Kapitel 1 : Chandra Röntgenobservatorium

Das Chandra X-ray Observatory (CXO), das früher als Advanced X-ray Astrophysics Facility (AXAF) bekannt war, ist ein Weltraumobservatorium der Flaggschiff-Klasse, das am 23. Juli 1999 von der NASA an Bord des Space Shuttle Columbia während der Phase des Space Transportation System (STS-93) der Mission gestartet wurde. Die außergewöhnliche Winkelauflösung von Chandras Spiegeln ermöglicht es dem Teleskop, Röntgenquellen zu detektieren, die hundertmal weniger hell sind als jedes andere Röntgenteleskop vor ihm. Da der größte Teil der Röntgenstrahlung von der Erdatmosphäre absorbiert wird, ist es unmöglich, sie mit Teleskopen, die auf der Erde stationiert sind, zu detektieren. Daher werden weltraumgestützte Teleskope benötigt, um diese Beobachtungen durchführen zu können. Chandra ist ein Satellit, der die Erde in einer Entfernung von 64 Stunden umkreist und dessen Mission im Jahr 2024 noch aktiv ist.

Das Hubble-Weltraumteleskop, das Compton Gamma Ray Observatory (1991-2000) und das Spitzer-Weltraumteleskop (2003-2020) gelten alle als solche der Großen Observatorien. Chandra ist ein weiteres dieser Observatorien. Der indisch-amerikanische Astronom Subrahmanyan Chandrasekhar, der mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde, wird mit der Namensgebung des Teleskops geehrt. Trotz der Tatsache, dass Chandra eine weitaus größere Winkelauflösung und XMM-Newton einen größeren spektroskopischen Durchsatz hat, haben die beiden Teleskope unterschiedliche Designschwerpunkte. Die Mission von Chandra ist vergleichbar mit der des XMM-Newton-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation, der 1999 gestartet wurde.

Trotz der Tatsache, dass Chandra noch mehr als ein Jahrzehnt Betriebsdauer hat, droht ihm eine vorzeitige Absage als Folge einer Kürzung der Finanzierung der NASA, die vom US-Kongress im Jahr 2024 umgesetzt wird. Für die Röntgenastronomie in den Vereinigten Staaten wurde die Absage als ein mögliches Ereignis beschrieben, das als "Aussterbeniveau" angesehen werden kann. Eine Gruppe von Astronomen hat sich bemüht, ein öffentliches Projekt zu organisieren, mit dem Ziel, eine ausreichende Anzahl amerikanischer Bürger zu erreichen, um den Kongress der Vereinigten Staaten davon zu überzeugen, ausreichende Finanzmittel bereitzustellen, um eine vorzeitige Schließung des Observatoriums zu verhindern.

Ein Vorschlag für das Chandra-Röntgenobservatorium, das damals als AXAF bezeichnet wurde, wurde der NASA im Jahr 1976 von Riccardo Giacconi und Harvey Tananbaum vorgelegt. Im Jahr darauf begannen die Vorarbeiten am Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) und am Marshall Space Flight Center (MSFC). Das Teleskop wird derzeit für die National Aeronautics and Space Administration (NASA) am Chandra X-ray Center betrieben, das zum Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. Das erste abbildende Röntgenteleskop, bekannt als Einstein (HEAO-2), wurde 1978 von der National Aeronautics and Space Administration in die Umlaufbahn gebracht. In den 1980er und 1990er Jahren wurden die Arbeiten für das AXAF-Projekt fortgesetzt. Im Jahr 1992 wurde das Raumschiff einer Neukonstruktion unterzogen, um Kosten zu sparen. Neben dem Wegfall von zwei der sechs wissenschaftlichen Instrumente wurden auch vier der zwölf geplanten Spiegel entfernt. Die Umlaufbahn, die ursprünglich für AXAF geplant war, wurde zu einer elliptischen umgebaut, und sie wird an ihrem entferntesten Punkt ein Drittel der Entfernung zum Mond erreichen. Obwohl das Space Shuttle dadurch nicht in der Lage war, Verbesserungen oder Reparaturen vorzunehmen, stellte es sicher, dass das Observatorium während des größten Teils seiner Umlaufbahn über den Strahlungsgürteln der Erde bleiben würde. TRW, das heute unter dem Namen Northrop Grumman Aerospace Systems bekannt ist, war für die Montage und Prüfung von AXAF in Redondo Beach, Kalifornien, verantwortlich.

Ein Wettbewerb, der 1998 von der NASA gesponsert wurde und bei dem mehr als 6.000 Antworten aus der ganzen Welt eingingen, führte zur Umbenennung von AXAF in Chandra. Die Namen wurden von den Gewinnern des Wettbewerbs, Jatila van der Veen und Tyrel Johnson, vorgeschlagen, die beide damals Highschool-Schüler waren. Sie taten dies zu Ehren von Subrahmanyan Chandrasekhar, einem indisch-amerikanischen Astrophysiker, der mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Seine Arbeiten zur Bestimmung der maximalen Masse von Weißen Zwergsternen haben zu einem besseren Verständnis hochenergetischer astronomischer Phänomene wie Neutronensterne und Schwarze Löcher geführt. Er ist bekannt für seine Beiträge auf diesem Gebiet. Es scheint passend, dass der Name Chandra vom Sanskrit-Wort für "Mond" abstammt.

