «Гайя».

Телескоп похож на огромную крышку кастрюли: ручка — это цилиндрический отсек со всем оборудованием, а крышка — солнцезащитный козырек диаметром десять метров. На стороне козырька, обращенной к Солнцу, расположены солнечные батареи. «Гея» оснащена тремя научными инструментами — астрометрическим прибором, фотометром и спектрометром.

Астрометрический прибор определяет положения звезд на небесной сфере с точностью от нескольких единиц до нескольких сотен угловых микросекунд в зависимости от их яркости (для наглядности приведу сравнение: компакт-диск, оставленный на Луне, был бы виден с Земли под углом 60 угловых микросекунд). Многократные наблюдения звезд (а «Гея», используя сложный алгоритм разворотов, сканирует всю небесную сферу, наблюдая каждый объект в среднем 14 раз за год), дают возможность определить как расстояния до них, основываясь на эффекте параллакса (см. Parallax in astronomy), так и скорости их перемещения по небесной сфере. Разрешающая способность прибора такова, что он способен идентифицировать до 750 тысяч звезд на участке неба площадью 1 кв. градус (1 deg2, см. Square degree, см. также Телесный угол).

Фотометр позволяет классифицировать наблюдаемые объекты и определить светимость (а для переменных звезд — также построить кривые блеска), эффективную температуру, цвет, массу, металличность и возраст звезд.

Спектрометр определяет химический состав звезд, скорости их вращения вокруг собственной оси и доплеровское смещение спектральных линий поглощения химических элементов, по которому можно вычислить лучевую скорость звезды, то есть ее скорость в направлении к или от Земли. Правда, спектрометр способен работать лишь со звездами ярче 16–17-й звездной величины, а некоторые характеристики он может определять, только начиная с 11–12-й величины. Помимо перечисленного, измерения фотометра и спектрометра позволяют определить межзвездное покраснение, то есть видимое покраснение света удаленных звезд из-за рассеяния, вызванного межзвездной пылью.

Чтобы уменьшить помехи при наведении телескопа, конструкторы постарались сделать как можно меньше движущихся частей: это только клапаны реактивных двигателей. Для управления ориентацией используются двигатели, работающие на «холодном» сжатом азоте (см. Cold gas thruster): реактивная тяга создается за счет истечения газа из резервуара, без сгорания топлива. А за коррекцию орбиты отвечает двигатель, работающий на метилгидразине и тетраоксиде диазота. Всё оборудование закреплено на жесткой раме из карбида кремния, которая слабо подвержена расширению, сжатию или скручиванию при изменении температуры. Да и температурные перепады не очень велики: орбита «Геи» устроена так, что Солнце не закрывается Землей, то есть аппарат никогда не попадает в тень.

Изначально миссия телескопа была рассчитана на пять лет; в 2018 году ее продлили до 2020 года. Позже сроки продлевались еще дважды. Сейчас окончание миссии запланировано на второй квартал 2025 года: предполагается, что к этому сроку будет израсходован азот, необходимый для коррекции ориентации.

«Гея» — наследник телескопа «Гиппарх» (Hipparcos), занимавшегося аналогичными исследованиями в 1989–1993 годах. За 25 лет, прошедших между созданием этих двух аппаратов, технологии настолько шагнули вперед, что точность результатов «Геи» во много раз выше, чем у ее предшественника (так, астрометрическая информация «Геи» примерно в 100 раз точнее). Результаты исследований «Геи» оформляются в виде общедоступных релизов, выходящих раз в несколько лет. Последний на сегодня релиз, DR3 (Data Release 3), был опубликован в 2020–2022 годах: он содержит информацию примерно о 1,8 миллиарде объектов, что в 1,5 с лишним раза больше, чем в первом релизе, DR1 (и в 700 раз больше, чем в каталоге Tycho-2, обобщившем результаты работы «Гиппарха»). Каждый новый релиз превосходит предыдущий не только количественно, но и качественно: благодаря многократному наблюдению одних и тех же объектов он содержит более точные данные.

