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.

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.

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.

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.