Der Start des Satelliten war ursprünglich für Dezember 1998 geplant; Es wurde jedoch um mehrere Monate verschoben und schließlich am 23. Juli 1999 um 04:31 UTC vom Space Shuttle Columbia während STS-93 gestartet. Um 11:47 UTC traf Cady Coleman aus Kolumbien ein und entsandte Chandra in die Vereinigten Staaten. Um 12:48 UTC zündete der Motor der ersten Stufe der Trägheitsoberstufe. Nach einer Zeit von 125 Sekunden des Brennens und Trennens startete der Motor der zweiten Stufe um 12:51 UTC und brannte 117 Sekunden lang. Mit einem Gewicht von 22.753 Kilogramm war es die größte Nutzlast, die jemals von dem Shuttle gestartet wurde. Dies lag daran, dass das Shuttle ein zweistufiges Inertial-Upper-Stage-Booster-Raketensystem benötigte, um das Raumfahrzeug in seine hohe Umlaufbahn zu bringen.

Chandra gibt seit seiner ersten Einführung vor einem Monat Daten zurück. In Zusammenarbeit mit dem Massachusetts Institute of Technology und Northrop Grumman Space Technology wird es von der Space Agency Overseas (SAO) am Chandra X-ray Center in Cambridge, Massachusetts, verwaltet. Teilchenschäden erlitten die ACIS-CCDs während der frühen Durchgänge des Strahlungsgürtels. Zu diesem Zeitpunkt wird das Instrument während der Durchgänge aus der Brennebene des Teleskops herausgezogen, um weitere Schäden zu vermeiden.

Die Lebensdauer des Chandra-Raumschiffs wurde zuvor auf fünf Jahre geschätzt; Am 4. September 2001 korrigierte die National Aeronautics and Space Administration (NASA) jedoch die Lebensdauer des Observatoriums auf zehn Jahre "auf der Grundlage der bemerkenswerten Ergebnisse des Observatoriums". Chandra hat das Potenzial, deutlich länger zu leben. Nach den Ergebnissen einer Forschung, die 2004 am Röntgenzentrum Chandra durchgeführt wurde, hat das Observatorium das Potenzial, mindestens 15 Jahre zu halten. Nach Angaben des Chandra X-ray Center ist es ab dem Jahr 2024 betriebsbereit und hat einen bevorstehenden Beobachtungsplan, der bekannt gegeben wird.

Nachdem das Internationale Röntgenobservatorium, ein Gemeinschaftsprojekt der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), der National Aeronautics and Space Administration (NASA) und der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), im Juli 2008 als nächstes großes Röntgenobservatorium vorgeschlagen worden war, wurde es schließlich verworfen. In späteren Jahren ließ die Europäische Weltraumorganisation (ESA) eine verkleinerte Version des Projekts wieder aufleben und benannte es in Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATHENA) um, wobei der Starttermin für 2028 festgelegt wurde.

Eine Fehlfunktion des Gyroskops führte dazu, dass Chandra am 10. Oktober 2018 in den abgesicherten Modus wechselte. Alle wissenschaftlichen Instrumente wurden nach Angaben der NASA für sicher befunden. Innerhalb weniger Tage wurde der Drei-Sekunden-Fehler in den Daten eines Kreisels begriffen, und es wurden Vorbereitungen getroffen, um Chandra wieder voll funktionsfähig zu machen. Das Gyroskop, das von dem Problem betroffen war, wurde in die Reserve versetzt und befindet sich ansonsten in einem normal funktionierenden Zustand.

Diese Entscheidung wurde vom Kongress im März 2024 getroffen, um die Finanzierung der NASA und ihrer Missionen zu begrenzen.

Dies könnte dazu führen, dass die Mission früher als erwartet abgeschlossen wird.

Die Senatoren stellten im Juni 2024 einen Antrag an die NASA und forderten sie auf, die Änderungen an Chandra zu überdenken, was auch gewährt wurde.

Die Erforschung der Röntgenastronomie hat durch die Daten, die Chandra gesammelt hat, erhebliche Fortschritte gemacht. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für Entdeckungen, die Chandra gemacht hat und die durch seine Beobachtungen gestützt werden:

Röntgenteleskope verwenden im Gegensatz zu optischen Teleskopen, die einfache aluminisierte parabolische Oberflächen (Spiegel) haben, typischerweise ein Wolter-Teleskop, das aus verschachtelten zylindrischen Paraboloid- und Hyperboloidoberflächen besteht, die mit Iridium oder Gold beschichtet sind. Röntgenphotonen würden von regulären Spiegeloberflächen absorbiert; Daher sind Spiegel mit einem geringen Streifwinkel erforderlich, um die Aufgabe der Reflexion zu erfüllen. Chandra verwendet vier Paare verschachtelter Spiegel zusammen mit ihrer Stützstruktur, die als High Resolution Mirror Assembly (HRMA) bezeichnet wird. Das Spiegelsubstrat besteht aus 2 Zentimeter dickem Glas, und die reflektierende Oberfläche ist mit 33 Nanometern dickem Iridium beschichtet. Die Durchmesser der Spiegel betragen 65 Zentimeter, 87 Zentimeter, 99 Kilometer und 123 Zentimeter. Das dicke Substrat und die sehr sorgfältige Politur ermöglichten es, eine optische Oberfläche zu erzeugen, die äußerst genau war. Diese Oberfläche ist für die beispiellose Auflösung von Chandra verantwortlich, die zwischen 80 und 95 Prozent der einfallenden Röntgenstrahlung in einen Kreis mit einem Durchmesser von einer Bogensekunde bündelt. Die Dicke des Substrats hingegen schränkt den Anteil der Blende ein, der gefüllt wird, was im Vergleich zu...