كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة ومطياف متعدد الأجسام

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 7 صور
الموسوعة الحرة
كوكب أورانوس الغازي العملاق يظهر أحزمة السحب والحلقات والأقمار في نظام أورانوس، تم التقاطها بواسطة NICMOS في عام 1998
نجم المسدس وسديم المسدس ، التقطهما جهاز NICMOS في عام 1997
حقل هابل فائق العمق التابع لـ NICMOS . وقد وفر الجهاز صورًا بالأشعة تحت الحمراء القريبة لحقل هابل فائق العمق، مما أدى إلى توسيع البيانات المتاحة لتلك المنطقة.

كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة ومطياف الأجسام المتعددة ( NICMOS ) هي أداة علمية لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء ، مثبتة على تلسكوب هابل الفضائي (HST)، تعمل من عام 1997 إلى عام 1999، ومن عام 2002 إلى عام 2008. تحتوي الصور التي تنتجها NICMOS على بيانات من الجزء القريب من الأشعة تحت الحمراء من طيف الضوء.

تم تصميم وتطوير جهاز NICMOS من قبل فريق تعريف أجهزة NICMOS في مرصد ستيوارد ، جامعة أريزونا ، الولايات المتحدة الأمريكية. NICMOS هو جهاز تصوير ومطياف متعدد الأجسام، من إنتاج شركة Ball Aerospace & Technologies Corp.، يُمكّن تلسكوب هابل الفضائي من رصد الأشعة تحت الحمراء ، بأطوال موجية تتراوح بين 0.8 و2.4 ميكرومتر، موفرًا إمكانيات التصوير والتحليل الطيفي الضوئي بدون شق. يحتوي NICMOS على ثلاثة كواشف للأشعة تحت الحمراء القريبة موزعة على ثلاث قنوات بصرية، مما يوفر دقة عالية (حوالي 0.1 ثانية قوسية)، وتصويرًا إكليليًا واستقطابيًا، وتحليلًا طيفيًا ضوئيًا بدون شق في مجالات رؤية مربعة بقياس 11 و19 و52 ثانية قوسية. تحتوي كل قناة بصرية على مصفوفة ثنائية ضوئية مكونة من 256×256 بكسل، من كواشف الأشعة تحت الحمراء المصنوعة من تيلوريد الزئبق والكادميوم، والمثبتة على ركيزة من الياقوت، ويتم قراءة البيانات في أربعة أرباع مستقلة، كل ربع منها 128×128 بكسل. [ 1 ]

كان آخر عمل لـ NICMOS في عام 2008، [ 2 ] وتم استبداله إلى حد كبير بقناة الأشعة تحت الحمراء لكاميرا المجال الواسع 3 بعد تركيبها في عام 2009. [ 3 ]

القيود

يُعاني أداء تلسكوب هابل في مجال الأشعة تحت الحمراء من بعض القيود، إذ لم يُصمم أصلاً مع وضع هذا الأداء في الاعتبار. فعلى سبيل المثال، تُحفظ المرآة عند درجة حرارة ثابتة وعالية نسبياً (15  درجة مئوية) بواسطة سخانات.

يُعد تلسكوب هابل الفضائي تلسكوبًا دافئًا. يهيمن على تدفق الخلفية بالأشعة تحت الحمراء الذي تجمعه أجهزة الأشعة تحت الحمراء المبردة في المستوى البؤري، مثل NICMOS أو WFC3، عند أطوال موجية قصيرة نسبيًا، الانبعاث الحراري للتلسكوب وليس التشتت البروجي. تُظهر بيانات NICMOS أن خلفية التلسكوب تتجاوز الخلفية البروجية عند أطوال موجية أطول من λ ≈ 1.6 ميكرومتر، وتعتمد القيمة الدقيقة على اتجاه التلسكوب في السماء وموقع الأرض في مدارها. [ 4 ]

على الرغم من ذلك، قدّم الجمع بين مرآة هابل وجهاز NICMOS مستويات جودة غير مسبوقة في أداء الأشعة تحت الحمراء القريبة آنذاك. [ 5 ] كانت التلسكوبات المتخصصة بالأشعة تحت الحمراء، مثل مرصد الفضاء بالأشعة تحت الحمراء، رائدةً بطريقتها الخاصة، لكنها كانت مزودة بمرآة رئيسية أصغر، كما أنها كانت خارج الخدمة وقت تركيب جهاز NICMOS بسبب نفاد سائل التبريد. تغلب جهاز NICMOS لاحقًا على هذه المشكلة باستخدام مبرد آلي يشبه الثلاجة، مما سمح له بالعمل لسنوات حتى توقف عن العمل نهائيًا في عام 2008.

