"Explorer 11: Ғарыштық Гамма Сәулелер Астрономиясының Бастауы"
Explorer 11
Explorer 11: NASA спутнигі ғарыштағы гамма-сәуле телескопын алып ұшты. 1961 ж. іске қосылып, гамма-сәуле астрономиясының бастауын берді. Космикалық сәулелерді анықтады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Explorer 11 (сонымен қатар S 15 деп те аталады) – NASA спутнигі, ол ғарышта алғашқы гамма сәулелі телескопты алып жүрді. Бұл ғарыш гамма сәулелері астрономиясының басталуын белгіледі. Спутник 1961 жылдың 27 сәуірінде Juno II арқылы ұшырылды және 1961 жылдың 17 қарашасына дейін деректерді қайтарып берді, осы кезде қуатпен қамтамасыз етудегі мәселелер ғылыми миссияны тоқтатты. Ғарыш аппаратының жеті айлық қызмет ету кезеңінде гамма сәулелерінен жиырма екі оқиға және шамамен 22 000 ғарыш сәулелену оқиғасы тіркелді.
NASA satellite of the Explorer program
Explorer 11 (also known as S 15) was a NASA satellite that carried the first space borne gamma ray telescope. This marked the beginning of space gamma ray astronomy. Launched on 27 April 1961 by a Juno II, the satellite returned data until 17 November 1961, when power supply problems ended the science mission. During the spacecraft's seven month lifespan it detected twenty two events from gamma rays and approximately 22,000 events from cosmic radiation.
Іске қосу
"Эксплорер-11" ғарыш кемесі жоғары энергиялы гамма сәулелерінің көздерін анықтау мақсатында ұшырылды. Ғарыш кемесінің апогейі , перигейі , айналыс периоды 108,10 минут және еңімі 28,90° болды. Гамма сәулелерін анықтаумен қатар, "Эксплорер-11" олардың бағытын галактика жазықтығына, Галактикалық орталыққа, Күнге және басқа белгілі радио шу көздеріне баса назар аудара картаға түсіруге, өлшеулерді ғарыш сәулелерінің ағыны тығыздығымен және жұлдызаралық материяның тығыздығымен байланыстыруға, сондай-ақ Жер атмосферасының жоғары энергиялы гамма сәулелерінің альбедосын өлшеуге арналған. Спутник цилиндр үстіндегі (диаметрі және ұзындығы бойынша) спиральді тұрақтандырылған сегізбұрышты алюминий қораптан құралған. "Эксплорер-11" конструкциясы оның тұрақты қозғалысын ең үлкен инерция моментіне ие көлденең бас осінің айналуы ретінде жасалған. Гамма сәулелері телескопының жиынтығы спутниктің ұзын осіне параллель сезімталдық осімен дөңгелек жазықтықта айналатындай етіп орнатылды. Бұл осьтің кеңістіктегі бағыты оптикалық аспекті детекторлары және көлік антеннасының белгілі сәулелену үлгісін пайдалану арқылы шамамен 5° дәлдікпен анықталды. Борттағы магнитофон ұшырылғанда істен шыққандықтан, телеметриялық мәліметтер екі PM таратушысы арқылы тек нақты уақытта ғана берілді.
Explorer 11 was launched for the purpose of detecting the sources of high energy gamma rays. The spacecraft achieved an orbit with an apogee of , a perigee of , a period of 108.10 minutes, and an inclination of 28.90°. In addition to detecting gamma rays, Explorer 11 was designed to map their direction with emphasis on the plane of the galaxy, the Galactic Center, the Sun, and other known radio noise sources; to relate the measurements to the cosmic ray flux density and the density of interstellar matter; and to measure the high energy gamma ray albedo of the Earth's atmosphere. The satellite was a spin stabilized octagonal aluminum box on a cylinder ( in diameter and long). Explorer 11 was constructed so that its stable motion was an end over end tumble about the transverse principal axis that had the largest moment of inertia. The gamma ray telescope assembly was mounted so that its axis of sensitivity, which was parallel to the long axis of the satellite, would rotate in the plane of tumble. The orientation of this axis in space was determined to approximately 5° by means of optical aspect detectors and the use of the known radiation pattern of the vehicle antenna. Telemetry was provided only in real time by two PM transmitters, since the onboard tape recorder failed at launch.