Релизы выходят с запаздыванием в несколько лет: столько времени уходит на обработку результатов измерений. Так, DR3 основан на измерениях, проведенных в первые три года работы телескопа. Примерно 150 тысяч записей каталога DR3 относятся к объектам из Солнечной системы (в подавляющем большинстве это астероиды главного пояса): предполагается, что к концу миссии «Гея» каталогизирует 350 тысяч таких объектов.

Коротко о некоторых других результатах «Геи». Уже в августе 2014 года, всего через месяц после начала работы, «Гея» открыла свою первую сверхновую (типа Ia): звезда из галактики SDSS J132102.26+453223.8, удаленная от нас на 500 миллионов световых лет, получила название Gaia14aaa. «Гея» наблюдала эту галактику дважды, 31 июля и 30 августа, и за месяц звездная величина галактики уменьшилась примерно на две единицы (что соответствует увеличению яркости в 6 раз), что и дало возможность сделать вывод о вспышке сверхновой.

А в 2018 году была открыта целая галактика Насос 2, являющаяся спутником Млечного пути: у нее крайне низкая поверхностная яркость (галактики сходных размеров, как правило, в тысячи раз ярче), что долгое время затрудняло ее обнаружение (про галактики-спутники см. новость У Млечного пути нашлись еще четыре спутника, «Элементы», 29.08.2006 и статью Звездные острова: галактики).

Завершу рассказ о телескопе забавным фактом из его биографии. В 2015 году система телескопов Pan-STARRS обнаружила обращающийся вокруг Земли объект, который был занесен в циркуляр малых планет под номером HP116. Вскоре, однако, выяснилось, что «малая планета» HP116 — не что иное, как «Гея»; запись пришлось удалить из каталога.

Фото © Paolo Tanga с сайта cosmos.esa.int.

Алексей Деревянкин

Новенький Китайский MALDI-TOF.
Масс-спектрометр для идентификации микроорганизмов.

Меня часто спрашивают, есть ли у меня как тут выражаются - колориметр, и как он работает.

У меня есть спектрофотометр, это прибор измерения спекторного потока цветов.
Я пробую объяснить простым языком. Тесть, из прибора идёт белый свет на образец к которому он приложен, и измеряет скорость возвращения этого потока, а по физике мы знаем, что каждый цвет, имеет свою скорость, (каждый охотник желает знать где сидит фазан) самый у нас длинный поток имеет красный цвет, самый короткий поток ну или скорость, фиолетовый. Почему мы и видим этот мир цветным, на предметы падает белый свет и на сетчатку глаза отражается тот цвет который имеет предмет, если он жёлтый, то отразится жёлтый цвет и все остальные присутствующие в нем, будь он желто-зеленым или желто красный, от сюда мы видим и оттенки. Благодаря индивидуальной скорости каждого цвета, мы видим именно эти цвета. А если свет выключить, то мы не увидим ничего в темноте, потому, что источник света не падает на предметы и соответственно ничего не отражается к нам на сетчатку и не попадает в мозг. И на этой базе, спектр выдает информацию, какие пигменты там присутствуют. Каждый спектрофотометр привязан к конкретной своей линейке, он закодирован на свою программу, и имеет ключ достопа и регистрацию в базе.

Я пользуюсь им редко, когда сталкиваюсь с крашенными машинами из гаража, я его слепила из того что было называется, когда все слили в кучу, что было из остатков в гараже, и облили автомобиль, за частую это бывает не покрасили, не облили, а просто обоссали. Ну и нам колористам, надо разобраться, что там есть и от куда плясать.
Ещё, что можно сказать про спектрофотометр, он не видит искрящиеся частицы, ни зерно (металл), ни перламутр, ни ксиралики, он видит только цветные пигменты. Поэтому пока, колористов не может заменить какой-нибудь андроид-колорист. Так же, каждого человека нельзя научить видеть цвета. Смотреть можно, а видеть - нет. Это уже индивидуально в генетике людей. Да гаджет дорогой и не каждый может себе его позволить, на данный момент цена варьируется от 4500 долларов до хер его знает, мой стоит сейчас 4500 долларов, курс по ЦБ.

Я же больше пользуюсь своей наработанной базой, это выкрасы моей рукой с моими формулами цвета на обратной стороне.

Вот пока вроде всё, я буду дальше писать про свой путь в колористике, и отвечать на ваши вопросы. Ваша Юлька