Для чего нужен рентгеновский телескоп
Рентгеновский телескоп
Рентгеновский телескоп (англ. X-ray telescope, XRT ) — телескоп, предназначенный для наблюдения удаленных объектов в рентгеновском спектре. Для работы таких телескопов обычно требуется поднять их над атмосферой Земли, непрозрачной для рентгеновских лучей. Поэтому телескопы размещают на высотных ракетах или на ИСЗ.
Содержание
Оптическая схема
Из-за большой энергии рентгеновские кванты практически не преломляются в веществе (следовательно, тяжело изготовить линзы) и не отражаются при любых углах падения, кроме самых пологих (около 90 градусов).
Рентгеновские телескопы могут использовать несколько методов для фокусирования лучей. Наиболее часто используются телескопы Вольтера (с зеркалами скользящего падения), кодирование апертуры и модуляционные (качающиеся) коллиматоры. Ограниченные возможности рентгеновской оптики приводят к более узкому полю зрения по сравнению с телескопами, работающими в диапазонах УФ и видимого света.
Зеркала
Использование рентгеновских зеркал для внесолнечной астрономии требует одновременно:
Зеркала могут быть изготовлены из керамики или металлической фольги. Наиболее часто для рентгеновских зеркал скользящего падения используются золото и иридий. Критический угол отражения сильно зависит от энергии фотонов. Для золота и энергии в 1 кэВ, критический угол составляет 3,72 °.
Кодирование апертуры
Многие рентгеновские телескопы используют кодирование апертуры для получения изображений. В этой технологии перед матричным детектором устанавливается маска в виде решетки из чередующихся особым образом прозрачных и непрозрачных элементов (например, квадратная маска в виде матрицы Адамара). Данный элемент для фокусировки и получения изображений весит меньше, чем другие варианты рентгеновской оптики (поэтому часто используется на спутниках), но при этом требует большей пост-обработки для получения изображения.
Диапазоны энергий
Телескопы
Exosat
На борту Exosat размещено два низкоэнергетических рентгеновских телескопа типа Wolter I с возможностью получения изображений. В фокальной плоскости могут быть установлены
Телескопы жёсткого рентгеновского диапазона
На борту Седьмой орбитальной солнечной обсерватории (OSO 7) находился рентгеновский телескоп жёсткого диапазона. Характеристики: диапазон энергий 7 — 550 кэВ, поле зрения 6,5° эффективная площадь
Телескоп ФИЛИН
Телескоп ФИЛИН, установленный на станции Салют-4, состоял из трёх газовых пропорциональных счётчиков с общей рабочей площадью 450 см², диапазон энергий 2-10 кэВ, и одного с рабочей площадью 37 см², диапазон энергий 0,2-2 кэВ. Поле зрения ограничено щелевым коллиматором полушириной 3° x 10°. Инструменты включают фотоэлементы, смонтированные вне станции вместе с датчиками. Измерительные модули и питание расположены внутри станции.
Калибровка датчиков по наземным источникам производилась параллельно с полётными операциями в трёх режимах: инерциальная ориентация, орбитальная ориентация и обзор. Данные собирались в четырёх энергетических диапазонах: 2-3,1 кэВ, 3,1-5,9 кэВ, 5,9-9,6 кэВ и 2-9,6 кэВ на больших детекторах. Малый датчик имеет ограничители, устанавливаемые на уровни 0,2, 0,55, 0,95 кэВ.
