Sieć międzyplanetarna

Nie mylić z Międzyplanetarną Siecią Transportową .

Sieć międzyplanetarna (IPN) to grupa statków kosmicznych wyposażonych w detektory błysków gamma (GRB). Określając czas nadejścia wybuchu w kilku statkach kosmicznych, można określić jego dokładną lokalizację. Precyzja określania kierunku rozbłysku GRB na niebie jest lepsza dzięki zwiększeniu odstępów między detektorami, a także dzięki dokładniejszemu czasowi odbioru. Typowe linie bazowe statku kosmicznego o wartości około jednej jednostki astronomicznej (j.a. ) i rozdzielczości czasowej rzędu dziesiątek milisekund mogą określić miejsce wybuchu w ciągu kilku minut kątowych, umożliwiając dalsze obserwacje za pomocą innych teleskopów.

Racjonalne uzasadnienie

Promienie gamma są zbyt energetyczne , aby można je było skupić za pomocą luster. Promienie przenikają przez materiały lustrzane zamiast odbijać. Ponieważ promieni gamma nie można skupić na obrazie w tradycyjnym sensie, nie można określić unikalnej lokalizacji źródła promieniowania gamma, tak jak ma to miejsce w przypadku światła o mniejszej energii.

Ponadto rozbłyski gamma to krótkie błyski (często zaledwie 0,2 sekundy), które pojawiają się losowo na niebie. Niektóre formy teleskopów promieniowania gamma mogą generować obraz, ale wymagają dłuższych czasów integracji i obejmują tylko ułamek nieba.

Gdy trzy statki kosmiczne wykryją GRB, ich czasy są wysyłane na ziemię w celu korelacji. Pozycja nieba jest określana i przekazywana społeczności astronomicznej w celu dalszych obserwacji za pomocą teleskopów optycznych, radiowych lub kosmicznych.

Iteracje IPN

Należy zauważyć, że ponieważ każdy IPN musi składać się z kilku statków kosmicznych, granice między sieciami są różnie definiowane przez różnych komentatorów.

Statki kosmiczne w naturalny sposób dołączają lub opuszczają służbę w miarę rozwoju ich misji, a niektóre nowoczesne statki kosmiczne są znacznie bardziej wydajne niż poprzedni członkowie IPN.

„Sieć planetarna”

Grupa satelitów Vela została pierwotnie zaprojektowana do wykrywania tajnych testów jądrowych, prawdopodobnie na wysokości Księżyca. W ten sposób Velas zostały umieszczone na wysokich orbitach, tak aby wystąpiło opóźnienie czasowe między wyzwalaczami statku kosmicznego. Ponadto każdy satelita miał wiele detektorów promieniowania gamma w swoich strukturach; detektory skierowane w stronę wybuchu rejestrowałyby wyższą liczbę gamma niż detektory skierowane w bok.

Rozbłysk gamma został wykryty przez grupę Vela 3 czerwca 1969 r. i stąd nazwany GRB 690603. Ustalono, że miejsce to znajdowało się wyraźnie poza orbitą satelitów i prawdopodobnie poza Układem Słonecznym. Po przejrzeniu zarchiwizowanych danych Vela ustalono, że poprzedni rozbłysk miał miejsce 2 lipca 1967 r. Publiczne doniesienia o początkowych rozbłyskach GRB zostały ujawnione dopiero na początku lat siedemdziesiątych.

Dalsze misje

Dodatkowe statki kosmiczne otrzymały detektory promieniowania gamma. Misje Apollo 15 i 16 były wyposażone w detektory do badania Księżyca; sonda kosmiczna Venera ze średniego do późnego wieku przeniosła detektory na Wenus. Stosunkowo długie linie bazowe tych misji ponownie pokazały, że rozbłyski pochodzą z dużych odległości. Inne statki kosmiczne (takie jak serie OGO, OSO i IMP) miały detektory promieniowania gamma Ziemi, Słońca lub całego nieba, a także potwierdziły zjawisko GRB.

Pierwszy prawdziwy IPN

Naukowcy zaczęli dostosowywać instrumenty specjalnie do GRB. Sonda Helios -2 przeniosła detektor z precyzyjną rozdzielczością czasową na orbitę słoneczną, która przeniosła go na odległość jednej jednostki astronomicznej od Ziemi. Helios-2 został wystrzelony w 1976 roku.

W 1978 roku wystrzelono wiele statków kosmicznych, tworząc niezbędne linie bazowe do określenia pozycji. Pioneer Venus Orbiter i jego radzieckie odpowiedniki, Venera 11 i 12 , przeniosły detektory promieniowania gamma na orbitę Wenus. Ponadto statki kosmiczne Prognoz-7 i ISEE-3 pozostały na orbicie okołoziemskiej. Utworzyły one trójkąt Ziemia-Wenus-Słońce, a sondy na Wenus utworzyły mniejszy trójkąt. Wykryto 84 wybuchy, aż do degradacji sieci w 1980 r. Pioneer Venus Orbiter działał aż do wejścia w atmosferę Wenus w 1992 r., ale nie funkcjonowało wystarczająco dużo innych statków kosmicznych, aby utworzyć wymagane linie bazowe.