تاريخ NICMOS

تم تركيب جهاز NICMOS على تلسكوب هابل خلال مهمة الصيانة الثانية عام 1997 ( STS-82 ) إلى جانب مطياف التصوير الفضائي ، ليحل محل جهازين سابقين. وقد تم استبدال NICMOS لاحقًا بكاميرا المجال الواسع 3 ، التي تتميز بمجال رؤية أوسع بكثير (135 × 127 ثانية قوسية، أو 2.3 × 2.1 دقيقة قوسية)، وتصل إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء تقريبًا.

قام طاقم مهمة مكوك الفضاء STS-82 بتركيب جهاز NICMOS، وهي المهمة نفسها التي أُجريت عام 1997، والتي قامت أيضاً بتركيب جهاز STIS على تلسكوب هابل الفضائي. ويظهر في هذه الصورة نموذج مصغر للتلسكوب.
مركبة NICMOS الفضائية تتجه إلى منصة الإطلاق، يناير 1997
تلسكوب هابل الفضائي محمول بواسطة الذراع الروبوتية لمكوك الفضاء
طاقم مكوك فضائي يقوم بمهمة سير في الفضاء مع تلسكوب هابل الفضائي

عند إجراء قياسات الأشعة تحت الحمراء، من الضروري تبريد كواشف الأشعة تحت الحمراء لتجنب تداخل الأشعة تحت الحمراء الناتج عن الانبعاثات الحرارية للجهاز نفسه. يحتوي جهاز NICMOS على وعاء تبريد فائق (ديوار ) يُبرّد كواشفه إلى حوالي 61  كلفن، ومرشحاته البصرية إلى حوالي 105  كلفن، باستخدام كتلة من جليد النيتروجين الصلب . عند تركيب جهاز NICMOS عام 1997، احتوى وعاء التبريد على كتلة من جليد النيتروجين تزن 104 كيلوغرامات (230 رطلاً ). نتيجةً لعطل حراري حدث في 4 مارس 1997، أثناء تشغيل الجهاز، نفد سائل تبريد النيتروجين  من وعاء التبريد قبل الموعد المتوقع في يناير 1999.

خلال مهمة خدمة هابل 3B في عام 2002 ( STS-109 )، [ 6 ] تم تركيب نظام تبريد بديل على تلسكوب هابل، يتألف من مبرد فائق التبريد ، ومضخة تدوير فائقة التبريد، ومشع خارجي، يقوم الآن بتبريد مستشعر NICMOS عبر حلقة نيون فائقة التبريد . وقد طُوّر نظام تبريد NICMOS (NCS) وفق جدول زمني مُسرّع للغاية (14 شهرًا مقابل 5-10 سنوات لأجهزة هابل الأخرى). [ 7 ] وعاد مستشعر NICMOS إلى الخدمة بعد فترة وجيزة من مهمة الخدمة 3B. [ 8 ] [ 9 ]

تطلّب تحميل برنامج جديد في سبتمبر 2008 إيقافًا مؤقتًا لنظام تبريد NICMOS. باءت محاولات عديدة لإعادة تشغيل النظام بالفشل بسبب مشاكل في جهاز التدوير المبرد. بعد انتظار دام أكثر من ستة أسابيع لتسخين أجزاء من الجهاز، ونظرًا لاحتمالية تبخر جزيئات الجليد من حلقة تدوير النيون، فشل المبرد مرة أخرى في إعادة التشغيل. عندئذٍ، شكّلت وكالة ناسا مجلس مراجعة الأعطال (ARB). خلص المجلس إلى أن الجليد أو جزيئات صلبة أخرى قد انتقلت من وعاء التبريد إلى جهاز التدوير أثناء محاولة إعادة التشغيل في سبتمبر 2008، وأن جهاز التدوير قد يكون تالفًا، وحدّد مجموعة بديلة من معايير بدء التشغيل. أدت إعادة التشغيل الناجحة في الساعة 13:30 بتوقيت شرق الولايات المتحدة في 16 ديسمبر 2008 إلى تشغيل المبرد لمدة أربعة أيام، تلاها إيقاف تشغيل آخر. [ 10 ] في 1 أغسطس 2009، أُعيد تشغيل المبرد مرة أخرى. [ 11 ] كان من المتوقع أن يستأنف جهاز NICMOS عملياته في منتصف فبراير 2010 [ 12 ] ، واستمر في العمل حتى 22 أكتوبر 2009، حيث تسبب عطل في نظام معالجة البيانات الخاص بتلسكوب هابل في إيقاف تشغيله. انخفض معدل تدفق غاز النيون إلى جهاز NICMOS بشكل كبير خلال فترة التشغيل هذه، مما يؤكد وجود انسداد في حلقة الدوران. ونظرًا لأن استمرار التشغيل بمعدلات تدفق منخفضة سيحد من إمكانيات جهاز NICMOS العلمية، فقد وضعت وكالة ناسا خططًا لتنظيف وإعادة ملء نظام الدوران بغاز النيون النظيف. تم تجهيز حلقة الدوران بخزان نيون إضافي وصمامات لولبية يتم تشغيلها عن بُعد لإجراء عمليات التنظيف وإعادة الملء في المدار. وحتى عام 2013، لم تُجرَ عمليات التنظيف وإعادة الملء هذه.

