Евклид (космический корабль) - Euclid (spacecraft)

Евклид
Евклид рендеринг
Художественный рендеринг Евклида
Имена Исследователь Темной Вселенной (DUNE)
Спектроскопический космический исследователь всего неба (SPACE)
Тип миссии Астрономия
Оператор ЕКА
Веб-сайт sci.esa.int/euclid
www.euclid-ec.org
Продолжительность миссии 6 лет (номинально)
Свойства космического корабля
Производитель Thales Alenia Space (основная)
Airbus Defense and Space (модуль полезной нагрузки)
Стартовая масса 2160 кг (4760 фунтов)
Масса полезной нагрузки 848 кг (1870 фунтов)
Габаритные размеры 4,5 м × 3,1 м (15 футов × 10 футов)
Начало миссии
Дата запуска Июль – декабрь 2022 г.
Ракета Союз СТ-Б / Фрегат-МТ или
Ариан 62
Запустить сайт Центр пространственной гайаны, Куру , ELS
Подрядчик Arianespace
Параметры орбиты
Справочная система Солнце – Земля L 2
Режим Гало орбита
Высота периапсиса 1,150,000 км (710,000 миль)
Высота апоапсиса 1,780,000 км (1,110,000 миль)
Эпоха Планируется
Главный телескоп
Тип Корш телескоп
Диаметр 1,2 м (3 фута 11 дюймов)
Фокусное расстояние 24,5 м (80 футов)
Длины волн От 550  нм ( зеленый )
до 2  мкм (ближний инфракрасный )
Транспондеры
Группа Диапазон X (поддержка TT&C)
Диапазон K (сбор данных)
Частота 8,0–8,4 ГГц (диапазон X)
25,5–27 ГГц (диапазон K)
Пропускная способность Несколько кбит / с вниз и вверх (диапазон S)
55 Мбит / с (диапазон K)
Логотип миссии евклида
Эмблема астрофизики ЕКА для миссии Евклида .  

Евклид - это космический телескоп, видимый в ближнем инфракрасном диапазоне, который в настоящее время разрабатывается Европейским космическим агентством (ЕКА) и Консорциумом Евклида. Цель миссии Евклида - лучше понять темную энергию и темную материю путем точного измерения ускорения Вселенной . Для этоготелескоп типа Корша будет измерять формы галактик на разных расстояниях от Земли и исследовать взаимосвязь между расстоянием и красным смещением. Обычно считается, что темная энергия способствует ускорению расширяющейся Вселенной, поэтому понимание этой взаимосвязи поможет уточнить, какее понимают физики и астрофизики . Миссия Евклида развивает и дополняет телескоп Planck ЕКА(с 2009 по 2013 год). Миссия названа в честь древнегреческого математика Евклида Александрийского .

Euclid - это миссия среднего класса («M-класс»), которая является частью кампании Cosmic Vision в рамках научной программы ESA . Бюджет этого класса миссий ограничен 500 миллионами евро. Евклид был выбран в октябре 2011 года вместе с Solar Orbiter из нескольких конкурирующих миссий. В настоящее время запуск запланирован на период с июля по декабрь 2022 года.

Научные цели и методы

Евклид исследует историю расширения Вселенной и образования космических структур , измеряя красное смещение галактик до значения 2, что эквивалентно просмотру прошлого на 10 миллиардов лет. Связь между галактическими формами и их соответствующим красным смещением поможет показать, как темная энергия способствует увеличению ускорения Вселенной. Используемые методы используют явление гравитационного линзирования , измерение барионных акустических колебаний и измерение расстояний до галактик с помощью спектроскопии .

Гравитационное линзирование (или гравитационный сдвиг) является следствием отклонения световых лучей, вызванного присутствием материи, которая локально изменяет кривизну пространства-времени : свет, излучаемый галактиками, и, следовательно, наблюдаемые изображения искажаются по мере приближения к материи. лежа на прямой видимости. Эта материя частично состоит из видимых галактик, но в основном это темная материя. Измеряя этот сдвиг , можно сделать вывод о количестве темной материи, способствуя пониманию того, как она распределяется во Вселенной.

