Vékony réteg vízjég miatt romlani kezdett a Euclid (ejtsd: „juklid”) űrtávcső látása, de több hónapnyi gondos tervezés után egy új módszerrel sikerült helyreállítani. A probléma nem szokatlan, a fagyos űrben keringő űrtávcsöveknél egészen gyakori, de ennél a roppant érzékeny, a sötét univerzum kutatására induló eszköznél már ennyire kis mennyiségű jég is gondot okoz. Az ESA március 20-i, majd 26-i frissítései alapján a kísérlet sikeresnek bizonyult, a Euclid ,,látását” sikerült visszaállítani.

A VIS (VISible Instrument) látható tartományban érzékeny berendezésbe jutó fény mennyiségének kismértékű, de fokozatos csökkenését a Euclid műszereinek elmúlt hónapok során tartó finomhangolása és kalibrálása közben vettek észre. Gyakori probléma merült fel, ami már korábban sok más távcsőnél is: a földi összeépítés során a levegőből megkötött vízpára az űrben szépen lassan szivárogni kezdett az űreszköz különböző részeiből. A fagyos környezetben ezek a vízmolekulák rendszerint megtapadnak az első felületen amivel találkoznak – ha ez éppen az űrtávcső optikája, akkor ott keletkezik vékony jégréteg.

A Euclid-űrtávcsőről készített fantáziarajz. A Euclid az univerzumunk alapvető kérdéseire keresi a választ: mi az a sötét anyag és a sötét energia? Milyen szerepet játszottak a kozmikus háló kialakításában? Az űrtávcső csillagok milliárdjait fogja katalogizálni távoli galaxisok megfigyelésével. (Forrás: ESA)

Mischa Schirmer, a Euclid konzorcium kalibrációért felelős kutatójának elmondása szerint a VIS műszer azonos csillagokról készített fényességméréseit összehasonlították a saját, illetve az ESA Gaia űrtávcső korábbi méréseivel. Vannak olyan csillagok, amiknek valóban változik a fényessége, de a legtöbbé évmilliókon keresztül stabil marad. Így, mikor a Euclid adataiban egy apró, de folyamatos fényességcsökkenést detektáltak, akkor tudni lehetett, hogy nem a csillagok halványulnak, hanem a távcsővel lesz valami probléma.

Számítottak rá, hogy az űrtávcsőben rekedt vízpára fokozatosan előtörhet és ronthatja a Euclid látását, mert igazán nehéz úgy megépíteni és útnak indítani egy űreszközt a Földről, hogy a bolygónk légköréből legalább egy kevéske vízpára ne szökjön be a szerkezetébe. Éppen ezért nem sokkal az indítás után ún. ,,kigőzölgő időszakot” tartottak, aminek során a távcsövet felmelegítették a fedélzeti fűtőegységekkel, illetve részben a Nap felé is fordították, így a vízmolekulák java része szublimált. Így is jelentős mennyiség maradhatott viszont a távcső többrétegű szigetelésében, ami most szépen lassan szökik ki az űrbe.

Több hónapnyi kutatás, modellezés és laboratóriumi vizsgálat (ahol azt elemezték, hogy extrém vékony jégrétegek hogyan szórják és verik vissza a fényt), illetve kalibráció után bizonyították, hogy több réteg vízmolekula fagyott rá a Euclid optikájára. Ez valószínűleg mindössze néhány nanométer vastag lehetett (ez kb. egyetlen DNS szál vastagságának felel meg), ami önmagában is mutatja, hogy mennyire érzékeny műszer az új európai űrtávcső.

A Euclid-űrtávcső jégtelenítése 1,5 millió kilométerről

A legkönnyebb megoldás az lett volna, ha még bőven az indítás előtt a szennyeződések eltávolítására kidolgozott módszert alkalmazva az egész távcsövet felfűtötték volna. A földi irányítóközpont munkatársai elküldték volna a parancsokat, hogy napokon keresztül minden fedélzeti fűtőegység működjön, lassan melegítve fel az űreszközt a mostani kb. -140 °C-ról ,,kellemes” -3 °C-ig.

