Beispiele für Weltraumforschung:

Beispiele für
Weltraumforschung:
HST, MOST, COROT
31.5.2007
Satellitenastronomie
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Hubble Space Teleskop
• Kooperation: ESA & NASA
• Start: 25.4.1990 mit Space
Shuttle Discovery
• LEO: 600km Höhe
– 28.5° Neigung zum Äquator
– Porb ~ 97 min
• v = 28 800 km/h
– Präzessionsperiode: 56 d
•
•
•
•
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12 Tonnen
13 m
48.000 Solarzellen für 2.4 kW
wissenschaftliche Instrumente in
den Buchten hinter 2.4m großen
Primärspiegel
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HST Instrumente
• Advanced Camera for Surveys (ACS)
• Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer
(NICMOS)
– Imaging, Imaging Polarimetry, Coronography,…
– 0.8 – 2 Mikron
– 3 „unabhängige“ Kameras
• Space Telescope Imaging
Spectrograph (STIS)
– am 3. August 2004 gestoppt
• Wide Field and Planetary
Camera 2 (WFPC2)
– Hoch aufgelöste Bilder
– Großes Gesichtsfeld
• Fine Guidance Sensors (FGS)
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Fine Guidance Sensoren
• 3 astrometrische
Instrumente
– je FGS 4 PMTs
– 2 FGS für Guiding
• Positionierung von HST
besser als 0.007“
• je 2 Guide Stars zwischen
9. und 14. Größe
• 25 msec Integrationszeit
(d.h. Frequenz = 40Hz)
• kein Filter
• nur Photonenrauschen
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FGS Optik
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Satellitenastronomie
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Guide Star Acquisition
1. Spiral Scan
3. Fine Lock
• Suchmodus
• bis Rfinal < 10“
• „Walkdown“
• Schrittgröße > 0.009"
R=25"
2. Coarse Track
• Nutationskreise
• Position auf 0.02“
genau
R=2.5"
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FGS Photometrie
• Engineering Subset Data Files
– Telemetrie: 6500 Parameter
– Schlechte Dokumentation
• Archive retrieval request
– lokal zwischengespeichert
– VMS Programm: Extraktion von Zeit &
2 x 4 PMT Zählraten
– Ephemeris files
• Positionsinformation für Korrekturen
• Zeitbasis: Minuten … 12 Tage (HDF)
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FGS Microvariability Survey
• Aug. 1992 – Dez. 1995:
– 3692 Guide Stars
• 4566 Datensätze
• 1. photometrische Zeitreihen
vom Weltraum
– Instrumentelle Daten
• Guide Star Catalog (GSC)
– Positionen & Helligkeiten
Astrophysikalische Information
– HIPPARCOS und TYCHO Katalog
– SIMBAD Datenbank
– uvby-Messungen für ~100 Guide Stars
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Klassifikation der Lichtkurven
Amax: max. Amplitude [0,Ny]
N: mittlere Amplitude [0,Ny]
• variable: Amax > 4·N
• suspected: 3·N < Amax < 4·N
• trend: Amax bei kleinster
auflösbarer f
• orbit: Amax ∼ forb od. Vielfache
•
•
•
•
Kategorie
Kategorie
Kategorie
Kategorie
– forb ~ 14.9378 c/d
• constant: alle Peaks < 3·N
• unused: Zeitbasis < 20 min
31.5.2007
Satellitenastronomie
1:
< 250 ppm
2: 250 – 500 ppm
3: 500 – 1000 ppm
4:
> 1000 ppm
Beispiel:
Amax > 4·N
N = 450 ppm
v2
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Survey Statistik
6%
11%
4%
15%
55%
9%
variable
trend
suspected
orbit
constant
unused
• Spektraltypen für 292 Guide Stars
• LK für ∼ 10%
• SIMBAD Einträge für ∼ 5%
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Variable Guide Stars
GSC 02996-00003: A5, δ Sct
GSC 06854-03208: M6 - später F
P ∼ 2.026h
GSC 07393-00524: neuer EB
GSC 07795-01427: K4 III
HIP 65421
P ∼ 1.5d, amp ∼ 3mmag
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Südatlantikanomalie
• 500 … 10 000 km Höhe
• Ostküste von S-Amerika
• Hochenergetische Teilchen
– p+ & e- bis 30MeV
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•
1. Näherung:
Daten nicht verwendbar
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Streulicht
Änderung des Streulichtbeitrages
mit Präzession des Orbits
Phasenwinkel HST-Erde-Sonne
West / Ost Unterschiede
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HST Erfolge
Saturn
V838 Mon Überriese
Adler Nebel
„Pillars of creation“
Hubble Deep Field
Sombrero Galaxie
http://www.stsci.edu
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MOST
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Der Mikrosatellit MOST
Microvariability and Oscillations of STars
• 1. Kanadischer Satellit
– Wiener Beteiligung: Bodenstation
• 15 cm Maksutov Teleskop
• Präzisionsphotometrie: bis 1 ppm
– Asteroseismologie
– Beobachtung extrasolarer Planeten
Größe: 65 x 65 x 30 cm
Gewicht: ca. 65 kg
Kosten: ca. € 8.000.000
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MOST – im Labor
Prof. Jaymie Matthews (Vancouver)
15 cm Maksutov Teleskop
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Der Satellit MOST
Abmessungen: 65cm x 65cm x 30cm
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Satellitenastronomie
Masse: ~ 65kg
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Teleskop
Licht
15-cm-Maksutov-Teleskop
Korrektor
Hauptspiegel (15 cm)
Fabrylinsen
Umlenkplanspiegel
CCD
Sekundärspiegel
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Start
ROCKOT
(SS-19 ICBM)
31.5.2007
30. Juni 2003
Satellitenastronomie
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Orbit
- Höhe: 820 km
- Polar
- Sonnensynchron
- Über dem Terminator
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MOST Bodenstationen
31.5.2007
Satellitenastronomie
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Konzept der Bodenstation
31.5.2007
Satellitenastronomie
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MOST Aufnahmen
Sekundär
direkt
beobachtete
Sterne
Abbildung des
Hauptsterns
durch Mikrolinse
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Satellitenastronomie
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Helioseismologie
• Die turbulenten äußeren
Schichten der Sonne rufen
Schallwellen hervor, die in
das Innere vordringen
• Mehr als 10 Mio. akustische
Eigenschwingungen
• Inneres der Sonne
entschlϋsselt
Sonnenähnliche Sterne sollten analoge Oszillationen aufweisen!
