远紫外分光探测器
编译:Shea


FUSE概况
                            

    数百年来,天文学家仅仅在我们眼睛看得见的可见光波段观测宇宙。但是,可见光只是电磁波谱中的一小部分,电磁波涵盖从γ射线、X射线、紫外线、可见光,一直到红外线和无线电波。“不”可见光中的大部分被我们地球的大气所阻挡,但是近40年来,天文学家使用大气层上的望远镜对它们进行了观测,取得了全新的宇宙图景。其中之一就是由远紫外分光探测器(Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer,FUSE)所提供的。由NASA资助,作为“起源计划”(Origins program)的一部分,FUSE于1999年6月24日搭乘德尔塔Ⅱ型火箭升空入轨。

   FUSE由约翰·霍普金斯大学为NASA研制,它对这个计划的所有方面负首要责任,包括探测器的研制和控制。同时,加拿大和法国空间局也参与了FUSE的研制,它们也分享了FUSE的观测时间。这是第一次由一所大学全权负责一个空间探测器的研发和控制。

                             
   FUSE被设计来完成独特的任务,同时它也是NASA其他探测器的补充。FUSE专门用来探测电磁波谱中的远紫外线(波长大约90-120纳米)。而且FUSE具有先前的设备所不具有的高灵敏的和分辨本领。

   FUSE包含两大主要部分:航天器和科学设备。航天器包含卫星的动力和指向设备:高度控制系统,太阳能电池板,电子通信设备和天线。科学设备用于收集来自遥远天体的辐射,包含分光和数据记录设备:望远镜,摄谱仪(和它的探测器)以及一部电子导星照相机,被称为微小误差传感器(Fine Error Sensor,FES)。航天器和科学设备拥有各自独立的计算机,以此来控制卫星的活动。

   通过FUSE所取得的特殊数据,天文学家正在从一个全新的角度来研究宇宙。特别的,他们期望从中可以找到许多长期悬而未决的问题的答案,例如,“宇宙大爆炸最初的几分钟处于什么状态?”,“化学元素是如何传遍整个星系的,以及它们是如何影响星系演化的?”,“形成恒星以及太阳系的星际气体又有什么特性?”所有这些问题都有待FUSE从恒星、星际气体和遥远星系的远紫外辐射中来寻找答案。

   NASA的FUSE小组还将对宇宙中氘的丰度进行广泛的研究。同时他们也对银河系和麦哲伦星云中的炽热气体进行研究。

FUSE工作原理

                           
   为了完成它的任务,FUSE使用了许多特殊的设计。例如,与一块镜面相反,FUSE使用了四块镜面来反射光线并使之聚焦。其中两块镜片镀有碳化硅,它对短波紫外线具有极佳的反射能力,另两块则镀有铝和氟化锂,它们能很好的反射长波紫外线。这就使得FUSE对整个紫外波段都进行了优化。而且,FUSE又安装了两个探测器来探测入射的紫外线,并且对数据进行记录。

   通过四个光栅,进入FUSE的光线发生色散,成为一个光谱。FUSE的光栅非常的大,具有大量细小而平行的狭缝。它可以使光线发生色散,成为一个光谱,大量的狭缝使它具有极高的分辨本领。FUSE的光栅并非是平的而是弯曲的,这就给制造带来了很大的难度。

   微小误差传感器(FES)是FUSE的眼睛。FES在可见光波段工作,它可以对望远镜指向旁的1/3度的区域成像。它可以探测到暗至14等的恒星,比人眼所能见的极限还要暗上5000-10000倍。

FUSE主要设备

Ⅰ航天器
                      
   FUSE航天器正在轨道科学公司的洁净室内,它即将被运往约翰霍普金斯大学应用物理实验室。照片拍摄于1998年3月。

Ⅱ摄谱仪
                      
   摄谱仪,光从光栅(位于图片上方)入射,到达探测器(位于下方)。照片拍摄于1998年2月。

ⅢFUSE的镜面
                     
   FUSE通过四块镜片来聚焦光线;这四块镜片可以同时高效的工作!每块镜片都有39cm-35cm(几乎是正方形的),它们被置于离轴抛物线上以聚焦来自摄谱仪的光线。

   照片展示了位于约翰霍普金斯大学应用物理实验室的一个洁净室中的FUSE镜面,它被安放在将来的望远镜镜片支架上。

Ⅳ微小误差传感器

   FUSE装备有两台微小误差传感器(FES),每一块有镀有氟化锂的镜面。每一台FES都包含有一架灵敏的CCD照相机。这些照相机可以对观测目标旁的一小块天区(19.5'×19.5')进行可见光成像。FES通过目标旁的恒星来确定位置,并且将信息传给卫星控制系统,以保持在曝光中目标始终位于FUSE视场的中央(精度在0.5"左右)。在实际应用中每次只有一个FES在工作:另一个作为备份系统。

                        
   -Y FES的模型。从左至右分别为:CCD照相机,冷却器及其散热片,以及控制箱。此模型由Russ Alexander制作(CSA FES项目经理)。

Ⅴ光栅
                        
   FUSE光栅大约有0.11平方米,其表面每毫米有5300-5800线(确切的数字随位置不同而变化,而且它们微微的弯曲)。如果将FUSE光栅上的每一条线首尾相接,它总长可以达到480公里。FUSE光栅可以使远紫外线发生色散形成具有高光谱分辨率的分析光谱。

 

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