Körülbelül 10 kilogrammnyi többrétegű szigetelőanyag borítja a Euclid űrtávcső két tudományos műszerét. Ez az anyag viszont a saját súlyának mintegy 1%-ának megfelelő vizet képes megkötni. (Forrás: Airbus / ESA)

Ez letisztítaná az optikát, de felmelegítené a távcső teljes mechanikai szerkezetét is. A legtöbb anyag melegítés hatására kitágul, utána pedig nem feltétlenül nyeri vissza tökéletesen az eredeti formáját az egy hetes lehűtés végére; magyarán fenn áll a lehetősége, hogy ha kissé is, de megváltozna a Euclid gondosan beigazított optikai berendezése is. Egy ennyire érzékeny műszer esetén, ami képes akár egy celsius foknál kevesebb változás hatásait is kimutatni, ez több héten át tartó ismételt kalibrációt tenne szükségessé. Andreas Rudolph, a Euclid repülési igazgatója elmondta, hogy a legtöbb űreszköznél nem kell ennyire szigorú termo-optikai stabilitást fenntartani. A Euclid tudományos céljainak eléréséhez viszont rendkívül stabilan kell tartani az űrtávcsövet (a hőmérsékletét is beleértve), így extrém óvatosnak kell lenni a fűtőegységek bekapcsolásával.

A hőtágulás okozta elváltozások minimalizálásának érdekében a Euclid csapata úgy döntött, hogy egyesével fogja felmelegíteni a kis kockázatú optikai alkatrészeket, ahonnan kipárolgó víz valószínűleg nem szennyez be más mérőeszközt vagy optikát. Kezdésképpen a Euclid két tükrének felmelegítéséről döntöttek, amiket külön-külön lehet fűteni. Ha továbbra is csökkent maradt volna a beérkező fény mennyisége és zavarni kezdte volna a tudományos méréseket is, akkor sorban tovább melegítették a Euclid többi tükrét is, minden alkalommal leellenőrizve, hogy javult-e a kép.

A Euclid mérnökeinek volt elképzelése róla, de nem lehettek biztosak abban, hogy melyik tükrök okozzák a problémát. Az Európai Repülésirányító Központban (European Space Operations Centre – ESOC) éjfélre járt az idő, mikor megkezdték az első két tükör felmelegítését. Az időzítésre különösképpen odafigyeltek, hogy a teljes fűtés ideje alatt folyamatos kapcsolatban legyenek az űrtávcsővel. Erre azért volt szükség, hogyha bármilyen nem várt következmény, anomália lép fel, akkor azt rögtön orvosolhassák. Szerencsére minden a terveknek megfelelően haladt és a fűtést követő első mérésen már látványos volt a javulás.

A Euclid jégtelenítésének első eredményei. A vízszintes tengelyen láthatjuk a melegítés időtartamát óra:perc formában feltüntetve, a függőleges tengelyen pedig a begyűjtött fény mennyiségének növekedését százalékban. Az „ice sublimation” piros felirat jelzi azt a pillanatot, amikor a tükör felszínéről szublimálni kezdett a jég, a „T=-117°C” pedig azt, amikor a tükör elérte a -117°C-os hőmérsékletet. (Forrás: ESA)

Az elsődleges gyanúsított a teleszkóp fő optikája mögötti, leghidegebb tükör volt. Ezt -147°C-ról -113°C-ig melegítették fel. Ennél jobban nem kellett felfűteni, mert a közel vákuumban ez a hőmérséklet is elegendő ahhoz, hogy a jég hamar elszublimáljon. A művelet sikeres volt, szinte azonnal 15%-os növekedést láttak a beeső fény mennyiségében. A jövőben is számítanak rá, hogy ugyanezen a tükrön jégbevonat fog képződni, de most már egyszerű lesz megoldani a Euclid ,,látási problémáit”. Ha szükséges, félévente, évente megismétlik ennek az egy tükörnek a melegítését, ami elenyésző mértékben fogja csak megzavarni a távcső tudományos méréseit.

Hónapok kutatása után végül az ESA irányító központ munkatársainak késő éjjeli munkája, valamint 100 percnyi célzott melegítés meghozta gyümölcsét, a Euclid látása ismét tökéletes. A munkamódszerről készített tanulmányok és a váratlanul sikeres működés pedig a jövőben más, szintén jegesedési problémákkal küzdő űreszközök javításához is hasznos lesz.

Forrás: ESA, ESA