Programul Marile Observatoare „s NASA are patru mari și puternice telescoape spațiale . Aceeași dimensiune și buget sunt alocate inițial celor patru proiecte și fiecare dintre ele aduce contribuții substanțiale la astronomie. Proiectarea fiecăruia dintre observatoare este adaptată la observarea unei regiuni specifice a spectrului electromagnetic .
Dintre aceste patru observatoare, doar Compton nu mai funcționează astăzi. Unul dintre ei giroscoape a rupt în jos, și NASA trimite ordinul de a părăsi său orbita pe4 iunie 2000. Părțile care rezistă reintrării în atmosfera Pământului dispar în Oceanul Pacific . Hubble urma să fie inițial ridicat și readus pe pământ de către naveta spațială , dar acest proiect a fost ulterior abandonat. 31 octombrie 2006, Michael Griffin , administratorul NASA, dă undă verde pentru o misiune finală de renovare. Misiunea de navetă STS-125 de 11 zile Atlantis , lansată pe11 mai 2009, instalează acumulatori noi, își înlocuiește toate giroscopele și instalează camera cu câmp larg (WFC3) numărul 3 și un spectrograf cu origini cosmice (COS).
Spitzer este singurul Observator Mare care nu este lansat de naveta spațială. Acesta este într-adevăr modul de lansare planificat inițial, dar accidentul navei spațiale Challenger duce la interzicerea etapelor superioare ale lansatoarelor de tip Centaur LH2 / LOX , necesare pentru a ajunge pe orbita heliocentrică . Lansatoarele Titan și Atlas sunt interzise din motive de cost. După o revizuire a designului și reducerea greutății, a fost lansat în cele din urmă de un lansator Delta II.
Ca o extensie a acestui program, NASA planifică următoarele telescoape:
Istoria Telescopului Spațial Hubble datează din 1946, când astronomul Lyman Spitzer a scris articolul Avantajele astronomice ale unui observator extraterestru . Spitzer dedică o parte importantă a carierei sale promovării unui telescop spațial.
Misiunile Observatorului Astronomic Orbitant (OAO), din 1966 până în 1972, demonstrează importanța rolului pe care îl pot juca observatoriile spațiale. În 1968, NASA a dezvoltat planificarea unui telescop reflector cu o oglindă de 3 m în diametru. În mod provizoriu , denumit Large Orbiting Telescope sau Large Space Telescope (LST), lansarea sa a fost programata pentru 1979. In 1978, Congresul SUA a aprobat un buget finală de $ 36 de milioane de . Proiectarea LST poate începe apoi cu seriozitate, cu scopul de a fi lansat în 1983. La începutul anilor 1980, telescopul a fost redenumit în onoarea astronomului Edwin Hubble .
Radiația gamma se observă deasupra atmosferei de către mai multe misiuni spațiale. În timpul programului său de Observator al Astronomiei cu Energie Mare (în) , în 1977, NASA a anunțat planurile de a construi un „mare observator” pentru radiațiile gamma ale astronomiei. Observatorul de raze gamma (GRO), redenumit Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO), este conceput pentru a profita de progresele majore în tehnologia detectoarelor din anii 1980. După 14 ani de efort, CGRO este lansat pe5 aprilie 1991.
In 1976, doi americani astrofizicieni , Riccardo Giacconi și Harvey Tananbaum (en) , a propus NASA ideea telescopului spațial Chandra (numit apoi AXAF), observând în domeniul razelor X . De lucru preliminar a început anul următor la Space Flight Center Marshall (MSFC) și Astrofizic Observatorul Smithsonian (SAO). Între timp, NASA pune pe orbită primul telescop cu raze X, Observatorul Einstein (HEAO-2) . Lucrările la proiectul Chandra au continuat în anii 1980 și 1990. În 1992, pentru a reduce costurile, proiectul navei spațiale a fost revizuit. Patru din cele douăsprezece oglinzi planificate sunt înlăturate, precum și două din cele șase instrumente științifice. Orbita planificată pentru Chandra este schimbat în favoarea unei orbite eliptice , ajungând la o treime din distanța Pământ-Lună la cel mai îndepărtat punct. Această decizie elimină orice posibilitate de îmbunătățire sau reparare de către naveta spațială, dar face posibilă poziționarea observatorului dincolo de centura Van Allen pe cea mai mare parte a orbitei sale, protejându-l astfel de radiațiile sale.