Спектроскопические измерения позволят измерить красное смещение галактик и определить их расстояния, используя закон Хаббла . Таким образом можно восстановить трехмерное распределение галактик во Вселенной.

На основе этих данных можно одновременно измерить статистические свойства, касающиеся распределения темной материи и галактик, и измерить, как эти свойства меняются по мере того, как космический корабль смотрит дальше во времени. Для получения достаточно точных измерений требуются высокоточные изображения. Любые искажения, присущие датчикам, должны быть учтены и откалиброваны, в противном случае полученные данные будут иметь ограниченное применение.

Космический корабль

Евклид возник на основе двух концепций миссий, которые были предложены в ответ на запрос предложений ESA Cosmic Vision 2015-2025, выпущенный в марте 2007 года: DUNE, Исследователь Темной Вселенной, и SPACE, Спектроскопический исследователь всего неба. В обеих миссиях были предложены дополнительные методы измерения геометрии Вселенной, и после этапа оценочного исследования была получена объединенная миссия. Новая концепция миссии была названа Евклидом, в честь греческого математика Евклида Александрийского (~ 300 г. до н.э.), которого считают отцом геометрии. В октябре 2011 года Евклид был выбран Комитетом по научной программе ЕКА для реализации, а 25 июня 2012 года он был официально принят.

ЕКА выбрало компанию Thales Alenia Space , Италия, для строительства спутника. Евклид имеет длину 4,5 метра, диаметр 3,1 метра и массу 2160 кг.

Модуль полезной нагрузки Euclid управляется компанией Airbus Defense and Space , Тулуза, Франция. Он состоит из телескопа Корша с главным зеркалом диаметром 1,2 метра, которое охватывает площадь 0,5  градуса 2 .

Международный консорциум ученых, консорциум Euclid, в который входят ученые из 13 европейских стран и США, предоставит камеру видимого света (VIS) и камеру / спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (NISP). Вместе они нанесут на карту трехмерное распределение до двух миллиардов галактик, расположенных на более чем трети всего неба. Эти широкоформатные камеры будут использоваться для определения морфометрических, фотометрических и спектроскопических свойств галактик:

  1. обеспечить низкую точность измерений красных смещений и, следовательно, расстояний до более миллиарда галактик с помощью многоцветной фотометрии ( фотометрический метод красного смещения ); а также
  2. использовать спектрометр для анализа спектра света в ближнем инфракрасном диапазоне (1000–2000 нм), для получения точных красных смещений и расстояний до миллионов галактик с точностью в 10 раз лучше, чем фотометрические красные смещения, а также для определения барионных акустических колебаний .

Шина телескопа включает солнечные панели, которые обеспечивают питание и стабилизируют ориентацию и наведение телескопа с точностью до 35 миллисекунд . Телескоп тщательно изолирован, чтобы обеспечить хорошую термическую стабильность и не нарушать оптическую центровку.

Модель Евклида

Телекоммуникационная система способна передавать 850 гигабит в сутки. Он использует диапазон Ka для отправки научных данных со скоростью 55 мегабит в секунду в течение выделенного периода 4 часа в день на 35- метровую антенну наземной станции Cebreros в Испании, когда телескоп виден с Земли . Евклид будет иметь емкость встроенного хранилища не менее 300  ГБ .

Вехи

24 января 2013 года НАСА подписало меморандум о взаимопонимании с ЕКА, в котором описывается свое участие в миссии. НАСА предоставит 20 детекторов для прибора ближнего инфракрасного диапазона, который будет работать параллельно с камерой в диапазоне видимого света. Инструменты, телескоп и спутник будут построены и эксплуатироваться из Европы. НАСА также назначило 40 американских ученых частью консорциума Euclid, который будет разрабатывать инструменты и анализировать данные, полученные в ходе миссии. В настоящее время этот консорциум объединяет более 1000 ученых из 13 европейских стран и США.

В 2015 году компания Euclid прошла предварительную экспертизу проекта, выполнив большое количество технических проектов, а также построив и протестировав ключевые компоненты.

В декабре 2018 года компания Euclid прошла критический анализ проекта, который подтвердил общий дизайн космического корабля и план архитектуры миссии, и было разрешено начать окончательную сборку космического корабля.

