V minulých měsících během fáze jemného ladění, postartovní kalibrace přístrojů teleskopu Euclid a jeho příprav na začátek prvního vědeckého průzkumu si experti všimli drobného, ale postupně se zhoršujícího poklesu množství světla hvězd, které přístroj VIS sleduje. Ukázalo se, že Euclid čelí relativně běžnému problému, který zažívají kosmické sondy, když se dostanou do kosmického prostoru. Voda absorbovaná konstrukcí ze vzduchu během sestavování na Zemi se nyní vlivem okolního vakua postupně uvolňuje z určitých dílů. Ve velmi chladných podmínkách, které Euclid potřebuje k práci, pak tyto uvolněné molekuly přimrznou na prvním povrchu, kterého se dotknou. A pokud je tím povrchem vysoce citlivá optika kosmického teleskopu, může nastat problém.

„Porovnáváme množství světla, které přichází do přístroje VIS se staršími záznamy o jasu stejných hvězd ať už z misí Euclid či Gaia,“ vysvětluje Mischa Schirmer, vědec z konsorcia kolem teleskopu Euclid, který se zaměřuje na kalibrace. Je také jedním z hlavním tvůrců nového plánu na odmrazení. „Některým hvězdám se jas mění, ale v případě většiny bývá stabilní po miliony let. Takže když naše přístroje zaznamenaly lehký, ale postupně se zhoršující pokles přicházejících fotonů, věděli jsme, že chyba bude na naší straně.“

Už dříve se očekávalo, že by mohlo dojít k postupnému vytvoření tenké vrstvy ledu, která by narušila výhled teleskopu Euclid, protože je velmi náročné postavit a vypustit sondu ze Země, aniž by do jejích dílů neproklouzla nějaká voda z atmosféry. Z tohoto důvodu byla krátce po startu provedena „odplyňovací kampaň“, ve které byl teleskop zahřát pomocí palubních ohřívačů a částečně vystaven Slunci. To mělo vést k vysublimování vodních molekul, které byly při startu přítomny na površích teleskopu, nebo se nacházely velmi mělko pod povrchem. Nemalá část těchto vodních molekul však nezmizela, protože ji pohltila vícevrstvá izolace a nyní se pomalu a postupně uvolňuje do kosmického vakua.

Po velkém množství rozborů (včetně laboratorních studií zaměřených na to, jak droboulinké vrstvičky ledu na površích zrcadel rozptylují a odrážejí světlo) a po měsících kalibrací v kosmickém prostoru mohl tým určit, že několik vrstviček vodních molekul zřejmě namrzlo na zrcadlech optiky teleskopu Euclid. Nepředstavujte si však námrazu, jakou známe třeba ze skel automobilů v zimě. Velmi pravděpodobně mají tyto vrstvy tloušťku jen pár desítek nanometrů (to je zhruba jako šířka DNA), což opět dokládá, jak vysoká je citlivost detektorů teleskopu Euclid, když dokáží zaznamenat vliv tak malého množství ledu. Zatímco vědecká pozorování pokračují, inženýři připravili plán, jak porozumět tomu, ve kterých částech optického systému se led nachází a jak minimalizovat jeho účinky – jak aktuálně, tak i v budoucnu, pokud by se opět začal hromadit.

„Komplexní mise vyžaduje jednotnou reakcí od týmů po celé Evropě a já jsem nesmírně vděčný za snahu a zkušenosti, které tolik lidí věnuje této záležitosti,“ říká Ralf Kohley, vědec, který má na starost provoz přístrojů na Euclidu, koordinuje také další postup a dodává: „Bylo zapotřebí expertů z technologického srdce agentury ESA, z nizozemského ESTECu, střediska vědeckých činností ESAC v Madridu a týmu pro řízení letu v řídícím středisku ESOC v Darmstadtu. Nezvládli bychom to však bez konsorcia a kritických postřehů, které jsme dostali od hlavního výrobce teleskopu, firmy Thales Alenia Space a jejího průmyslového partnera, firmy Airbus Space.“