Телескоп SIGMA
Телескоп жесткого рентгеновского и низкоэнергетического гамма-диапазона SIGMA покрывает диапазон 35-1300 кэВ [2] с эффективной площадью 800 см² и полем зрения максимальной чувствительности
5° × 5°. Максимальное угловое разрешение 15 минут дуги [3] Энергетическое разрешение — 8 % при 511 кэВ. [4] Благодаря сочетанию кодирующей апертуры и позиционно-чувствительных датчиков на основе принципов камеры Ангера, телескоп способен строить изображения. [5]
Рентгеновский телескоп АРТ-П
Рентгеновский телескоп АРТ-П покрывает диапазон энергий от 4 до 60 кэВ (изображения) и от 4 до 100 кэВ (спектроскопия и измерения временных параметров). Состоит из четырёх идентичных модулей, содержащих позиционно чувствительный пропорциональный счётчик и кодирующую маску типа URA. Каждый модуль имеет эффективную площадь около 600 см², соответствующую полю зрения 1,8° x 1,8°. Угловое разрешение — 5 минут дуги, временное — 3,9 мс, энергетическое — 22 % при 6 кэВ. [6] Инструмент достиг чувствительности в 0.001 потока Крабовидной туманности при восьмичасовой экспозиции. Максимальное временное разрешение — 4 мс. [5] [4]
Фокусирующий рентгеновский телескоп
Широкополосный рентгеновский телескоп (BBXRT) был выведен на орбиту шаттлом Колумбия (STS-35) как часть полезной нагрузки ASTRO-1. BBXRT был первым фокусирующим телескопом, действующим в широком энергетическом диапазоне 0,3-12 кэВ со средним энергетическим разрешением 90 эВ при 1 кэВ и 150 эВ при 6 кэВ. Два сонаправленных телескопа с сегментированным твердотельным спектрометром Si(Li) каждый (детекторы A и B), состоящим из пяти пикселей. Общее поле зрения 17.4’ в диаметре, поле зрения центрального пикселя 4’ в диаметре. Общая площадь: 765 см² при 1,5 кэВ, 300 см² при 7 кэВ.
HEAO-2
Первая в мире орбитальная обсерватория с зеркалами с скользящим отражением рентгеновских фотонов. Запущена в 1978 году. Эффективная площадь около 400 кв.см на энергии 0.25 кэВ и около 30 кв.см на энергии 4 кэВ.
Чандра
XRT на КА Swift (миссия MIDEX)
Телескоп XRT на борту КА Swift миссии MIDEX (диапазон энергий 0.2-10 КэВ) использует телескоп Вальтера 1-го типа для фокусирования рентгеновских лучей на термоэлектрически охлаждаемую ПЗС-матрицу. [7] Научный инструмент разработан с целью измерения потока, спектра и кривых светимости гамма-всплесков (GRB) и их послесвечений в широком динамическом диапазоне, покрывающем более 7 ступеней интенсивности потока. XRT способен определять координаты вспышек с точностью до 5 секунд дуги в течение 10 секунд после захвата цели (для типичного всплеска) и может изучать рентгеновскую составляющую гамма-всплеска, начиная с 20-70 секунды после обнаружения вспышки и на протяжении нескольких дней или недель.
Общая длина телескопа — 4,67 метра, фокусное расстояние 3500 мм, диаметр 0,51 метра. [7] Первичный структурный элемент — алюминиевая оптическая скамья interface flange at the front of the telescope, которая поддерживает переднюю и заднюю трубы телескопа, зеркальный модуль, отражатель электронов, внутренняя выравнивающая (?) наблюдательная оптика и камера; плюс точки крепления к обсерватории Swift. [7]
Труба телескопа диаметром 508 мм сделана из двух секций графитовых волокон и циановых эфиров. Внешний слой из графитовых волокон создан уменьшить продольный коэффициент теплового расширения, тогда как внутренняя сложная труба облицована изнутри парозащитным барьером (vapor barrier) из алюминиевой фольги от проникновения внутрь телескопа водяных паров или эпоксидных загрязнителей. [7] XRT содержит переднюю часть, окружённую зеркалами и держащую затворную сборку и астронавигационный блок, и заднюю, держащую камеру фокальной плоскости (focal plane camera) и внутренний оптический экран. [7]
Зеркальный модуль содержит 12 вложенных зеркал скользящего падения типа Wolter I, закреплённых на передних и задних крестовинах. Пассивно нагреваемые зеркала — позолоченные никелевые оболочки длиной 600 мм и диаметром от 191 до 300 мм. [7]
X-ray imager имеет эффективную площадь 120 см2 на 1,15 кэВ, поле зрения 23,6 x 23,6 угловых минут и угловое разрешение (θ) 18 секунд дуги на диаметре половинной мощности (HPD, half-power diameter). Чувствительность детектора — 2·10 −14 эрг см −2 с −1 10 4 секунд. Функция рассеяния точки (PSF, point spread function) зеркала — 15 секунд дуги HPD в фокусе (1,5 кэВ). Зеркало слегка расфокусировано для более равномерной PSF по всему полю зрения, как следствие, PSF инструмента 18 секунд дуги.