La începutul anilor 1970, astronomii au început să ia în considerare posibilitatea de a plasa un telescop cu infraroșu deasupra efectelor întunecate ale atmosferei Pământului . Majoritatea proiectelor inițiale se bazează pe zboruri repetate la bordul navetei spațiale NASA. Această abordare datează de pe vremea când se presupunea că naveta era capabilă să ofere zboruri săptămânale pentru perioade de până la 30 de zile. În 1979, un raport al Consiliului Național de Cercetare ( National Research Council ) al Academiei Naționale de Științe din SUA intitulat A Strategy for Space Astronomy and Astrophysics for the 1980s (O strategie pentru astronomie și astrofizică spațială pentru anii 1980), identifică un Shuttle Infrared Telescope Facility (SIRTF) ca „una dintre cele două facilități majore [care urmează a fi dezvoltate] pentru Spacelab ”, o platformă la bordul navetei.
Lansarea satelitului astronomic cu infraroșu (IRAS), un satelit al programului Explorer , conceput pentru a efectua primul sondaj cu infraroșu al cerului, conduce la anticiparea unui instrument care utilizează o nouă tehnologie în detectoarele cu infraroșu. CătreSeptembrie 1983, NASA examinează „posibilitatea unui zbor autonom de lungă durată al misiunii SIRTF”. Zborul Spacelab-2 la bordul STS-51-F din 1985 confirmă faptul că mediul de navetă nu este potrivit pentru un telescop cu infraroșu la bord și că este preferabil zborul autonom. Schimbăm primul cuvânt din nume și, în loc de Shuttle, l-am numit Space Infrared Telescope Facility , care nu schimbă acronimul.
Conceptul Marelui Observator datează din raportul A Strategy for Space Astronomy and Astrophysics for the 1980's . Acest raport enumeră lucrările pregătitoare esențiale pentru marile observatoare, sub conducerea lui Peter Meyer (până laIunie 1977) apoi Harlan J. Smith (până la publicare). La mijlocul anilor 1980, a fost dezvoltat în continuare de către directorii succesivi ai Diviziei de astrofizică de la sediul NASA, inclusiv Frank Martin și Charlie Pellerin. Programul „Observatoarele mari” al NASA folosește patru sateliți separați, fiecare conceput special pentru a acoperi o parte diferită a spectrului în moduri care nu pot fi accesate de sistemele fixate pe Pământ. Această perspectivă permite observatorilor X și infraroșii propuși să fie văzuți pe bună dreptate ca o continuare a unui program astronomic început cu Hubble și Compton Gamma-Ray Observatory, mai degrabă decât ca concurenți sau înlocuitori.
Fiecare observator este conceput pentru a avansa stadiul tehnicii (tehnologiei) în domeniul lungimilor de undă atribuite acestuia. Deoarece atmosfera Pământului blochează radiațiile X , gamma și infrarosu îndepărtat de a ajunge pe Pământ, misiunile spațiale sunt esențiale pentru observatoarele Compton, Chandra și Spitzer.
Hubble beneficiază și de survolarea atmosferei: face să sclipească obiectele foarte slab luminoase, reducând rezoluția spațială (obiectele luminoase, dimpotrivă, beneficiază de o rezoluție mult mai bună de pe Pământ datorită tehnicilor de interferometrie ).