5 i 6 marca 1979 r. dwa rozbłyski twardego promieniowania rentgenowskiego zostały wykryte z tego samego źródła w konstelacji Dorado przez detektor rozbłysków promieniowania γ Konus na statkach kosmicznych Venera 11 i Venera 12 . Te rozbłyski rentgenowskie zostały wykryte przez kilka innych statków kosmicznych. Jako część Sieci Międzyplanetarnej (IPN), Wenera 11 i Wenera 12 zostały uderzone 5 marca 1979 roku przez twardy rozbłysk rentgenowski o około 10:51 czasu wschodniego, a następnie 11 sekund później przez Helios 2 na orbicie wokół Słońca, a następnie sonda Pioneer Venus Orbiter na Wenus. Kilka sekund później satelity Vela , Prognoz 7 i Obserwatorium Einsteina na orbicie okołoziemskiej zostały zalane. Ostatnim trafionym satelitą był ISEE-3 , zanim rozbłysk opuścił Układ Słoneczny .

Drugi IPN

Do pionierskiego orbitera Venus dołączył Ulysses w 1990 roku. Wystrzelenie Compton Gamma-Ray Observatory w 1991 roku ponownie utworzyło trójkątne linie bazowe z PVO i Ulyssesem. Ulysses działał do czerwca 2009, a misja PVO zakończyła się w sierpniu 1992.

Compton po raz kolejny wprowadził dyskryminację kierunkową za pomocą instrumentu BATSE. Podobnie jak Velas, BATSE umieścił detektory w rogach statku kosmicznego. W ten sposób sam Compton mógł określić zgrubną lokalizację wybuchu z dokładnością do 1,6 do 4 stopni. Linie bazowe z innymi statkami kosmicznymi zostały następnie wykorzystane do wyostrzenia rozwiązań pozycyjnych Comptona. Ponadto prawie połowa nieba z Compton została zablokowana przez Ziemię, tak jak Wenus zablokowała część nieba dla PVO. Wykrywanie lub niewykrywanie przez Compton lub PVO dodało kolejny element do algorytmów lokalizacji.

Compton miał również bardzo precyzyjne instrumenty gamma o niskim polu widzenia. Czasami GRB pojawiały się tam, gdzie wskazywał Compton. Zastosowanie wielu czułych instrumentów zapewniłoby znacznie większą dokładność niż sam BATSE.

„Trzeci” IPN

Do Comptona i Ulyssesa dołączył na krótko Mars Observer pod koniec 1992 roku, zanim statek kosmiczny uległ awarii. Niektórzy uważają, że Compton zapewnił wystarczającą ciągłość, a rozróżnienie między drugim, trzecim i kolejnymi IPN jest semantyczne.

„Dodatkowe” IPN

W 1994 roku do Comptona i Ulyssesa dołączył Wind. Chociaż Wind znajdował się na orbicie okołoziemskiej, podobnie jak Compton, znajdował się na bardzo dużej wysokości, tworząc w ten sposób krótką, ale użyteczną linię bazową. Duża wysokość oznaczała również, że blokada Ziemi była znikoma. Ponadto Wind był wyposażony w detektor górny i dolny. Interpolacja między dwiema jednostkami zwykle dawała ogólny kierunek nieba dla rozbłysków, co w wielu przypadkach mogło ulepszyć algorytm IPN. Dodatek RXTE w 1995 też pomógł. Chociaż RXTE był misją rentgenowską na orbicie okołoziemskiej, mógł wykrywać rozbłyski gamma, które również świeciły w promieniach rentgenowskich, i nadawać im kierunek (a nie tylko wyzwalacz czasowy).

W 1996 r. miały miejsce dwa ważne wydarzenia. Uruchomiono NEAR ; jego trajektoria do asteroidy ponownie utworzyła trójkątny IPN mierzony w jednostkach AU. Do IPN dołączył także BeppoSAX . BeppoSAX miał detektory gamma o szerokim polu i teleskopy rentgenowskie o wąskim polu. Po wykryciu GRB operatorzy mogli obrócić statek kosmiczny w ciągu kilku godzin, aby skierować teleskopy rentgenowskie na zgrubne miejsce. Poświata rentgenowska dałaby wtedy dokładną lokalizację. W 1997 roku pierwsza dobra lokalizacja pozwoliła na szczegółowe zbadanie GRB i jego otoczenia.

Compton został zdeorbitowany w 2000 roku; misja NEAR została zamknięta na początku 2001 roku. Pod koniec 2001 roku Mars Odyssey ponownie utworzyła trójkąt międzyplanetarny.

Inni członkowie sieci obejmują lub obejmowały indyjski statek kosmiczny SROSS-C2 , satelity meteorologiczne Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych, japoński statek kosmiczny Yohkoh i chińską misję SZ-2. Wszystkie one były orbiterami Ziemi, a chińskie i indyjskie detektory działały tylko przez kilka miesięcy.