Рентгеновский телескоп нормального падения
История рентгеновских телескопов
Первый рентгеновский телескоп использовался для наблюдений за Солнцем. Первое изображение Солнца в рентгеновском спектре было получено в 1963 году, при помощи телескопа, установленного на ракете.
Рентгеновские телескопы: характеристики и свойства
Если говорить кратко, рентгеновские телескопы способны «видеть» космическое пространство в диапазоне длин волн от
10⁻² Å (Ангстрем) – энергетический спектр, который находится между УФ- и гамма-излучением.
Особенности рентгеновских телескопов, принцип действия
Если подробней рассмотреть особенности рентгеновского телескопа и принцип действия этого оборудования, то можно найти некоторые принципиальные различия между ним и другими оптическими приборами для изучения Вселенной.
Конструкция рентгеновского телескопа обусловлена особенностями R-лучей. Они способны поглощаться поверхностью. И только при параллельном или почти параллельном положении по отношению к ней их можно уловить. Поэтому основная характеристика рентгеновского телескопа – создание условий для «ловли» такого специфического излучения. Самым распространенным является телескоп системы Вольтера, в котором используются зеркала косого падения.
Наиболее эффективными в наблюдениях за Вселенной стали космические рентгеновские телескопы, одним из которых является телескоп «Чандра», запущенный на орбиту Земли в 1999 году.
4glaza.ru
Ноябрь 2021
Статья одобрена экспертом: Марина Атланова
Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:
Обзоры оптической техники и аксессуаров:
Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:
Все об основах астрономии и «космических» объектах:
Рентгеновский телескоп
Часто изобретение первого телескопа приписывают Гансу Липпершлею из Голландии, 1570-1619 годы, однако почти наверняка он не являлся первооткрывателем. Скорее всего, его заслуга в том, что он первый сделал новый прибор телескоп популярным и востребованным. А также именно он подал в 1608 году заявку на патент на пару линз, размещенный в трубке. Он назвал устройство подзорной трубой. Однако его патент был отклонен, поскольку его устройство показалось слишком простым.
Рентгеновский телескоп предназначен для наблюдения удаленных космических объектов в рентгеновском спектре. Обычно телескопы размещают на высотных ракетах или на искусственных спутниках, так как атмосфера Земли является весьма серьезной помехой для рентгеновских лучей.
Американский профессор Рикардо Джиаккони вместе с Бруно Росси в далеком 1960 году опубликовали первую в мире схему настоящего рентгеновского телескопа с фокусирующей зеркальной системой. В чем же состоит принципиальное отличие рентгеновского телескопа от других видов телескопов? Дело в том, что рентгеновские кванты из-за своей большой энергии практически не преломляются в веществе, они поглощаются практически при любых углах падения (кроме самых пологих). Именно поэтому было необходимо, чтобы рентгеновские лучи шли почти параллельно отражающему зеркалу. Такое зеркало представляет собой сужающуюся полую трубку с параболической или гиперболической поверхностью, в которую как раз и входит рентгеновский луч. Телескоп Джиаккони и Росси включал в себя несколько вложенных друг в друга трубковидных зеркал с единой центральной осью для того, чтобы максимально увеличить чувствительность прибора. Подобная схема легла в основу всех современных рентгеновских телескопов.
Современные рентгеновские телескопы работают в диапазоне энергий фотонов рентгеновского излучения от от 0,1 до сотен кэВ. Зеркала подобных телескопов изготавливаются из керамики или металлической фольги (часто используется золото и радий). Критический угол отражения будет зависеть от энергии фотонов.
Основная проблема регистрирования рентгеновских лучей связана с тем, что рентгеновский телескоп облучается мощными потоками заряженных частиц и гамма-фотонов различных энергий, которые регистрируются им наравне с рентгеновскими фотонами. Для решения данной проблемы пользуются методом антисовпадений. Для того чтобы точно определить направление на источник рентгеновского излучения, используют устройство, которое состоит из щелевого коллиматора (набора пластин, которые ограничивают поле зрения) и звёздного датчика (регистрирует прошедший через коллиматор рентгеновский фотон). Возникший импульс тока проходит схему антисовпадений, после чего с помощью специального анализатора определяются энергетические характеристики фотона.
