几层水冰——DNA链的宽度——开始影响欧几里得的视野;这是航天器在寒冷的太空中遇到的常见问题,但对于这项需要极高精度来调查黑暗宇宙本质的高度敏感任务来说,这是一个潜在的问题。

行动开始为欧几里得的愿景除冰

经过几个月的研究,欧洲各地的欧几里得团队现在正在测试一种新设计的程序,以对任务光学器件进行除冰。如果成功,这些操作将验证任务团队的计划,即在欧几里得的光学系统在轨道上的余生中尽可能保持无冰。

欧几里得走出“外面”时视野变得模糊

近几个月来,在发射后对欧几里得的仪器进行微调和校准并为任务的第一次调查做准备时,科学操作专家注意到,用可见光仪器(VIS)反复观察的恒星测量到的光量出现了小幅但逐渐的减少。)。

欧几里德航天器在进入太空后面临着一个常见问题:在地球组装过程中从空气中吸收的水现在逐渐从航天器中的某些部件中释放出来,并被太空的真空梳理出来。

在欧几里得新环境的寒冷中,那些释放的水分子往往会粘附在它们降落的第一个表面上,当它们降落在这个高度敏感的任务的光学器件上时,它们可能会造成麻烦。

“我们将通过VIS仪器射入的星光与欧几里得和欧空局盖亚任务在早期记录的相同恒星的亮度进行了比较,”欧几里得联盟的校准科学家、主要设计者之一米沙·席尔默(MischaSchirmer)解释道。新的除冰计划。

“宇宙中的一些恒星的光度各不相同,但大多数恒星在数百万年里都是稳定的。因此,当我们的仪器检测到进入的光子微弱且逐渐减少时,我们知道那不是它们,而是我们。”

人们总是预计水会逐渐积聚并污染欧几里得的视野,因为在地球大气层中的一些水不渗入的情况下,很难从地球建造和发射航天器。

出于这个原因,发射后不久就发生了一次“除气活动”,望远镜被机载加热器加热,并且部分暴露在阳光下,升华了发射时存在于欧几里得表面或非常接近欧几里得表面的大部分水分子。然而,相当一部分通过被多层绝缘体吸收而幸存下来,并且现在正在太空真空中缓慢释放。

经过大量研究(包括对镜子表面的微小冰层如何散射和反射光的实验室研究)以及数月的太空校准,研究小组确定,在欧几里得光学器件中,几层水分子可能被冻结在镜子上。厚度可能只有几纳米到几十纳米,相当于一条DNA链的宽度,它探测到如此少量的冰,这充分证明了该任务的灵敏度。

在欧几里得的观察和科学继续进行的同时,团队已经提出了一项计划,以了解冰在光学系统中的位置,并在冰继续积聚的情况下减轻其现在和未来的影响。

全新计划从150万公里外清除欧几里得污染

“一项复杂的任务需要欧洲各地团队的统一响应,我非常感谢这么多人为此付出的努力和技能,”负责协调响应的欧几里得仪器操作科学家拉尔夫·科利(RalfKohley)说。

“这需要来自荷兰ESAESTEC技术中心、马德里ESAC科学运营中心和达姆施塔特ESOC任务控制中心飞行控制团队的团队的共同努力,但如果没有Euclid联盟和关键投入,我们就不可能做到这一点我们从航天器主承包商泰雷兹阿莱尼亚航天公司及其工业合作伙伴空客航天公司获得了这些信息。”

最简单的选择是使用发射前开发的净化程序并加热整个航天器。任务控制中心的团队会发送命令,在几天内打开每个机载加热器,缓慢地将温度从约–140°C升至航天器某些部分的“温暖”–3°C。

这样做可以清洁光学器件,但也会加热航天器的整个机械结构。当大多数材料受热时,它们会膨胀,并且在长达一周的冷却后不一定会恢复到完全相同的状态,这意味着欧几里得的光学排列可能存在细微的差异。这对于如此敏感的任务来说是行不通的,因为温度变化只有几分之一度,就可以注意到对光学器件的影响,需要至少几周的精细重新校准。

“大多数其他太空任务并不像欧几里得那样对‘热光稳定性’有如此严格的要求,”欧空局任务控制中心欧几里得飞行总监安德烈亚斯·鲁道夫解释道。

“为了实现欧几里得的科学目标,即通过观测100亿光年之外、横跨超过三分之一天空的数十亿个星系来制作宇宙3D地图,这意味着我们必须保持任务极其稳定,这包括它的温度。因此,打开有效载荷模块中的加热器需要非常小心。”

为了限制热变化,该团队将首先单独加热航天器的低风险光学部件,这些部件位于释放的水不太可能污染其他仪器或光学器件的区域。他们将从两个可以独立加热的欧几里得镜子开始。如果光的损失持续存在并开始对科学产生影响,他们将继续加热其他组的欧几里得镜子,每次检查它们返回的光子百分比。

在任务期间,Euclid内部将持续释放少量水,因此需要一个长期解决方案来定期为其光学器件除冰,而不占用太多宝贵的任务时间——Euclid有六年的时间来完成其调查。

VIS仪器科学家ReikoNakajima解释说:“VIS将测量弱引力透镜效应——随着宇宙膨胀,宇宙中的物质如何在引力的影响下聚集在一起——为了理解这一点,我们观察到的星系越多越好。”

“除冰应该可以恢复和保留欧几里得从这些古老星系收集光线的能力,但这是我们第一次进行这个程序。我们对冰粘附在哪个表面有很好的猜测,但我们不会当然,直到我们做到为止。”

米沙总结道:“一旦我们隔离了受影响的区域,我们希望将来可以根据需要简单地加热航天器的这个隔离部分。我们正在做的事情非常复杂和精细,这样我们就可以为将来节省宝贵的时间——我非常高兴能了解这些水冰在哪里积聚,以及我们的计划效果如何。”

尽管这种污染问题对于在寒冷条件下运行的航天器来说非常常见,但令人惊讶的是,关于冰在光学镜上形成的确切方式及其对观测的影响的公开研究却很少。欧几里得不仅可以揭示暗物质的本质,还可以揭示长期困扰我们在太空中俯视地球和宇宙的问题。