مرصد هيرشل الفضائي

كان مرصد هيرشل الفضائي مرصدًا فضائيًا بنته وأدارته وكالة الفضاء الأوروبية (ESA). عمل المرصد من عام 2009 إلى عام 2013، وكان أكبر تلسكوب يعمل بالأشعة تحت الحمراء تم إطلاقه على الإطلاق حتى إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في عام 2021. ^{[ 5 ]} حمل هيرشل مرآة قطرها 3.5 متر (11.5 قدم) ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} وأجهزة حساسة للأشعة تحت الحمراء البعيدة ونطاقات الموجات دون المليمترية (55-672 ميكرومتر). كان هيرشل المهمة الرابعة والأخيرة من مهام برنامج هورايزون 2000 ، بعد كل من سوهو ، وكلاستر 2 ، وإكس إم إم نيوتن ، وروزيتا .  

حُمل المرصد إلى مداره بواسطة صاروخ أريان 5 في مايو 2009، ووصل إلى نقطة لاغرانج الثانية (L2) لنظام الأرض والشمس ، على بُعد 1,500,000 كيلومتر (930,000 ميل) من الأرض، بعد حوالي شهرين. سُمي مرصد هيرشل تيمناً بالسير ويليام هيرشل ، مكتشف طيف الأشعة تحت الحمراء وكوكب أورانوس ، وشقيقته وزميلته كارولين هيرشل . ^{[ 9 ]} 

كان المرصد قادراً على رصد أبرد الأجسام وأكثرها غباراً في الفضاء؛ على سبيل المثال، الشرانق الباردة التي تتشكل فيها النجوم والمجرات الغبارية التي بدأت للتو في التكاثف بنجوم جديدة. ^{[ 10 ]} قام المرصد بفحص السحب التي تتشكل فيها النجوم - وهي بمثابة "أواني طهي بطيئة" لمكونات النجوم - لتتبع المسار الذي تتشكل من خلاله الجزيئات التي يحتمل أن تكون مكونة للحياة، مثل الماء.

كان عمر التلسكوب مرتبطًا بكمية سائل التبريد المتوفرة لأجهزته؛ فعند نفاد هذا السائل، تتوقف الأجهزة عن العمل بشكل صحيح. عند إطلاقه، قُدِّرت مدة تشغيله بثلاث سنوات ونصف (حتى نهاية عام ٢٠١٢ تقريبًا). ^{[ ١١ ]} واستمر في العمل حتى ٢٩ أبريل ٢٠١٣، الساعة ١٥:٢٠  بالتوقيت العالمي المنسق، عندما نفد سائل التبريد من تلسكوب هيرشل . ^{[ ١٢ ]}

كانت ناسا شريكًا في مهمة هيرشل، حيث ساهم المشاركون الأمريكيون في المهمة؛ من خلال توفير تكنولوجيا الأجهزة التي تُمكّن المهمة ورعاية مركز ناسا هيرشل للعلوم (NHSC) في مركز معالجة وتحليل الأشعة تحت الحمراء وبحث بيانات هيرشل في أرشيف علوم الأشعة تحت الحمراء . ^{[ 13 ]}

في عام ١٩٨٢، قُدِّم مشروع تلسكوب الأشعة تحت الحمراء البعيدة والموجات المليمترية ( FIRST ) إلى وكالة الفضاء الأوروبية (ESA ). وكانت خطة السياسة طويلة الأجل لوكالة الفضاء الأوروبية "أفق ٢٠٠٠"، التي أُعدّت عام ١٩٨٤، قد دعت إلى مهمة مطيافية التغاير عالية الإنتاجية كإحدى مهامها الأساسية. وفي عام ١٩٨٦، اعتُمد مشروع FIRST كمهمة أساسية. ^{[ ١٤ ]} واختير للتنفيذ عام ١٩٩٣، بعد دراسة صناعية أُجريت في الفترة ١٩٩٢-١٩٩٣. وأُعيد تصميم مفهوم المهمة من مدار أرضي إلى نقطة لاغرانج L2، في ضوء الخبرة المكتسبة من مرصد الفضاء بالأشعة تحت الحمراء (٢.٥-٢٤٠  ميكرومتر) ١٩٩٥-١٩٩٨. وفي عام ٢٠٠٠، أُعيد تسمية FIRST إلى هيرشل. بعد طرحها للمناقصة في عام 2000، بدأت الأنشطة الصناعية في عام 2001. ^{[ 15 ]} تم إطلاق هيرشل في عام 2009.