Угловое разрешение подобного телескопа со щелевым коллиматором составляет несколько десятков угловых минут. Также в рентгеновских телескопах могут применяться так называемые модуляционные (качающиеся) коллиматоры (здесь угол разрешения составляет несколько десятков секунд). Подобный коллиматор состоит из двух или более проволочных одномерных сеток, которые устанавливаются между детектором и щелевым коллиматором. Наблюдение производится или в режиме сканирования, или либо вращения относительно оси, перпендикулярной плоскости сеток.
Еще одной более совершенной технологией является методика кодирования апертуры для получения изображений. При использовании данной технологии перед матричным детектором устанавливается маска в виде решетки, обладающей неоднородным пропусканием по всей площади (за счет чередования прозрачных и непрозрачных элементов). Такая конструкция весит гораздо меньше и позволяет получить угловое разрешение менее 1′. Примером рентгеновского телескопа является космическая рентгеновская обсерватория «Чандра», запущенная НАСА в 1999 году.
Галетич Юлия, 15.04.2014
Перепечатка без активной ссылки запрещена!
Читайте также о других видах телескопов:
РЕНТГЕНОВСКИЙ ТЕЛЕСКОП
Полезное
Смотреть что такое «РЕНТГЕНОВСКИЙ ТЕЛЕСКОП» в других словарях:
Рентгеновский телескоп — (англ. X ray telescope, XRT) телескоп, предназначенный для наблюдения удаленных объектов в рентгеновском спектре. Для работы таких телескопов обычно требуется поднять их над атмосферой Земли, непрозрачной для рентгеновских лучей.… … Википедия
РЕНТГЕНОВСКИЙ ТЕЛЕСКОП — РЕНТГЕНОВСКИЙ ТЕЛЕСКОП, см. ТЕЛЕСКОП … Научно-технический энциклопедический словарь
РЕНТГЕНОВСКИЙ ТЕЛЕСКОП — прибор для исследования временных и спектральных свойств источников космического рентгеновского излучения (Солнца, пульсаров, квазаров и ряда галактик), а также для определения координат этих источников и построения их изображения. Рентгеновская… … Большая политехническая энциклопедия
Телескоп — Внешние ссылки в этой статье не соответствуют правилам Википедии. Вы можете улучшить эту статью, удалив из неё ссылки, не соответствующие правилам … Википедия
Телескоп Вольтера — Телескопы Вольтера I, II и III типа. Телескопы Вольтера оптические системы рентгеновских телескопов, использующие только зеркала косого падения. Коэффициент отражения рентгеновских лучей при нор … Википедия
Телескоп — а; м. 1. Астрономический оптический прибор для наблюдения и изучения небесных тел по их электромагнитному излучению. Рентгеновский, ультрафиолетовый т. Оптический т. Линзовый, зеркальный т. Монтировка телескопа. Смотреть, рассматривать в т.… … Энциклопедический словарь
телескоп — а; м. 1. Астрономический оптический прибор для наблюдения и изучения небесных тел по их электромагнитному излучению. Рентгеновский, ультрафиолетовый т. Оптический т. Линзовый, зеркальный т. Монтировка телескопа. Смотреть, рассматривать в т.… … Энциклопедический словарь
телескоп — а; м. см. тж. телескопный 1) Астрономический оптический прибор для наблюдения и изучения небесных тел по их электромагнитному излучению. Рентгеновский, ультрафиолетовый телеско/п. Оптический телеско/п. Линзовый, зеркальный телеско/п … Словарь многих выражений
ANS (телескоп) — У этого термина существуют и другие значения, см. ANS. Astronomical Netherlands Satellite (ANS) ANS … Википедия
ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ — наблюдения астрономических объектов с помощью приборов, поднятых за пределы земной атмосферы на борту геофизических ракет или искусственных спутников. Ее основные разделы это астрономия высоких энергий (в рентгеновских и гамма лучах), оптическая… … Энциклопедия Кольера
Рентгеновский телескоп
Рентгеновский телескоп (англ. X-ray telescope, XRT ) — телескоп, предназначенный для наблюдения удаленных объектов в рентгеновском спектре. Для работы таких телескопов обычно требуется поднять их над атмосферой Земли, непрозрачной для рентгеновских лучей. Поэтому телескопы размещают на высотных ракетах или на ИСЗ.