Sterne sind lichtschwächer & ihre Schwingungen
können nicht räumlich aufgelöst werden!
31.5.2007
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Asteroseismologie
Helligkeitsschwankungen
nur um 1 Millionstel der
Sternhelligkeit
1km
Helligkeit
Lichtkurve
Zeit
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κ1 Ceti (Walfisch)
 sonnenähnlich (G5 V)
 30.5 Tage Lichtmessungen
mit MOST
 2 Sternflecken
in 8.9 Tagen eine Umdrehung
in 9.3 Tagen eine Umdrehung
31.5.2007
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Extrasolare Planeten
Planetentransit
• Erde, Planet und Stern in
einer Sichtlinie
• Planet zieht zwischen Erde
und Stern vorbei
• minimaler Lichtabfall
– ≤ 1%
– sehr genaue Messung
Reflektion von Exoplaneten an sonnenähnlichen Sternen
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HD 209458b
14d MOST Lichtkurve
HD 209346 – Vergleichsstern
HD 209458b Phasenplot
Rowe et al. 2006
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COROT
COnvection, ROtation and Planetary Transits
31.5.2007
Satellitenastronomie
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COROT
•
•
•
•
•
CNES Small Mission Concept
4.2m
Masse: 630 kg
27 cm Teleskop
Start: 27.12.2006
– Soyuz Rakete
• 2 Forschungsziele:
Asteroseismologie
Planetenentdeckung
Kooperation:
1998: Österreich 1. Partner
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Satellitenastronomie
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COROT Beobachtungen
• Polarer, zirkularer, Low-Earth Orbit
–
–
–
–
90° Inklination
Halbachse a=7274 km
Exzentrizität e=0.00127°
896 km Höhe
• Gesichtsfeld: 10° Konus
• Alle 6 Monate Rotation
– Winter: RA = 6h 50m
– Sommer: RA = 18h 50m
• Beobachtungsruns
– 150 Tage (Long Runs)
– 20 Tage (Short Runs)
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Die „Augen“ von COROT
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Satellitenastronomie
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Missionsphasen
• Start
• Commissioning
–
–
–
–
Erste Operationsphasen
Einschalten des Satelliten und aller Systeme
Überprüfen aller Systeme & Kalibrationen
Testbeobachtungen
• Station Acquisition
– Satellit auf neue Position
– Start des wissenschaftlichen Programms
• Reguläre Beobachtungen
– Long / Short Runs
– Alle 14 Tage Rotation der Sonnensegel
– Routinebetrieb
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COROT CCDs
• SEISMO CCDs (A)
– Max. 5 Targets/CCD
– 5.7 < mV < 9.5
– 32s Belichtungszeit
• EXO CCDs (E)
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–
–
–
–
Max. 6000 Targets/CCD
11.5 < mV < 16
512s Belichtungszeit
32s für 500 Windows/CCD
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Wissenschaft mit COROT
• Asteroseismologie
– Sonnenähnliche Sterne
– δ Scuti, γ Doradus, …
• Planetensuche
– erdähnliche (!)
• Core Programme
– Seismologie im Seismo Feld
– Exoplanetensuche im Exo Feld
• Additional Programme
– alles andere
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Erste Resultate
• Gasplanet
• 1.5 – 1.8 MJ
• d = 1500 ly
• Bedeckungsveränderlicher
• V = 13 mag
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Österreichische Beiträge
• Extraktor (IWF, Graz)
– On-Board Datenbearbeitung
– Windowing
• Wissenschaftliche
Vorbereitung (Uni Wien)
– Definition der Forschungsziele
– 5 wissenschaftliche COROT
Arbeitsgruppen
• Additional Programme Working
Group (W.W. Weiss)
• Satellitenempfangsstation
(TU Wien)
– Frankreich, Spanien, Brasilien,
Österreich (Wien)
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