تم تصميم WFC3 ، الذي تم تثبيته في عام 2009، ليحل جزئياً محل NICMOS. [ 13 ]

في 18 يونيو 2010، تم الإعلان عن أن جهاز NICMOS لن يكون متاحًا للأبحاث العلمية خلال دورة الاقتراح الأخيرة رقم 18. وحتى عام 2013، لم يتم اتخاذ قرار بشأن ما إذا كانت عمليات التنظيف والتعبئة ستتم وما إذا كان جهاز NICMOS سيكون متاحًا للأبحاث العلمية في المستقبل.

NICMOS هو أيضًا اسم مستشعر التصوير 256×256 بكسل الخاص بالجهاز والذي تم بناؤه بواسطة مركز روكويل الدولي للإلكتروبصريات (الآن DRS Technologies).

النتائج العلمية

اشتهر جهاز NICMOS بأدائه المتميز في علم الفلك الفضائي بالأشعة تحت الحمراء القريبة، ولا سيما قدرته على رؤية الأجرام السماوية عبر الغبار. [ 5 ] استُخدم الجهاز لمدة 23 شهرًا تقريبًا بعد تركيبه، وكان عمره الافتراضي محدودًا بكمية محددة من سائل التبريد، ثم استُخدم لاحقًا لعدة سنوات بعد تركيب مُبرد جديد في عام 2002. [ 5 ] جمع جهاز NICMOS بين الأداء المتميز في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة ومرآة كبيرة. [ 5 ]

أتاح جهاز NICMOS دراسة المجرات والكوازارات ذات الانزياح الأحمر العالي بدقة مكانية عالية، وهو ما كان مفيدًا بشكل خاص عند تحليله بالتزامن مع أجهزة أخرى مثل STIS، كما أتاح أيضًا دراسة أعمق للتجمعات النجمية. [ 14 ] في علم الكواكب، استُخدم NICMOS لاكتشاف حوض اصطدام على القطب الجنوبي للكويكب 4 فيستا . [ 15 ] (زارت المركبة الفضائية داون الكويكب 4 فيستا لاحقًا في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، حيث درسته عن كثب من خلال الدوران حوله). [ 16 ]

في عام 2009، تمت معالجة صورة قديمة التقطها مرصد NICMOS لإظهار كوكب خارجي متوقع يدور حول النجم HR 8799. [ 17 ] ويُعتقد أن هذا النظام يبعد حوالي 130 سنة ضوئية عن الأرض. [ 17 ]

في عام 2011، تم رصد أربعة كواكب خارجية تدور حول النجم نفسه في صورة التقطها جهاز NICMOS عام 1998، وذلك باستخدام تقنيات معالجة البيانات المتقدمة. [ 17 ] وقد اكتُشفت هذه الكواكب الخارجية في الأصل باستخدام تلسكوبات كيك وتلسكوب جيميني الشمالي بين عامي 2007 و2010. [ 17 ] وتتيح هذه الصورة تحليل مدارات هذه الكواكب الخارجية بدقة أكبر، نظرًا لأنها تستغرق عقودًا عديدة، بل مئات السنين الأرضية، لإكمال دورة كاملة حول نجمها المضيف. [ 17 ]

رصد مرصد NICMOS الكوكب الخارجي XO-2b حول النجم XO-2 ، وحصل على نتائج التحليل الطيفي لهذا الكوكب في عام 2012. [ 18 ] ويستفيد هذا من القدرات الطيفية للجهاز، وفي علم الفلك، يُعد التحليل الطيفي أثناء عبور الكوكب (مرور كوكب خارجي أمام نجم من منظور الأرض) وسيلة لدراسة الغلاف الجوي المحتمل لهذا الكوكب. [ 18 ]

في عام 2014، استعاد الباحثون أقراص الكواكب في بيانات NICMOS القديمة باستخدام تقنيات معالجة الصور الجديدة. [ 19 ]