Spośród wszystkich powyższych, Ulisses jest jedynym statkiem kosmicznym, którego orbita oddala go od płaszczyzny ekliptyki na duże odległości. Te odchylenia od płaszczyzny ekliptyki pozwalają na dokładniejsze trójwymiarowe pomiary widocznych pozycji GRB.

XXI wiek: wpatrujący się statek kosmiczny

Nowe techniki i projekty wysokoenergetycznych statków kosmicznych stanowią wyzwanie dla tradycyjnego działania IPN. Ponieważ odległe sondy wymagają czułych anten naziemnych do komunikacji, wprowadzają opóźnienie czasowe do badań GRB. Duże anteny naziemne muszą dzielić czas między statki kosmiczne, zamiast stale nasłuchiwać powiadomień GRB. Zazwyczaj współrzędne GRB określane przez sondy głębokiego kosmosu są rozłożone wiele godzin do dnia lub dwóch po GRB. Jest to bardzo frustrujące w przypadku badań zdarzeń mierzonych w sekundach.

Nowa generacja statków kosmicznych jest zaprojektowana do tworzenia lokalizacji GRB na pokładzie, a następnie przekazywania ich na ziemię w ciągu kilku minut, a nawet sekund. Pozycje te są oparte nie na korelacji czasowej, ale na teleskopach rentgenowskich, jak na BeppoSAX, ale znacznie szybszych. HETE -2, wystrzelony w 2000 roku, wpatruje się w duży obszar nieba. Jeśli GRB uruchomi detektory promieniowania gamma, maski rentgenowskie prześlą współrzędne nieba do stacji naziemnych. Ponieważ HETE znajduje się na niskiej, stałej orbicie, może korzystać z wielu niedrogich stacji naziemnych. W polu widzenia statku kosmicznego prawie zawsze znajduje się stacja naziemna, co zmniejsza opóźnienie do sekund.

Sonda Swift , wystrzelona w 2004 roku, działa podobnie, ale jest znacznie potężniejsza. Kiedy GRB wyzwala detektory gamma, generując przybliżoną pozycję, statek kosmiczny obraca się stosunkowo szybko, aby wykorzystać skupiające się teleskopy rentgenowskie i optyczne. Udoskonalają one lokalizację GRB z dokładnością do minut łuku, a często do sekund łuku. Dokładna pozycja jest zgłaszana do ziemi w ciągu około godziny.

INTEGRAL jest następcą Comptona. INTEGRAL może w podobny sposób określić zgrubną pozycję, porównując zliczenia gamma z jednej strony na drugą. Posiada również teleskop promieniowania gamma z możliwością określania pozycji z dokładnością do jednego stopnia. INTEGRAL nie może obracać się tak szybko, jak małe statki kosmiczne HETE i Swift. Ale jeśli w polu widzenia teleskopu zdarzy się rozbłysk, jego położenie i charakterystykę można zarejestrować z dużą precyzją.

RHESSI został uruchomiony w 2002 roku w celu wykonywania badań słonecznych. Jednak jego instrument gamma może wykrywać jasne źródła promieniowania gamma z innych regionów nieba i generować zgrubne pozycje za pomocą detektorów różnicowych. Od czasu do czasu GRB pojawiał się obok Słońca, a instrument RHESSI określał jego właściwości bez pomocy IPN.

Należy jednak zauważyć, że wszystkie te statki kosmiczne w różnym stopniu cierpią z powodu blokady Ziemi. Ponadto, im bardziej wyrafinowany jest instrument „wpatrujący się”, tym mniejsze jest pokrycie nieba. Losowo występujące GRB są bardziej prawdopodobne, że zostaną pominięte lub wykryte tylko w niskiej rozdzielczości. Wykorzystanie bezkierunkowych sond głębokiego kosmosu, takich jak MESSENGER i BepiColombo , będzie kontynuowane.

Bieżący rozwój IPN

W 2007 roku wystrzelono AGILE , aw 2008 Kosmiczny Teleskop Promieniowania Gamma Fermiego i chociaż są to orbitery Ziemi, ich instrumenty zapewniają dyskryminację kierunkową. Kosmiczny Teleskop Fermiego wykorzystuje zarówno detektory rozbłysków szerokokątnych, jak i teleskop wąskokątny, i ma ograniczoną zdolność do obracania się w celu umieszczenia GRB w polu teleskopu. MESSENGER był w stanie dodać dane do IPN przed zakończeniem misji MESSENGERA w 2015 r. Ze względu na spadek mocy z jego RTG , Ulysses został wycofany ze służby 30 czerwca 2009 r.

Zobacz też

• Sieć współrzędnych rozbłysku gamma

Linki zewnętrzne

• Trzecia Sieć Międzyplanetarna Bieżąca strona internetowa IPN, zawierająca dane do pobrania itp.
• Raport z postępów IPN Kwartalnik recenzowany
• Raport o stanie IPN Stan IPN na dzień 24 września 2007 r.