Satelita do badań astronomicznych
w podczerwieni — IRAS

W roku 1800 William Herschel przeprowadzał badania temperatur poszczególnych barw światła słonecznego. Rozszczepioną przez pryzmat wiązką promieni ogrzewał termometr. Ku jego zdziwieniu okazało się, że najwyższą temperaturę termometr zarejestrował poza czerwoną granicą widma, w obszarze gdzie nie występowało światło widzialne. Odkryte w ten sposób niewidzialne promieniowanie Herschel nazwał podczerwienią.

Mimo znacznego rozwoju techniki obserwacji astronomia w podczerwieni nie przyniosła dotąd tak wielu odkryć jak radioastronomia czy też astronomia wysokich energii. Obserwacje mogły być bowiem prowadzone jedynie w wąskim paśmie okna atmosferycznego w przedziale 8–13 mikrometrów, gdyż ogromna większość promieniowania podczerwonego jest absorbowana przez parę wodną w atmosferze. Większość obserwacji w tych niedostępnych z powierzchni Ziemi zakresach fal była wykonana przy użyciu rakiet meteorologicznych, samolotów o dużym pułapie, czy też balonów. Informacje, jakie przynosiły te krótkie misje, nie mogły być podstawą szczegółowych badań astrofizycznych, rozbudzały jednak zainteresowanie obserwacjami w tej części widma. Dopiero teraz przed astrofizykami otworzyły się poważne perspektywy badań w podczerwieni.

25 stycznia 1983 r. z Bazy Sił Zbrojnych Vandenberg w Kalifornii (USA) wystartowała rakieta Delta 3910, która umieściła na biegunowej orbicie wokółziemskiej satelitę przeznaczonego do obserwacji w podczerwieni — IRAS (ang. Infrared Astronomical Satellite). IRAS jest wspólnym przedsięwzięciem trzech państw: Wielkiej Brytanii, Holandii i Stanów Zjednoczonych. Przy budowie satelity, a także nad realizacją programu jego misji czuwało ponad 500 specjalistów z tych trzech krajów. Podstawowym instrumentem jaki posiada na swym pokładzie 1020 kilogramowy IRAS jest 57 centymetrowy teleskop systemu Cassegraina skonstruowany w USA. W płaszczyźnie ogniska teleskopu znajdują się 62 detektory do pomiarów promieniowania podczerwonego w czterech zakresach długości fal pomiędzy 8 a 119 mikrometrami. Detektory te, w celu uzyskania niskiego poziomu szumów własnych, zostały przed startem ochłodzone do temperatury niemal 2 kelvinów. 700 kilogramowy zapas helu pozwoli na kontynuowanie chłodzenia w czasie trwania całej misji. Teleskop ten zdolny będzie zaobserwować obiekt o rozmiarach trzech kilometrów i temperaturze pokojowej w odległości Marsa. 20-watową żarówkę może wykryć w odległości Plutona.

Podstawowym zadaniem misji IRAS jest dokonanie przeglądu nieba w zakresie podczerwieni. Jak dotąd w tej części widma obserwowane były jedynie interesujące obiekty odkryte i badane najpierw w innych długościach fal. Sytuację astronomii w podczerwieni przed startem IRAS porównuje się do sytuacji astronomii optycznej przed wynalezieniem lunety. Obecnie znanych jest kilka tysięcy źródeł promieniowania podczerwonego. Dzięki IRAS liczba ta może wzrosnąć nawet tysiąckrotnie. Korzyści, jakie płyną z przeglądu całego nieba, są ogromne — astrofizycy mają już przykłady radiowych przeglądów nieba oraz przegląd w zakresie promieni X dokonany przez satelitę UHURU, które przyniosły wiele odkryć.

Jakie inne zadania stawiają astrofizycy przed misją IRAS? Przede wszystkim konieczne jest uzupełnienie wiadomości o zjawiskach, o których posiadane informacje są szczątkowe. Na przykład krótki przegląd podczerwonych źródeł promieniowania dokonany przez Air Force Cambridge Research Laboratory przyniósł odkrycie mające duże znaczenie dla astrofizyków zajmujących się ewolucją gwiazd. Wykryto, że stare, daleko posunięte w ewolucji gwiazdy odrzucają znaczny procent swej materii w przestrzeń międzygwiezdną. Efekt ten, nieobserwowalny w świetle widzialnym, zbadany dokładnie przez IRAS pozwoli być może odpowiedzieć na jedno z podstawowych pytań astrofizyki gwiazdowej: jak umierają gwiazdy. Astrofizycy liczą także, że IRAS wykryje obiekty odpowiadające wczesnej fazie powstawania gwiazd oraz pozwoli poznać procesy, które doprowadzają do uformowania protogwiazdy.

Olbrzymie możliwości otwierają się także przed badaczami centrum naszej Galaktyki. Gęste obłoki pyłu przesłaniające jądro Drogi Mlecznej przepuszczają jedynie jeden na każde 10 miliardów fotonów światła widzialnego, absorbując je i reemitując w podczerwieni. Poprzez te obłoki może przeniknąć jedynie promieniowanie podczerwone. Prawdopodobnie IRAS potrafi rozdzielić pojedyncze obiekty, jakie znajdują się w centrum Galaktyki, co pozwoli być może definitywnie rozstrzygnąć kwestię występowania tam czarnej dziury. Teleskop IRAS zostanie również skierowany w stronę galaktyk charakteryzujących się silną emisją w podczerwieni. Przykładem takiego obiektu jest galaktyka Seyferta — NGC 1068, pierwsza, u której wykryto, że większość jej promieniowania jest wysyłana właśnie w tych długościach fal. Ostatnie badania wykazały obecność obszernych obłoków pyłu i wodoru molekularnego wokół jądra pochłaniających większość promieniowania widzialnego. Zaobserwowano również, że wodór cząsteczkowy znajduje się w stanie wzbudzonym — przyczyną tego mogą być fale uderzeniowe wzbudzane przez eksplozje bądź też promieniowanie ultrafioletowe okolicznych gwiazd. Jak dotąd nie ustalono, która z tych hipotez odpowiada prawdzie.

Misja satelity podczerwieni już się rozpoczęła. Nie ulega wątpliwości, że to olbrzymie przedsięwzięcie trzech agencji — NASA, NIVR (Holenderskiej Agencji Programu Kosmicznego) i SRC (Brytyjskiej Rady Badań Inżynieryjnych i Naukowych) posiada wielkie znaczenie. Jest to na pewno przełomowe wydarzenie dla astronomii podczerwieni, a być może również dla całej astrofizyki, podobnie jak przełomowymi były loty IUE i EINSTEINa.

Wg Jet Propulsion Laboratory — FACT SHEET: „IRAS — Infrared Astronomical Satellite”.