Кристалл сэндвич / Черенков сауыты
Explorer 11 кристаллды тізбек Черенков детекторы экспериментіне арналған құралдар гамма сәулелі телескоп экспериментіне арналған құралдармен бірдей болды. Гамма-сәулелік экспериментті Массачусетс технология институтының (МИТ) зерттеушілері негізінен 50 МэВ-тан жоғары ғарыштық гамма-сәулелерді анықтау үшін жобалады. Зарядталған бөлшектер туралы деректер сол құралды пайдалана отырып жиналды. Бұл телескоп геомагниттік тұтқындалған протонның қарқындылығы мен бағыттық таралуын анықтау үшін қолданылды. Телескоптың құрамына антикоинциденциялық пластикалық қалқан, натрий йодиді (NaI) және цезий йодиді (CsI) кристалдарының қабаттары және цилиндрлі Черенков детекторы кірді. Пластикалық сцинтилляторлық қалқанның антикоинциденция талабы алынып тасталғанда, зарядталған бөлшектер туралы ақпаратты барлық үш санаушы тіркеді. Сонымен қатар, кристаллды тізбек пен Черенков детекторлары арасындағы зарядталған бөлшектердің сәйкестігі тіркелді. Осы режимде бағыттық мәліметтер алынды. Телескоптың қарауының бағыты ғарыш кемесінің симметрия осімен сәйкес келді. Телескоптың қарауына параллель бағытта түсетін сәуле үшін анықтау тиімділігі осы бағыттан 15° бұрышта 0-ге дейін төмендеді. Әр детектордың энергиялық шектері келесідей болды: (1) сцинтилляциялық пластик (жоғарғы бөлігі), электрондар үшін 350 кэВ, протондар үшін 3,5 МэВ, (2) сцинтилляциялық пластик (төменгі бөлігі), электрондар үшін 400 кэВ, протондар үшін 35 МэВ, (3) кристаллды тізбек, электрондар үшін 400 кэВ, протондар үшін 75 МэВ және (4) Черенков, электрондар үшін 15 МэВ, протондар үшін 350 МэВ. Зарядталған бөлшектер туралы деректерді жинақтау уақыты шамамен 30 секундты құрады. Explorer 11-дегі бір масштабтау тізбегі бір уақытта бір арнаны бақылауға мүмкіндік берді. Құрал орбитада жұмыс істеп тұрған 7 ай ішінде 141 сағат (3%) ғана пайдалы бақылау уақыты деп есептелді. Осы уақыт ішінде телескоп гамма-сәулелер мен зарядталған бөлшектерді бақылады.
The instrumentation for the Explorer 11 crystal sandwich Cherenkov detector experiment was the same as that used for the gamma ray telescope experiment. The gamma ray experiment was designed by researchers at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) primarily to detect cosmic gamma rays greater than 50 MeV. Charged particle data were collected using the same instrument. This telescope was used to determine the intensity and pitch angle distribution of geomagnetically trapped protons. The telescope consisted of an anticoincidence plastic shield, layers of Sodium iodide (NaI) and Caesium iodide (CsI) crystals, and a cylindrical Cherenkov detector. When the anticoincidence requirement of the plastic scintillator shield was removed, charged particle information was recorded by all three counters. In addition, charged particle coincidences between the crystal sandwich and Cherenkov detectors were recorded. In this mode, directional information was obtained. The solid angle area factor of the telescope was about The look direction of the telescope was identical to the symmetry axis of the spacecraft. For a beam incident parallel to the look direction of the telescope, the detection efficiency fell to 0 at 15° from this direction. The energy thresholds for each detector were as follows: (1) scintillation plastic (upper portion), electrons 350 keV, protons 3.5 MeV, (2) scintillation plastic (lower portion), electrons 400 keV, protons 35 MeV, (3) crystal sandwich, electrons 400 keV, protons 75 MeV, and (4) Cherenkov, electrons 15 MeV, protons 350 MeV. The accumulation time for the charged particle data was approximately 30 seconds. A single scaling circuit in Explorer 11 permitted one channel at a time to be monitored. During the 7 months in which the instrument was turned on and working in orbit, only 141 hours (3%) were considered useful observing time. During this time, the telescope was monitored for gamma rays and charged particles.