Cele mai mari telescoape terestre au obținut abia recent rezoluția Hubble pentru lungimile de undă în infraroșu apropiat ale obiectelor slab luminoase. Faptul de a fi situat deasupra atmosferei elimină problema luminii cerului nocturn , ceea ce îi permite lui Hubble să facă observații asupra obiectelor ultra-slabe. Observatoarele de la sol nu au nicio modalitate de a compensa această strălucire asupra obiectelor ultra-slabe, în timp ce obiectele atât de slabe necesită timpi de expunere fără sfârșit și ineficienți. Hubble poate observa și în lungimi de undă ultraviolete care nu pot pătrunde în atmosferă.
Compton observă în domeniul gamma, care nu poate pătrunde în atmosfera inferioară. Este mult mai mare decât toate instrumentele gamma aflate la bordul misiunilor anterioare ale programului HEAO, abordând domenii de explorare complet noi. Are patru instrumente care acoperă gama de energie de la 20 keV la 30 GeV , complementare unele cu altele în ceea ce privește sensibilitatea, rezoluția și câmpul vizual. Razele gamma sunt emise de diferite surse de energie ridicată și temperatură ridicată, cum ar fi găurile negre , pulsarii și supernove .
Chandra nu are nici un predecesor pământesc. Rezultă din cei trei sateliți ai programului HEAO, în special observatorul Einstein , de mare succes, care este primul care demonstrează puterea incidenței pășunatului , conferă unei rezoluții spațiale un ordin de mărime mai mare decât cel al colimatorilor (comparabil cu optica telescopului), cu o îmbunătățire considerabilă a sensibilității. Dimensiunea mare a lui Chandra, orbita mare și sensibilitatea dispozitivelor sale de transfer de încărcare (CCD) permit observarea unor surse X foarte scăzute.
Spitzer observă, de asemenea, la lungimi de undă in mare măsură inaccesibile telescoapelor terestre. Este precedat în spațiu de IRAS , o mică misiune NASA și de cea mult mai mare, telescopul ISO al Agenției Spațiale Europene (ESA). Instrumentarea Spitzer profită de progresele rapide în tehnologia detectoarelor cu infraroșu de la IRAS, combinate cu diafragma mare, câmpurile vizuale favorabile și viața lungă. Rezultatele științifice sunt, prin urmare, remarcabile. Observațiile în infraroșu sunt necesare pentru obiectele astronomice situate la distanțe mari, a căror lumină vizibilă se deplasează în roșu pe lungimi de undă cu infraroșu, precum și pentru obiectele reci care emit puțină lumină vizibilă și pentru regiunile oculte optic de praf.
Fiecare dintre cele patru telescoape are un impact substanțial în astronomie. Deschiderea la rezoluție ridicată a noilor benzi de lungime de undă, observațiile de înaltă sensibilitate de către Compton, Chandra și Spitzer revoluționează înțelegerea noastră despre o mare varietate de obiecte astronomice. Acestea duc la detectarea a mii de obiecte noi și interesante. Hubble se bucură de un impact mult mai mare asupra publicului și mass-media decât alte telescoape. Cu toate acestea, comparativ cu celelalte trei observatoare, îmbunătățirile sensibilității și rezoluției în lungimile de undă optice în comparație cu instalațiile preexistente sunt clasificate la un nivel mai modest. Capacitatea lui Hubble de a produce în mod constant imagini de înaltă calitate ale oricărui obiect astronomic permite citiri precise și comparații ale unui număr mare de obiecte astronomice. Observațiile de câmp adânc ale lui Hubble sunt foarte importante pentru studiul galaxiilor îndepărtate. Într-adevăr, produc imagini ultraviolete cu expunere îndelungată, cu aceeași precizie a pixelilor pentru galaxiile îndepărtate ca instalațiile preexistente pentru galaxiile mai apropiate. Prin urmare, se fac comparații directe. James-Webb Space Telescope permite un salt mai mare înainte, cu imagini de expunere lungi în vizibile de galaxii , chiar mai îndepărtate.