Из-за большой энергии рентгеновские кванты практически не преломляются в веществе (следовательно, тяжело изготовить линзы) и не отражаются при любых углах падения, кроме самых пологих (около 90 градусов). Рентгеновские телескопы могут использовать несколько методов для фокусирования лучей. Наиболее часто используются Шаблон:Translation2 (с зеркалами скользящего падения), кодирование апертуры и модуляционные (качающиеся) коллиматоры. Ограничения рентгеновской оптики приводят к более узкому полю зрения по сравнению с телескопами, работающими в диапазонах УФ и видимого света.
Зеркала
Использование рентгеновских зеркал для несолнечной астрономии требует одновременно:
Зеркала могут быть изготовлены из керамики или металлической фольги. Наиболее часто для рентгеновских зеркал скользящего падения используются золото и иридий. Критический угол отражения сильно зависит от энергии фотонов. Для золота и энергии в 1 кэВ, критический угол составляет 3.72 °.
Кодирование апертуры
Многие рентгеновские телескопы используют кодирование апертуры для получения изображений. В этой технологии перед матричным детектором устанавливается маска в виде решетки из чередующихся особым образом прозрачных и непрозрачных элементов (например, квадратная маска в виде матрицы Адамара). Данный элемент для фокусировки и получения изображений весит меньше, чем другие варианты рентгеновской оптики (поэтому часто используется на спутниках), но при этом требует большей пост-обработки для получения изображения.
Exosat
На борту Exosat два низкоэнергетических рентгеновского телескопа типа Wolter I с возможностью получения изображений. В фокальной плоскости могут быть установлены
Телескопы жёсткого рентгеновского диапазона
На борту Седьмой орбитальной солнечной обсерватории (OSO 7) находился рентгеновский телескоп жёсткого диапазона. Характеристики: диапазон энергий 7 — 550 кэВ, поле зрения 6,5° эффективная площадь
Телескоп ФИЛИН
Телескоп ФИЛИН, установленный на станции Салют-4, состоит из трёх газовых пропорциональных счётчиков с общей рабочей площадью 450 см², диапазон энергий 2-10 кэВ, и одного с рабочей площадью 37 см², диапазон энергий 0,2-2 кэВ. Поле зрения ограничено щелевым коллиматором 3° x 10° полушириной. Инструменты включают фотоэлементы, смонтированные вне станции вместе с датчиками. Измерительные модули и питание расположены внутри станции.
Калибровка датчиков по наземным источникам производилась параллельно с полётными операциями в трёх режимах: инерциальная ориентация, орбитальная ориентация и обзор. Данные собирались в четырёх энергетических диапазонах: 2-3,1 кэВ, 3,1-5,9 кэВ, 5,9-9,6 кэВ и 2-9,6 кэВ на большем датчике. Меньшие датчики имеют ограничители, устанавливаемые на уровни 0,2, 0,55, 0,95 кэВ.