Фосвич-Черенков телескопы
Бұл эксперимент аспан сферасынан жоғары энергиялы гамма сәулелерін (50 МэВ-тан жоғары) іздеу үшін жоспарланған. Негізгі детектор схемасы бір фотокөбейтушімен қаралатын NaI және CsI сцинтилляциялық кристалдарынан (20 г/см²) жасалған сэндвич және екі фотокөбейтушімен қаралатын Lucite Cherenkov санағышынан тұрды. Оны бес фотокөбейтуші бақылайтын жалтыраған пластиктен жасалған қалқан қоршап тұрды. Сэндвич детекторы жұптар өндірісі процесінде жоғары атомдық санды материалмен қамтамасыз етті, яғни энергетикалық гамма сәулелері электрон-позитрон жұптарына айналдырылды. Электрондар мен позитрондар Черенков санағышына енді, ол оның көлемін тек төмен қарай өтетін бөлшектерді анықтады. Екі ПМТ-дан бір мезгілде алынған электр сигналдары телескоптан бір немесе бірнеше зарядталған бөлшектер өткенін көрсетті. Телескопты іске қосқан кезде айналасындағы пластикалық қалқаннан алынған сигналдардың болуы немесе болмауы, іске қосуға зарядталмаған немесе зарядталған бөлшектің себепкер болғанын көрсетті. Сонымен қатар, сэндвич детекторды қараған фотокөбейтушіден келетін сигналдардың «соңғы» және «жалпы» компоненттері нейтрон мен гамма сәулелерінен туындаған оқиғаларды ажыратуға мүмкіндік берді. Эксперимент 1961 жылдың 17 қарашасына дейін қалыпты жұмыс істеді. Массачусетс технология институтында (МИТ) әзірленген Explorer 11 телескопы жоғары энергиялы гамма сәулелерінің келу бағыттары мен энергиясын өлшеу үшін сэндвич сцинтиллятор детекторы мен Черенков санағышының комбинациясын пайдаланды. Телескопты бағыттау мүмкін болмағандықтан, ғарыш кемесі аспан сферасын сканерлеу үшін баяу айналды. Жоспарланғаннан жоғары орбитаға шығу салдарынан ғарыш кемесі Ван Аллен сәулелендіру белдеуінің детекторына кедергі келтіретін сәулеленуге түсті, сондай-ақ борттағы таспа жазу құрылғысының ерте жұмыс істемей қалуына байланысты, құрал жұмыс істеген шамамен 7 айдың ішінде тек 141 сағат пайдалы бақылау уақытын ғана жинауға мүмкіндік болды. Осы уақыт ішінде отыз бір «гамма сәулесінің іздері» тіркелді, телескоп Жер атмосферасынан едәуір алыс бағытта бағытталған кезде, бұл кәдімгі ғарыштық сәулелер протондарының ауа атомдарымен өзара әрекеттесуінен туындаған гамма сәулелерінің салыстырмалы түрде жарық көзі болып табылады. Отыз бір келу бағытының аспандық таралуы кез келген ықтимал ғарыштық көздің бағытымен статистикалық маңызды корреляцияны көрсетпеді. Мұндай корреляцияның болмауына байланысты, отыз бір оқиғаның себебін ғаламдық шығу тегі бар гамма сәулелері ретінде анықтау мүмкін болмады. Сондықтан эксперимент нәтижелері бұрынғы шарлық эксперименттерден алынған шектерден айтарлықтай төмен жоғарғы шектер ретінде жарияланды. 1967 жылы ұшырылған Орбиталық Күн обсерваториясы 3 (OSO 3) ғарыш аппаратында да МИТ-те әзірленген жақсартылған гамма сәулелері телескопы орнатылды. Ол галактикалық және галактикадан тыс көздерден жоғары энергиялы ғарыштық гамма сәулелерін алғашқы нақты бақылауға қол жеткізді. Кейінгі эксперименттер, орбитада да, жерде де, ғаламшарымызда және одан тыс жерлерде ғарыштық гамма сәулелерінің көптеген дискретті көздерін анықтады.
This experiment was designed to search for high energy gamma rays (greater than 50 MeV) from the celestial sphere. The basic detector scheme consisted of a sandwich of NaI and CsI scintillating crystals (20 g/cm2), viewed by a single photomultiplier, and a Lucite Cherenkov counter, viewed by two photomultipliers. It was completely surrounded by a shield of scintillating plastic viewed by five photomultipliers. The sandwich detector provided high atomic number material for the pair production process, i. e., energetic gamma rays were converted into electron positron pairs. The electrons and positrons then entered the Cherenkov counter, which detected particles traversing its volume in only the downward sense. The simultaneous electric signals from its two PMTs indicated that one or more charged particles had traversed the telescope. The signals or lack of signals from the surrounding plastic shield at the instant the telescope had been triggered indicated whether the triggering was caused by an uncharged or charged particle. Also, the "last" and "total" components of the signals from the photomultiplier that viewed the sandwich detector afforded a method of distinguishing neutron and gamma ray induced events. The experiment performed normally from launch until 17 November 1961. The Explorer 11 telescope, developed at Massachusetts Institute of Technology (MIT), used a combination of a sandwich scintillator detector along with a Cherenkov counter to measure the arrival directions and energies of high energy gamma rays. Since the telescope could not be aimed, the spacecraft was set in a slow spin to scan the celestial sphere. Due to a higher than planned orbit that carried the spacecraft into the detector jamming radiation of the Van Allen radiation belt, and an early failure of the on board tape recorder, only 141 hours of useful observing time could be culled from about 7 months during which the instrument operated. During this time thirty one "gamma ray signature" events were recorded when the telescope was pointing in directions well away from the atmosphere of Earth, which is a relatively bright source of gamma rays produced in interactions of ordinary cosmic ray protons with air atoms. The celestial distribution of the thirty one arrival directions showed no statistically significant correlation with the direction of any potential cosmic source. Lacking such a correlation, the identification of the cause of the thirty one events as gamma rays of cosmic origin could not be established. The results of the experiment were therefore reported as upper limits that were significantly lower than the limits obtained from previous balloon borne experiments. An improved gamma ray telescope, also developed at MIT, was flown on the Orbiting Solar Observatory 3 (OSO 3), which was launched in 1967. It achieved the first definitive observation of high energy cosmic gamma rays from both galactic and extragalactic sources. Later experiments, both in orbit and on the ground, have identified numerous discrete sources of cosmic gamma rays in our galaxy and beyond.