بلغت تكلفة مهمة هيرشل 1100 مليون يورو . ^{[ 16 ]} يشمل هذا الرقم المركبة الفضائية والحمولة، ونفقات الإطلاق والمهمة، والعمليات العلمية. ^{[ 17 ]}

تخصص هيرشل في جمع الضوء من الأجسام الموجودة في النظام الشمسي وكذلك مجرة ​​درب التبانة وحتى الأجسام خارج المجرة التي تبعد مليارات السنين الضوئية ، مثل المجرات الوليدة ، وتم تكليفه بأربعة مجالات بحث رئيسية: ^{[ 18 ]}

• تكوين المجرات في الكون المبكر وتطور المجرات؛
• تكوين النجوم وتفاعله مع الوسط بين النجوم ؛
• التركيب الكيميائي لأغلفة وأسطح أجرام النظام الشمسي، بما في ذلك الكواكب والمذنبات والأقمار ؛
• الكيمياء الجزيئية في جميع أنحاء الكون .

خلال المهمة، قام هيرشل "بإجراء أكثر من 35000 ملاحظة علمية" و"جمع أكثر من 25000 ساعة من البيانات العلمية من حوالي 600 برنامج رصد مختلف". ^{[ 19 ]}

تضمنت المهمة أول مرصد فضائي يغطي نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة وموجات الموجات دون المليمترية بالكامل . ^{[ 18 ]} وبعرض 3.5 متر (11 قدمًا) ، حمل مرصد هيرشل أكبر تلسكوب بصري تم نشره في الفضاء على الإطلاق. ^{[ 20 ]} لم يُصنع التلسكوب من الزجاج، بل من كربيد السيليكون المتلبد . صُنعت قاعدة المرآة بواسطة شركة بوستيك في مدينة تارب الفرنسية ، وصُقلت بواسطة شركة أوبتيون المحدودة في مرصد تورلا بفنلندا ، ثم طُليت بتقنية الترسيب الفراغي في مرصد كالار ألتو بإسبانيا . ^{[ 21 ]} 

تم تركيز الضوء المنعكس من المرآة على ثلاثة أجهزة، وحُفظت كواشفها عند درجات حرارة أقل من 2 كلفن (-271 درجة مئوية) . ^{[ 22 ]} بُرِّدت الأجهزة بأكثر من 2300 لتر (510 جالون إمبراطوري ؛ 610 جالون أمريكي ) من الهيليوم السائل ، الذي تبخر في فراغ شبه تام عند درجة حرارة تقارب 1.4 كلفن (-272 درجة مئوية) . كان توفير الهيليوم على متن المركبة الفضائية عاملاً أساسياً في تحديد العمر التشغيلي للمرصد الفضائي؛ ^{[ 8 ]} إذ كان من المتوقع في الأصل أن يعمل لمدة ثلاث سنوات على الأقل. ^{[ 23 ]}        

حمل هيرشل ثلاثة أجهزة كشف: ^{[ 24 ]}

نظام PACS (كاميرا ومطياف مصفوفة الكشف الضوئي)

كاميرا تصوير ومطياف منخفض الدقة يغطيان أطوال موجية من 55 إلى 210 ميكرومتر ، صُمِّمَ وبُنيَ في معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية . يتميز المطياف بدقة طيفية تتراوح بين 1000 و5000، وقادر على رصد إشارات ضعيفة تصل إلى -63 ديسيبل . يعمل المطياف كمطياف مجال متكامل ، يجمع بين الدقة المكانية والطيفية. أما كاميرا التصوير، فتستطيع التصوير المتزامن في نطاقين (إما 60-85/85-130 ميكرومتر أو 130-210 ميكرومتر) بحد كشف يبلغ بضعة ميليجانسكي . ^{[ 25 ] [ 26 ]} 

جهاز استقبال التصوير الطيفي والضوئي (SPIRE)