В июле 2020 года два инструмента (видимый и ближний ИК-диапазон) были доставлены в Airbus, Тулуза, Франция, для интеграции с космическим кораблем.

Выполнение миссии и данные

Евклид будет запущен на космическом корабле Союз ST-B (или Ariane 62, если необходимо) из Центра Пространственной Гайаны, Куру. По прошествии 30 дней он будет стабилизирован для прохождения по траектории Лиссажу большой амплитуды (около 1 миллиона километров) вокруг лагранжевой точки L2 Солнце-Земля .

Во время своей номинальной миссии, которая продлится не менее 6 лет, Евклид будет наблюдать около 15000 градусов 2 , примерно треть неба, фокусируясь на внегалактическом небе (небо, обращенное в сторону от Млечного Пути ). Обзор будет дополнен дополнительными наблюдениями примерно в 100 раз глубже (2 звездные величины), указывающими на три различных поля, расположенных близко к полюсам эклиптики и покрывающих 40 град 2 . Три поля будут регулярно посещаться в течение всего срока миссии. Они будут использоваться в качестве калибровочных полей и для наблюдения за стабильностью работы телескопа и инструментов, а также для получения научных данных путем наблюдения за самыми далекими галактиками и квазарами во Вселенной.

Чтобы измерить фотометрическое красное смещение для каждой галактики с достаточной точностью, миссия Евклида зависит от дополнительных фотометрических данных, полученных как минимум в 4-х видимых фильтрах. Эти данные будут получены с наземных телескопов, расположенных как в северном, так и в южном полушариях, чтобы охватить полные 15000 градусов 2 миссии. Всего каждая галактика миссии Евклида получит фотометрическую информацию как минимум в 7 различных фильтрах, охватывающих весь диапазон 460–2000 нм.

Евклид будет наблюдать около 10 миллиардов астрономических источников , из которых гравитационный сдвиг у 1 миллиарда будет измерен с точностью в 50 раз более точной, чем это возможно сегодня с помощью наземных телескопов. Евклид измерит спектроскопические красные смещения для 50 миллионов объектов.

Научная эксплуатация этого огромного набора данных будет осуществляться консорциумом под руководством Европы из более чем 1200 человек в более чем 100 лабораториях в 15 странах (Австрия, Бельгия, Дания, Финляндия, Франция, Германия, Италия, Нидерланды, Норвегия, Португалия, Румыния, Испания, Швейцария, Великобритания, Канада и США). Консорциум Евклида также отвечает за создание полезной нагрузки прибора Евклид, а также за разработку и внедрение наземного сегмента Евклида, который будет обрабатывать все данные, собранные спутником. Лаборатории, участвующие в Консорциуме Евклида, финансируются и поддерживаются их национальными космическими агентствами, которые также несут программную ответственность за свой национальный вклад, и своими национальными исследовательскими структурами (исследовательскими агентствами, обсерваториями, университетами). В целом Консорциум Евклида вносит около 30% от общей бюджетной стоимости миссии до ее завершения.

Огромный объем, разнообразие (космос и земля, видимая и ближняя инфракрасная области, морфометрия, фотометрия и спектроскопия) и высокий уровень точности необходимых измерений требуют значительной осторожности и усилий при обработке данных, что делает это важной частью миссии. ЕКА , национальные агентства и Консорциум Евклида тратят значительные ресурсы на создание групп исследователей и инженеров высшего уровня, занимающихся разработкой алгоритмов, разработкой программного обеспечения, процедурами тестирования и проверки, архивацией данных и инфраструктурами распределения данных. В общей сложности девять центров научных данных, расположенных в странах Консорциума Евклида, будут обрабатывать более 10 петабайт необработанных входных изображений в течение 10 лет, чтобы к 2028 году предоставить научному сообществу общедоступную базу данных миссии Евклида.

Благодаря широкому охвату неба и каталогам миллиардов звезд и галактик научная ценность данных, собранных миссией, выходит за рамки космологии . Эта база данных предоставит мировому астрономическому сообществу множество источников и целей для будущих миссий, таких как JWST , E-ELT , TMT , ALMA , SKA или LSST .

использованная литература

внешние ссылки