STUDIUL SPATIULUI COSMIC CU AJUTORUL RADIATIEI ELECTROMAGNETICE

In comparatie cu telescoapele terestre,cele spatiale ofera o viziune mult mai clara a obiec-

telor ceresti deoarece aceste instrumente sunt deasupra atmosferei turbulente si distorsio-

nante a Pamantului.Telescoapele de pe orbita pot deasemenea sa acopere intreaga sfera

observabila a spatiului in timp ce telescoapele stationare de la sol acopera o arie limitata in functie de pozitia lor pe Pamant.

Telescoapele spatiale au acces la o parte mai larga a spectrului electromagnetic ,inclusiv asupra razelor gamma,X,ultraviolete si o buna parte a spectrului infrarosu.Fiecare din aceste spectre ofera o noua privire asupra universului si sunt o sursa importanta de informa-tii asupra planetelor,stelelor,galaxiilor si a proceselor care le modeleaza.Fenomenele comple-xe cum ar fi galaxiile active sau gaurile negre nu pot fi intelese complet fara a compara datele obtinute de la diferitele regiuni ale spectrului electromagnetic.

Telescoapele spatiale variaza in complexitate de la sateliti mici,care adeseori acopera intrea-ga bolta,pana la sateliti-observator de mari dimensiuni si care pot studia obiecte individuale.

Acesti sateliti necesita in general un control intensiv de la sol,astronomii alegand obiectele de studiat si orientand satelitul pe directia corecta.

Inca de la inceputul secolului teoreticianul rus Konstantin Tsiolkovsky si inginerul german

Hermann Oberth si-au dat seama de avantajele plasarii unui telescop in spatiu unde lumina stelelor sa nu fie impiedicata de atmosfera Pamantului.Insa abia dupa cel de-al doilea razboi mondial,cand rachetele construite au fost suficient de puternice pentru a plasa sateliti pe orbita,visul astronomiei spatiale devenea realitate.

Programul britanic Ariel a dus la lansarea in aprilie 1962 a primului satelit astronomic,Ariel 1,care a efectuat masuratori asupra emisiei UV si IR a Soarelui.Acest succes a fost urmat de lansarea in decembrie 1968 de catre NASA a satelitului OAO-2 (Orbiting Astronomical Obser-vatory;doi pentru ca prima lansare a fost un esec).Acesta transporta detectoare gamma,UV,X si IR.Ca initiatori ai unei lungi serii,acesti sateliti au oferit un punct de plecare valoros pentru telescoapele spatiale complexe de mai tarziu.

Astronomia in infrarosu

Aceasta ramura a astronomiei se ocupa cu detectarea si studiul radiatiei IR emanata de obiectele din spatial cosmic.Radiatia IR are o lungime de unda cuprinsa intre 0.0007mm si 0.35mm(infrarosu indepartat).Lungimile de unde mai mari apartin microundelor si undelor radio.

Observatiile in infrarosu sunt importante pentru astrofizica din mai multe motive.Radiatia IR penetreaza intinderile vaste de gaz interstelar si norii de praf mai usor decat o face lumina vizibila si cea ultravioleta,reveland regiuni ale spatiului ascunse pentru telescoapele obisnuite.

Stelele tinere sunt inconjurate de un cocon de gaz si praf care le face invizibile dar caldura lor incalzeste particulele de praf si produce radiatie IR care poate fi detectata.Numeroase molecu-le,cum ar fi monoxidul de carbon(CO),hidrogenul(H2),metanul(CH4) si particulele solide de praf pot fi studiate cel mai bine in spectrul IR.In fine,expansiunea universului modifica lumina vizibila emisa de galaxiile indepartate spre lumina rosie si infrarosie(redshift).

Telescoapele pentru infrarosu se aseamana cu cele optice dar lipsesc tuburile si diafragmele.

Lumina este colectata de o oglinda primara si focalizata spre o oglinda secundara de mici dimensiuni si apoi spre un detector(spectrometru sau placa foto).De obicei oglinda secundara este aurita deoarece aurul reflecta mai bine infrarosiile decat oglinzile obisnuite din aluminiu.

Oglinda secundara este mecanizata si executa o miscare de rotatie foarte rapida(20 rot./s),per-

mitand detectorului sa compare alternativ emisia sursei plus cea a mediului si apoi separat

emisia mediului.Aceasta tehnica este foarte eficienta pentru detectarea surselor slabe situate pe un fundal puternic.

La randul lor ,partile telescopului emit caldura ,adica radiatie infrarosie care poate afecta observatiile.Pentru aceasta telescoapele in IR au un sistem criogenic de racire cu azot lichid care are o temperatura de 77K(-196 grade C).Pentru astronomia in infrarosu indepartat se foloseste racirea cu heliu lichid (3K-- -270 grade C).

Cel mai mare telescop terestru pentru IR este cel britanic din Mauna Kea,Hawaii si are 3,8m in diametru.Altitudinea,atmosfera uscata si rece sunt conditii necesare pentru ca telescoapele IR terestre sa aiba o rezolutie buna.De conditii optime de observatie beneficiaza insa doar telescoapele orbitale (Hubble, NICMOS,Sofia etc.).