Nejsnazší možností by bylo použít dekontaminační postupy, které byly vyvinuty už dlouho před samotným startem a ohřát celý teleskop. Týmy v řídícím středisku by poslaly na Euclid pokyny, aby se všechny ohřívače na palubě zapnuly a po dobu několika dní postupně zvyšovaly teplotu ze zhruba -140°C na (v některých částech teleskopu) -3°C. Tento postup by vyčistil optiku, ale také by ohřál celou mechanickou strukturu teleskopu. A když se většina materiálů ohřeje, dojde k jejich rozpínání. Po několik týdnů trvajícím následném chladnutí se navíc daný materiál nemusí vrátit do naprosto přesného tvaru a pozice jaké měl před ohřátím. To znamená, že by tento postup mohl přinést drobné rozdíly v mimořádně přesném zarovnání optických prvků. Pro takto citlivou misi to není vůbec dobrý přístup, protože u Euclidu se na optice projeví dokonce i vliv změny teploty o pouhý zlomek stupně, což vyžaduje alespoň několikatýdenní jemnou rekalibraci.

„Většina ostatních kosmických misí nemá tak striktní požadavky na tepelně-optickou stabilitu jako Euclid,“ vysvětluje Andreas Rudolph, letový ředitel mise Euclid v řídícím středisku agentury ESA a dodává: „Aby mohl naplnit své vědecké cíle, tedy vytvořit 3D mapu vesmíru pozorováním miliard galaxií až do vzdálenosti 10 miliard světelných let na více než třetině oblohy, musí být jeho mise mimořádně stabilní a to se týká i teploty. Zapínání ohřívačů v servisní části teleskopu tedy musí být realizováno s maximální opatrností.“ K omezení teplotních změn, začne tým ohřívat méně citlivé optické části, které bychom našli v místech, kde by uniklé molekuly vody zřejmě nemohly kontaminovat další přístroje a optické prvky. Začne se tedy s dvojicí zrcadel, které mohou být ohřívána nezávisle. Pokud se pokles zachytávaného světla zhorší a začne mít vliv na vědecká pozorování, budou odborníci pokračovat s ohříváním dalších skupin zrcadel a pokaždé se bude sledovat, jaký vliv měl tento postup na počet zachycených fotonů.

Malinké množství vody se bude z Euclidu uvolňovat po zbytek jeho mise, takže je zapotřebí dlouhodobé řešení pro pravidelné odmrazování, které by nevyžadovalo mnoho cenného času – Euclid má na dokončení své průzkumné mise šest let. „VIS bude měřit slabé gravitační čočkování (tedy to, jak se hmota ve vesmíru vlivem gravitace při rozpínání vesmíru shlukuje) a abychom tomu porozuměli, čím více galaxií budeme pozorovat, tím lépe,“ říká Reiko Nakajima, vědkyně, která se podílí na přístroji VIS a dodává: „Odmrazování by mělo obnovit a zachovat schopnost Euclidu sbírat světlo z těchto dávných galaxií, ale je to poprvé, kdy budeme tuto činnost provádět. Máme velmi dobrou představu o tom, na kterých površích se led drží, ale dokud to neuděláme, tak si nebudeme jistí.“

„Jakmile jsme izolovali zasaženou oblast, věříme, že v budoucnu budeme moci tuto izolovanou část jednoduše zahřívat podle potřeby. To, co děláme, je velmi komplexní a jemné, abychom mohli v budoucnu ušetřit drahocenný čas. Nemohu se dočkat, až zjistíme, kde se led hromadí a jak dobře bude náš plán fungovat,“ doplňuje Mischa Schirmer. Navzdory tomu, jak běžným problémem je tato kontaminace kosmických sond pracujících v chladných podmínkách, bylo na toto téma publikováno jen překvapivě málo vědeckých prací, které by se zaměřovaly na to, jak přesně se tento led formuje na optických površích a jaký má vliv na pozorování. Ve výsledku tak můžeme říct, že Euclid pomůže nejen odhalit podstatu temné energie a hmoty, ale také by si mohl posvítit na problém, který už dlouho trápí kosmické observatoře, ať už hledí dolů na Zemi a nebo do širého vesmíru.

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/…/6/68/Euclid_looking_into_the_Universe_ESA24697255.jpeg
https://www.esa.int/…/The_VIS_and_NISP_instruments_on_Euclid_s_payload_module.jpg
https://www.researchgate.net/…showing-the-light-beams-for-the-VIS-NISP-and-FGS.png
https://www.esa.int/…/Instruments_installed_on_Euclid_spacecraft.jpg
https://scontent-prg1-1.xx.fbcdn.net/…d9973fb70f9e66c5d6a831ae4d32858b&oe=5FA95D77
http://sci.esa.int/science-e-media/img/09/ESA_Euclid_Primary_Mirror.jpg