كاميرا تصوير ومطياف منخفض الدقة يغطيان نطاق أطوال موجية من 194 إلى 672 ميكرومتر. يتميز المطياف بدقة تتراوح بين R=40 وR=1000 عند طول موجي 250 ميكرومتر، وهو قادر على تصوير مصادر نقطية ذات سطوع يقارب 100 ملي جانسكي (mJy) ومصادر ممتدة ذات سطوع يقارب 500 ملي جانسكي. ^{[ 27 ]} تحتوي كاميرا التصوير على ثلاثة نطاقات ، مركزها عند 250 و350 و500 ميكرومتر، كل منها يحتوي على 139 و88 و43 بكسل على التوالي. وهي قادرة على رصد مصادر نقطية ذات سطوع يزيد عن 2 ملي جانسكي، وما بين 4 و9 ملي جانسكي للمصادر الممتدة. تم اختبار نموذج أولي لكاميرا التصوير SPIRE على متن منطاد BLAST عالي الارتفاع. قام مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا في باسادينا، كاليفورنيا، بتطوير وبناء مقاييس الإشعاع الحراري "الشبكية" لهذا الجهاز، وهو أكثر حساسية بأربعين ضعفًا من الإصدارات السابقة. وقد تم بناء جهاز هيرشل-سباير بواسطة اتحاد دولي يضم أكثر من 18 معهدًا من ثماني دول، وكانت جامعة كارديف هي المعهد الرائد فيه. ^{[ 28 ]}   

هاي فاي (جهاز التغاير للأشعة تحت الحمراء البعيدة)

كاشفٌ غير متجانس قادر على فصل الإشعاع ذي الأطوال الموجية المختلفة إلكترونيًا، مما يوفر دقة طيفية عالية تصل إلى R=10⁷ ^. [ ^{29 ] تم} تشغيل المطياف ضمن نطاقين من الأطوال الموجية، من 157 إلى 212 ميكرومترًا ومن 240 إلى 625 ميكرومترًا. قاد معهد SRON الهولندي لأبحاث الفضاء عملية تصميم وبناء واختبار جهاز HIFI بالكامل. وكان مركز التحكم بأجهزة HIFI، الذي يقع أيضًا تحت إشراف SRON، مسؤولاً عن الحصول على البيانات وتحليلها.

قامت وكالة ناسا بتطوير وبناء الخلاطات وسلاسل المذبذبات المحلية ومضخمات الطاقة لهذا الجهاز. ^{[ 30 ]} وقد ساهم مركز هيرشل للعلوم التابع لناسا ، وهو جزء من مركز معالجة وتحليل الأشعة تحت الحمراء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، في باسادينا أيضاً، ببرمجيات تخطيط العلوم وتحليل البيانات. ^{[ 31 ]}

تم تصميم وبناء وحدة خدمة مشتركة (SVM) بواسطة شركة تاليس ألينيا سبيس في مصنعها في تورينو لمهمتي هيرشل وبلانك ، حيث تم دمجهما في برنامج واحد. ^{[ 32 ]}

من الناحية الهيكلية، تتشابه أجهزة قياس سرعة المركبات الفضائية (SVMs) الخاصة بـ Herschel و Planck بشكل كبير. كلا الجهازين ذو شكل ثماني الأضلاع، وفي كليهما، تُخصص كل لوحة لاستيعاب مجموعة محددة من الوحدات الحرارية، مع مراعاة متطلبات تبديد الحرارة للوحدات الحرارية المختلفة، والأجهزة، وكذلك المركبة الفضائية.

علاوة على ذلك، تم تحقيق تصميم مشترك في كلتا المركبتين الفضائيتين لأنظمة إلكترونيات الطيران ، وأنظمة التحكم في الوضع والقياس (ACMS)، وأنظمة إدارة الأوامر والبيانات (CDMS)، والأنظمة الفرعية للطاقة، ونظام التتبع والقياس عن بعد والقيادة (TT&C).

جميع وحدات المركبة الفضائية الموجودة على نظام إدارة المركبات الفضائية (SVM) زائدة عن الحاجة.

تم إطلاق المركبة الفضائية، التي بُنيت في مركز كان ماندليو الفضائي ، تحت إشراف شركة تاليس ألينيا للمقاولات الفضائية ، بنجاح من مركز غويانا الفضائي في غويانا الفرنسية في تمام الساعة 13:12:02 بالتوقيت العالمي المنسق في 14 مايو 2009، على متن صاروخ أريان 5 ، برفقة مركبة بلانك الفضائية ، ووُضعت في مدار بيضاوي الشكل للغاية في طريقها نحو نقطة لاغرانج الثانية . ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]} وكان الحضيض المداري 270.0 كم  (المقصود).270.0 ± 4.5 )، نقطة الأوج 1,197,080  كم (المقصود)1,193,622 ± 151,800 ) ، ميل 5.99 درجة  (مقصود )6.00 ± 0.06 ). ^{[ 36 ]}