În plus față de capacitățile inerente misiunilor (în special sensibilitățile, care nu pot fi reproduse de observatoarele terestre), programul Observatoare majore permite obținerea de rezultate științifice care sunt îmbunătățite și mai mult prin interacțiunea misiunilor. Diferite obiecte strălucesc la diferite lungimi de undă, dar atribuirea a două sau mai multe observatoare aceluiași obiect permite o înțelegere mai profundă.
Studiile privind radiațiile cu energie ridicată (X și gamma) au beneficiat până acum doar de imagistica cu rezoluție moderată. Studiul razelor X și gamma de către Hubble, precum și Chandra și Compton, oferă dimensiuni precise și date de poziție. În special, rezoluția Hubble poate desluși adesea dacă ținta este un obiect izolat sau aparține unei galaxii și dacă un obiect luminos este un nucleu, braț sau halou al unei galaxii spirale . În mod similar, diafragma mai mică a lui Spitzer înseamnă că Hubble poate adăuga informații spațiale unei imagini Spitzer.
Studiile ultraviolete relevă, de asemenea, starea temporală a obiectelor cu energie ridicată. Razele X și gamma sunt mai dificil de detectat cu tehnologiile actuale decât razele vizibile și ultraviolete. Din acest motiv, Compton și Chandra au nevoie de timpi de integrare mai lungi pentru a colecta suficienți fotoni. Cu toate acestea, obiectele care strălucesc în raze X și raze gamma pot avea dimensiuni reduse și pot varia pe scale de timp de ordinul unui minut sau a unei secunde. Astfel de obiecte necesită apoi urmărire cu Hubble sau Rossi X-ray Timing Explorer , care poate măsura detalii în secunde sau fracțiuni de secunde de unghi, datorită diferitelor modele. Ultimul an complet de funcționare al lui Rossi este 2011.
Capacitatea lui Spitzer de a vedea prin praf și gaze groase ajută la observarea nucleelor galaxiei . Obiectele masive din inima galaxiilor strălucesc în razele X, gama și radio, dar studiile în infraroșu ale acestor regiuni tulburi pot dezvălui numărul și poziția obiectelor.
Cu toate acestea, Hubble nu are nici câmpul vizual, nici timpul disponibil pentru a studia toate obiectele de interes. Obiective valoroase sunt adesea scoase la iveală cu ajutorul telescoapelor terestre mai ieftine sau cu ajutorul unor observatoare spațiale mai mici, uneori concepute special pentru a acoperi porțiuni mari ale cerului. De asemenea, celelalte trei Mari Observatoare au găsit obiecte noi care justificau atribuirea lui Hubble acolo.
Studiile sistemului solar și ale asteroizilor sunt un exemplu de sinergie observațională. Corpurile mici, cum ar fi lunile mici și asteroizii , sunt prea mici și prea depărtate pentru a fi rezolvate chiar de Hubble; imaginea lor apare ca un model de difracție determinat de luminozitatea lor și nu de dimensiunea lor. Cu toate acestea, Hubble poate deduce dimensiunea lor minimă cunoscându-și albedo - ul . Spitzer își poate determina dimensiunea maximă din temperatura lor, care este în mare măsură o funcție a orbitei lor. Astfel, adevărata dimensiune a unui corp poate fi încadrată. Mai mult, spectroscopia de către Spitzer poate determina compoziția chimică de pe suprafața obiectului, limitându-i posibilitățile de albedo și întărește estimarea dimensiunii sale mici.
La celălalt capăt al scării cosmice a distanțelor , observațiile de la Hubble sunt combinate cu cele de la Compton, Spitzer și Chandra din Great Observatories Origins Deep Survey . Acestea permit producerea unei imagini cu mai multe lungimi de undă a formării și evoluției galaxiilor din universul primordial . operațiunile se desfășoară în conformitate cu următorul program:
Niciuna dintre aceste misiuni nu este programată pentru lansarea navetei spațiale. Cei mai mulți dintre ei ating orbite în afara razei de acțiune a navetei, ceea ce permite noi moduri de observare.