Astronomia gamma

Razele gamma sunt forme de mare energie a radiatiei electromagnetice, cu lungimea de unda mai mica decat a razelor X.Ele sunt produse de schimbari in nucleul atomic dar rezulta si in urma coliziunii dintre razele cosmice si materia interstelara.Studiul lor ajuta la intelegerea proceselor de mare energie care au loc in spatiu,cum ar fi cele asociate cu stelele neutronice,quasarii si gaurile negre.

Deoarece pozitronii( electroni de antimaterie ) produc raze gamma cand se anihileaza ,astronomia in acest spectru serveste si la determinarea prezentei antimateriei.

Desi poseda o energie inalta,marea majoritate a razelor gamma sunt absorbite de atmosfera.Astronomia gamma nu a inceput cu adevarat pana la trimiterea in spatiu a satelitilor cu detectoare pentru acest spectru.

In 1991 NASA a lansat observatorul Compton pentru astronomie gamma .El poarta numele fizicianului american A.H.Compton(1892-1962),descoperitorul unuia dintre fenomenele ce permit observarea radiatiei gamma.Plasat pe orbita la 7 aprilie 1991,la o altitudine de 450 km de catre naveta Atlantis ,el este al doilea dintre marile observatoare spatiale NASA ,dupa telescopul Hubble.Cu o lungime de 7,7m si o latime de 5,5m si cu o masa in jur de 16 tone( din care 6,5t reprezinta incarcatura utila),observatorul poarta patru detectoare care permit detectarea,localizarea si spectroscopia surselor ceresti de raze gamma intr-un domeniu energetic foarte larg,mergand de la 30.000 la 30 de miliarde electronvolti.

plasarea pe orbita a observatorului Compton

Observatiile complexului Compton au adaugat intr-un timp record mai mult de 100 de noi surse de radiatii gamma la cele cunoscute pana atunci.

Astronomia cu raze X

Aproape orice tip de obiect astronomic,incepand cu stelele apropiate si terminand cu quasarii indepartati, emite raze X intr-unul din stadiile existentei sale.Obiectele si regiunile din spatiu pot emite radiatii X din doua motive.Majoritatea razelor X provin din regiuni unde gazul e incalzit la milioane de grade Celsius.Incalzirea poate fi rezultatul undelor de soc provenite de la o explozie stelara ,intrarea gazului intr-un camp gravitational foarte intens sau altor evenimente.Incalzirea provoaca emisia de raze X a gazului, fenomen numit emisie termala.Emisia poate avea loc si din cauza accelerarii electronilor la viteze apropiate de viteza luminii in urma interactiunii cu campuri magnetice puternice.In acest caz este vorba de o emisie nontermala.

Detectarea razelor X necesita aparatura in straturile superioare ale atmosferei sau pe orbita.Telescoapele pentru raze X au o constructie speciala datorita proprietatii acestor raze de a trece prin obiecte.Un astfel de telescop e alcatuit dintr-o serie de oglinzi cilindrice concentrice astfel incat unghiul dintre directia razei incidente si oglinda sa fie suficient de mare pentru a permite reflexia dar prea mic pentru ca raza sa fie absorbita sau lasata sa treaca prin oglinda.

Aceasta ramura a astronomiei s-a dezvoltat dupa cel de-al doilea razboi mondial in urma experientelor cu rachete V-2 de captura .A urmat satelitul Uhuru (Libertate in limba Swahili) din 1970 care a cartografiat peste 300 de surse de raze X .In present sunt operationali in jur de 200 de sateliti pentru studiul radiatiilor X, lansati de Agentia Spatiala Europeana,NASA, Rusia si Japonia.

astronomia in ultraviolet

Atmosfera terestra opreste majoritatea radiatiei ultraviolete sa atinga suprafata Pamantului.Cu toate acestea radiatia UV cu lungime de unda intre 4100-3000 A o poate stra-bate si poate fi utilizata pentru studii.Radiatia cu lungime de unda mai scurta poate fi detectata doar la mari altitudini sau deasupra atmosferei .Rachetele mici si baloanele constituie metode utile de plasare la altitudine a instrumentelor dar timpul de observare e scurt, de la cateva minute la cateva ore.Pentru observatii extinse,incepand cu 1968 se folosesc sateliti (Copernicus-1968, TD-1-1972, International UV Explorer-1974, Hubble-1991).

Astronomia in ultraviolet a oferit o noua perspectiva in studiul coroanei solare,a proceselor din stelele binare ,fizica quasarilor etc.

Studiul radiatiei electromagnetice provenite din spatiu este fundamental pentru astronomie, astrofizica si celelalte stiinte conexe deoarece ofera datele experimentale care vin sa confirme sau sa infirme teoriile existente si viitoare asupra nasterii si evolutiei Cosmosului, si nu in ultimul rand asupra existentei vietii inteligente in Univers.

Bibliografie

-enciclopedia Encarta

-enciclopedia Britannica

-G.Demetrescu. C.Parvulescu-Galaxii in univers-Editura Stiintifica 1967