في 14 يونيو 2009، نجحت وكالة الفضاء الأوروبية في إرسال الأمر بفتح الغطاء المبرد، مما سمح لنظام PACS برؤية السماء وإرسال الصور في غضون أسابيع قليلة. وكان لا بد من إبقاء الغطاء مغلقًا حتى وصول التلسكوب إلى مسافة كافية في الفضاء لمنع التلوث. ^{[ 37 ]}

وبعد خمسة أيام ، نشرت وكالة الفضاء الأوروبية المجموعة الأولى من الصور التجريبية التي تصور مجموعة M51 . ^{[ 38 ]}

في منتصف يوليو 2009، وبعد حوالي ستين يومًا من الإطلاق، دخل القمر الصناعي مدارًا هاليًا بمتوسط ​​نصف قطر يبلغ 800,000  كيلومتر حول نقطة لاغرانج الثانية (L2) لنظام الأرض والشمس ، على بعد 1.5 مليون كيلومتر من الأرض. ^{[ 35 ] [ 39 ]}

في 21 يوليو 2009، أُعلن عن نجاح عملية تشغيل مرصد هيرشل، مما سمح ببدء المرحلة التشغيلية. وتم الإعلان رسمياً عن تسليم المسؤولية الكاملة عن مرصد هيرشل من مدير البرنامج توماس باسفوغل إلى مدير المهمة يوهانس ريدينغر. ^{[ 35 ]}

كان لهيرشل دورٌ محوريٌّ في اكتشاف خطوةٍ غير معروفةٍ وغير متوقعةٍ في عملية تكوين النجوم. وقد ألقى التأكيد الأولي، ثم التحقق اللاحق بمساعدة التلسكوبات الأرضية، على وجود ثقبٍ هائلٍ من الفضاء الفارغ، كان يُعتقد سابقًا أنه سديمٌ مظلم ، في منطقة NGC 1999، ضوءًا جديدًا على كيفية تخلص مناطق النجوم المتشكلة حديثًا من المادة المحيطة بها. ^{[ 40 ]}

في يوليو 2010، نُشر عدد خاص من مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية يضم 152 ورقة بحثية حول النتائج الأولية من المرصد. ^{[ 41 ]}

تم نشر عدد خاص ثانٍ من مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية في أكتوبر 2010 يتعلق بجهاز HIFI الوحيد، بسبب عطل فني أدى إلى توقفه عن العمل لمدة 6 أشهر بين أغسطس 2009 وفبراير 2010. ^{[ 42 ]}

أُفيد في الأول من أغسطس/آب 2011، أنه تم تأكيد وجود الأكسجين الجزيئي في الفضاء بشكل قاطع بواسطة تلسكوب هيرشل الفضائي، وهي المرة الثانية التي يكتشف فيها العلماء هذا الجزيء في الفضاء. وكان فريق أودين قد أعلن عن ذلك سابقاً . ^{[ 43 ] [ 44 ]}

ذكر تقرير نُشر في مجلة Nature في أكتوبر 2011 أن قياسات مرصد هيرشل لمستويات الديوتيريوم في المذنب هارتلي 2 تشير إلى أن جزءًا كبيرًا من مياه الأرض ربما يكون قد نشأ في الأصل من اصطدامات المذنبات. ^{[ 45 ]} وفي 20 أكتوبر 2011، أُفيد باكتشاف كميات هائلة من بخار الماء البارد في قرص التراكم لنجم فتي، تعادل كميات المحيطات. وعلى عكس بخار الماء الدافئ، الذي رُصد سابقًا بالقرب من النجوم المتشكلة، فإن بخار الماء البارد قادر على تكوين المذنبات التي بدورها قد تجلب الماء إلى الكواكب الداخلية، كما هو مُفترض لأصل الماء على الأرض . ^{[ 46 ]}

في 18 أبريل 2013، أعلن فريق هيرشل في ورقة بحثية أخرى نُشرت في مجلة نيتشر أنه اكتشف مجرة ​​استثنائية ذات انفجار نجمي ، تنتج ما يزيد عن 2000 كتلة شمسية من النجوم سنويًا. تقع هذه المجرة، التي تحمل اسم HFLS3 ، عند الانزياح الأحمر z = 6.34، وقد نشأت بعد 880 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم . ^{[ 47 ]}