Телескоп SIGMA
Телескоп жесткого рентгеновского и низкоэнергетического гамма-диапазона SIGMA покрывает диапазон 35-1300 кэВ [2] с рабочей площадью 800 см² и полем зрения максимальной чувствительности
5° × 5°. Максимальное угловое разрешение 15 минут дуги [3] Энергетическое разрешение — 8 % при 511 кэВ. [4] Способность построения изображений связано с сочетанием кодирующей маски и позиционно-чувствительные датчики на основе принципов камеры Ангера. [5]
Рентгеновский телескоп АРТ-П
Рентгеновский телескоп АРТ-П покрывает диапазон энергий от 4 до 60 кэВ (изображения) и от 4 до 100 кэВ (спектроскопия и отсчёт времени). Состоит из четырёх идентичных модулей, содержащих позиционно чувствительный пропорциональный счётчик и кодирующую маску. Каждый модуль имеет эффективную площадь 600 см², соответствующую полю зрения 1,8° x 1,8°. Угловое разрешение — 5 минут дуги, временное — 3,9 мс, энергетическое — 22 % при 6 кэВ. [6] Инструмент достиг чувствительности в 0.001 потока Крабовидной туманности при восьмичасовой экспозиции. Максимальное временное разрешение — 4 мс. [5] [4]
Фокусирующий рентгеновский телескоп
Широкополосный рентгеновский телескоп (BBXRT) был выведен на орбиту шаттлом Колумбия (STS-35) как часть полезной нагрузки ASTRO-1. BBXRT был первым фокусирующим телескопом, действующим в широком энергетическом диапазоне 0,3-12 кэВ со средним энергетическим разрешением (90 эВ при 1 кэВ и 150 эВ при 6 кэВ). Два Co-Aligned телескопа с сегментированным Si(Li) твердотельным спектрометром каждый (детекторы A и B), состоящим из пяти пикселей. Общее поле зрения 17.4’ в диаметре, поле зрения центрального пикселя 4’ в диаметре. Общая площадь: 765 см² при 1,5 кэВ, 300 см² при 7 кэВ.
HEAO-2
Чандра
XRT на КА Swift (миссия MIDEX)
Телескоп XRT на борту КА Swift миссии MIDEX (диапазон энергий 0.2-10 КэВ) использует телескоп Вальтера 1-го типа для фокусирования рентгеновских лучей на термоэлектрически охлаждаемую ПЗС-матрицу. [7] Научный инструмент разработан с целью измерения потока, спектра и кривых светимости гамма-всплесков (GRB) и их послесвечений в широком динамическом диапазоне, покрывающем более 7 ступеней интенсивности потока. XRT способен определять координаты вспышек с точностью до 5 секунд дуги в течение 10 секунд после захвата цели (для типичного всплеска) и может изучать рентгеновскую составляющую гамма-всплеска, начиная с 20-70 секунды после обнаружения вспышки и на протяжении нескольких дней или недель.
Общая длина телескопа — 4,67 метра, фокусное расстояние 3500 мм, диаметр 0,51 метра. [7] Первичный структурный элемент — алюминиевая оптическая скамья interface flange at the front of the telescope, которая поддерживает переднюю и заднюю трубы телескопа, зеркальный модуль, отражатель электронов, внутренняя выравнивающая (?) наблюдательная оптика и камера; плюс точки крепления к обсерватории Swift. [7]
Труба телескопа диаметром 508 мм сделана из двух секций графитовых волокон и циановых эфиров. Внешний слой из графитовых волокон создан уменьшить продольный коэффициент теплового расширения, тогда как внутренняя сложная труба облицована изнутри парозащитным барьером (vapor barrier) из алюминиевой фольги от проникновения внутрь телескопа водяных паров или эпоксидных загрязнителей. [7] XRT содержит переднюю часть, окружённую зеркалами и держащую затворную сборку и астронавигационный блок, и заднюю, держащую камеру фокальной плоскости (focal plane camera) и внутренний оптический экран. [7]
Зеркальный модуль содержит 12 вложенных зеркал скользящего падения типа Wolter I, закреплённых на передних и задних крестовинах. Пассивно нагреваемые зеркала — позолоченные никелевые оболочки длиной 600 мм и диаметром от 191 до 300 мм. [7]
X-ray imager имеет эффективную площадь 120 см2 на 1,15 кэВ, поле зрения 23,6 x 23,6 угловых минут и угловое разрешение (θ) 18 секунд дуги на диаметре половинной мощности (HPD, half-power diameter). Чувствительность детектора — 2 x 10 −14 эрг см −2 с −1 10 4 секунд. Функция рассеяния точки (PSF, point spread function) зеркала — 15 секунд дуги HPD в фокусе (1,5 кэВ). Зеркало слегка расфокусировано для более равномерной PSF по всему полю зрения, как следствие, PSF инструмента 18 секунд дуги.
Рентгеновский телескоп нормального падения
Первый рентгеновский телескоп использовался для наблюдений за Солнцем. Первое изображение Солнца в рентгеновском спектре было получено в 1963 году, при помощи телескопа, установленного на ракете.