رحلات المكوك

  • تم تركيب نظام NICMOS في مهمة STS-82 (عام 1997)، ليحل محل نظام GHRS.
  • STS-109، (عام: 2002) تم تركيب مبرد جديد، وعادت إلى العمل. [ 6 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ سكينر، كريس جيه؛ بيرجيرون، لويس إي؛ شولتز، ألفريد بي؛ ماكينتي، جون دبليو؛ وآخرون  (1998). فاولر، ألبرت إم (محرر). "خصائص كاشفات NICMOS في المدار على تلسكوب هابل الفضائي" (ملف PDF) . وقائع SPIE . أجهزة القياس الفلكية بالأشعة تحت الحمراء. 3354 : 2-13 . Bibcode : 1998SPIE.3354....2S . doi : 10.1117/12.317208 . S2CID 5778753 . 
  2. ↑ "أجهزة هابل الإرثية" . معهد علوم تلسكوب الفضاء . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2023 .
  3. ↑ "تنشيط جهاز في وضع السكون على تلسكوب هابل بينما يفكر المهندسون في مشكلة الرسالة" . TheRegister.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2023 .
  4. ^ روبرتو، م. سيفاراماكريشنان، أ؛ باسينسكي، جي جي؛ كالزيتي، د . وآخرون . (2000). بريكنريدج، جيمس ب. جاكوبسن، بيتر (محرران). “أداء HST كتلسكوب يعمل بالأشعة تحت الحمراء” (PDF) . بروك. جاسوس . التلسكوبات والأدوات الفضائية للأشعة فوق البنفسجية والبصرية والأشعة تحت الحمراء. 4013 : 386–393 . بيب كود : 2000SPIE.4013..386R . دوى : 10.1117/12.394037 . S2CID 14992130 .  
  5. 1 2 3 4 "رحلة الفضاء الآن | أخبار عاجلة | إعادة تشغيل كاميرا الأشعة تحت الحمراء الخاصة بتلسكوب هابل" .
  6. 1 2 "0302432 - تلسكوب هابل الفضائي المُصلح والمُعاد تهيئته يرسو في عنبر الشحن الخاص بكولومبيا" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-11-2016.
  7. ↑ "||||| نظام تبريد NICMOS |||||" . asd.gsfc.nasa.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 يونيو 2020 .
  8. ↑ جيدريش، نيكولاس م.؛ غريغوري، تيري؛ زيمبلمان، داريل ف.؛ تشينغ، إدوارد س.؛ وآخرون (2003). ماثر، جون سي (محرر). "نظام تبريد فائق لاستعادة علوم الأشعة تحت الحمراء على تلسكوب هابل الفضائي". وقائع SPIE . تلسكوبات وأجهزة الأشعة تحت الحمراء الفضائية. 4850 : 1058-1069 . Bibcode : 2003SPIE.4850.1058J . CiteSeerX 10.1.1.162.1601 . doi : 10.1117/12.461805 . S2CID 108566881 .   
  9. ↑ سويفت، والتر ل.؛ ماكورماك، جون أ.؛ زاجارولا، مارك ف.؛ دولان، فرانسيس إكس.؛ وآخرون . (2005). "مبرد NICMOS Turbo-Brayton فائق التبريد - عامان في المدار". المبردات فائقة التبريد 13. سبرينغر الولايات المتحدة. ص 633-639 . doi : 10.1007/0-387-27533-9 . ISBN   978-0-387-23901-9.
  10. ↑ "حالة NICMOS/NCS" . معهد علوم تلسكوب الفضاء . 23 يناير 2009.
  11. ↑ "تقرير حالة تلسكوب هابل الفضائي" . ناسا . 5 أغسطس 2009. مؤرشف من الأصل في 23 يناير 2015. تم الاطلاع عليه في 15 أغسطس 2009 .
  12. ↑ "صفحة الأخبار العاجلة من نيكموس" . ناسا. 16 ديسمبر 2009.{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  13. ↑ ماكينتي، جيه دبليو؛ كيمبل، آر إيه (يناير 2003). حالة كاميرا المجال الواسع 3 لتلسكوب هابل الفضائي (ملف PDF) (تقرير). جلسة ملصقات الجمعية الفلكية الأمريكية. ص 1. 
  14. ↑ "التقرير اليومي لتلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا رقم 4287" . spaceref.com . 29 يناير 2007. تم الاطلاع عليه في 29 يناير 2023 .
  15. ↑ إدوارد سي. بلير (2002). الكويكبات: نظرة عامة، وملخصات، وقائمة مراجع . دار نشر نوفا. ص 115. ISBN  978-1-59033-482-9.
  16. ↑ "4 فيستا" . استكشاف النظام الشمسي التابع لناسا . 19 ديسمبر 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 سبتمبر 2020 .
  17. 1 2 3 4 5 ناسا - علماء الفلك يكتشفون كواكب مراوغة في بيانات هابل التي يعود تاريخها إلى عقد من الزمان - 10.06.11
  18. 1 2 "مصادقة سيرن" .
  19. ↑ "التحليلات الجنائية الفلكية تكشف عن أقراص كوكبية في أرشيف هابل التابع لناسا" . 2014-04-24.