قبل أيام قليلة من نهاية مهمتها، أعلنت وكالة الفضاء الأوروبية أن ملاحظات هيرشل أدت إلى استنتاج مفاده أن الماء على كوكب المشتري قد تم توصيله نتيجة اصطدام المذنب شوميكر-ليفي 9 في عام 1994. ^{[ 48 ]}

في 22 يناير 2014، أعلن علماء وكالة الفضاء الأوروبية، باستخدام بيانات مرصد هيرشل، عن رصد بخار الماء ، لأول مرة بشكل قاطع، على الكوكب القزم سيريس ، أكبر جرم في حزام الكويكبات . ^{[ 49 ] [ 50 ]} يُعد هذا الاكتشاف غير متوقع، لأن المذنبات ، وليس الكويكبات ، هي التي يُعتقد عادةً أنها "تنبعث منها نفاثات وأعمدة من الدخان". ووفقًا لأحد العلماء، "تتلاشى الحدود بين المذنبات والكويكبات أكثر فأكثر". ^{[ 50 ]}

في 29 أبريل 2013، أعلنت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) نفاد مخزون الهيليوم السائل على متن مسبار هيرشل ، المستخدم لتبريد الأجهزة والكواشف، مما أنهى مهمته. ^{[ 12 ]} في ذلك الوقت، كان هيرشل على بُعد حوالي 1.5 مليون كيلومتر من الأرض. ولأن مدار هيرشل عند نقطة لاغرانج الثانية (L2) غير مستقر، أرادت وكالة الفضاء الأوروبية توجيه المركبة على مسار معروف. درس مديرو الوكالة خيارين: 

• ضع مسبار هيرشل في مدار حول الشمس بحيث لا يصطدم بالأرض لمدة لا تقل عن عدة مئات من السنين.
• توجيه هيرشل نحو القمر لحدث تصادم مدمر عالي السرعة من شأنه أن يساعد في البحث عن الماء عند أحد قطبي القمر . سيستغرق هيرشل حوالي 100 يوم للوصول إلى القمر. ^{[ 51 ]}

اختار المديرون الخيار الأول لأنه كان أقل تكلفة. ^{[ 52 ]}

في 17 يونيو 2013، تم إيقاف تشغيل مكوك هيرشل بالكامل، حيث تم استنزاف خزانات وقوده قسراً وبرمجة حاسوبه الداخلي لقطع الاتصالات مع الأرض. وقد أُرسل الأمر الأخير، الذي قطع الاتصالات، من مركز عمليات الفضاء الأوروبي (ESOC) في تمام الساعة 12:25  بالتوقيت العالمي المنسق. ^{[ 3 ]}

استمرت مرحلة ما بعد العمليات للمهمة حتى عام 2017. تمثلت المهام الرئيسية في توحيد وتحسين معايرة الأجهزة، لتحسين جودة البيانات، ومعالجة البيانات، لإنشاء مجموعة من البيانات التي تم التحقق منها علميًا. ^{[ 53 ]}

• مصفوفة أتاكاما المليمترية الكبيرة (ALMA)
• تلسكوب سبيتزر الفضائي
• قائمة بأكبر التلسكوبات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء
• قائمة بأكبر التلسكوبات العاكسة البصرية
• قائمة التلسكوبات الفضائية

• هارويت، م. (2004). "مهمة هيرشل". التقدم في أبحاث الفضاء . 34 (3): 568-572 . Bibcode : 2004AdSpR..34..568H . doi : 10.1016/j.asr.2003.03.026 .
• دامبيك، ثورستن (مايو 2009). "إطلاق واحد، مستكشفان جديدان: بلانك يستعد لتشريح الانفجار العظيم". مجلة سكاي آند تلسكوب . 117 (5): 24-28 .

• وكالة الفضاء الأوروبية
  • موقع مهمة هيرشل
  • موقع هيرشل العلمي
  • موقع عمليات هيرشل
  • موقع نتائج هيرشل العلمية
• ناسا
  • موقع مهمة هيرشل مؤرشف بتاريخ 29 أكتوبر 2022 على موقع Wayback Machine
  • مركز هيرشل للعلوم
  • أرشيف ناسا/إيباك هيرشل
• موقع التواصل في المملكة المتحدة