XMM SatellitenInnan jag går in på vad vi skall göra med satelliten XMM – X-ray Multi Mirror under året, är det kanske dags att berätta lite om den.
Som ni kanske vet, kan man göra astronomiobservationer i olika frekvensband eller våglängder. För att observera rymden behöver man olika typer av teleskop. Jag har skrivit namnen på de europeiska satelliter där jag på något sätt har varit med även om det ibland bara var detaljstudier. XMM däremot vara jag med från början till slutet och Integral var en satellit som återanvände en hel del av designen från XMM.
Gammastrålar (Integral)
Röntgenstrålar (ROSAT, XMM-Newton)
UV-ljus
Synligt ljus
Infrarött ljus (Herschel, Planck)
Mikrovågor och
Radiovågor
En liten överblick av olika teleskop ges i bilden nedan som enbart täcker satellitburna teleskop. En del våglängder går ju också att observera från jorden även om atmosfären, luftförsmutsningar, lus från städer osv kan störa observationerna. Observation inom de synliga spektra är ju självklart genom alla spegelteleskop som finns men även mikrovågor och radiovågor går att observera från jorden. Ett exempel på det senare Råö observatorium utanför Göteborg som bedrivs av mitt gamla universitet (Chalmers). Alla andra våglängder måste observeras från högt flygande flygplan eller satelliter.
En röntgenspegelNu tillbaka till röntgenastronomi. Som de flesta vet används ju röntgenstrålar till att titta på brutna ben och annat i kroppen men även inom verkstadsindustrin till att titta på t.ex. svetsfogar eller efter andra materialfel.
Eftersom röntgenstrålar tränger igen material går det ju inte utan vidare bygga en slags lins som fokuserar strålarna som på en kikare eller annat optiskt instrument. Man måste då ta till ett knep som kallas totalreflektion som någon kanske kommer ihåg från fysiken i skolan. Det betyder att röntgenstrålen måste träffa spegeln under en väldigt liten strykande vinkel (grazing incidence). Bilden nedan visar funktionen; det finns alltså en ”hel hög speglar” = ”nested mirrors” som bidrar till att de sparsamma röntgenstrålarna fokuseras. I fokus, som på vilket teleskop som helst sitter mätinstrumenten.
Varje spegel består av 58 ”spegelskal” som är monterade i en slags gitter men bara i ena ändan. En cylinder som limmats fast i enbart ena ändan på en platta är ju helt stabil och förändrar sig inte. Om man skall uttrycka det komplicerat så kallas det för ”Hyperstatic suspension of individual mirror with active
control of its shape while glueing it in the supporting
spider”.
Den största spegeln har en
diameter ungefär 700 mm och den minsta spegeln cirka 300 mm. Tjockleken är 1/300 del av diametern, d.v.s. mellan 2.3 och 1 mm.
Generellt säger man att för att mäta något måste mätinstrumentet nar en noggrannhet som är 10 gånger bättre än det man vill mäta. Eftersom röntgenstrålar har en våglängd på 1 nm eller mindre (1 nanometer = 1*10-9 m = 1/1000 000 000 m = 0,000 000 001 m = 0.000001 mm) var vi tvungna att bygga speglar som hade en yta som hade en noggrannhet bättre 1Å (Ångström) där 1 Å är lika med in tiondels nanometer. Då tjockleken på ett hårstrå är ungefär 50
micrometer (0.00005 m) talar vi alltså här om någonting som är 2 miljoner gånger mindre.
Et röntgenteleskopSom man kanske kan ana är brytningsvinkeln för en röntgenstråle väldigt liten. Fokuseringen kräver därför ett längre teleskoprör. Bilden nedan ger en viss känsla av storleken på satelliten. The totala längden är lite över 10 mm (teleskopröret ~ 7 m).
Som man ser i bilden ovan fokuseras röntgenstrålarna av de tre speglarna på de tre instrumenten som sitter på slutet av den långa tuben. Här är det också viktigt att man har en väldig hög stabilitet i chassiet så att säga för om tuben eller något annat böjer sig på grund av
värme eller av belastningen vid starten blir bilden ”suddig” och man förlorar mycket av kvaliteten. Vi hade därför ett krav på oss att fokuset skulle ligga inom en sfär med i
mikrometer (0.00001 m). Var inte helt enkelt att mäta och bevisa under satellitens byggfas. Ett annat som vi också hade som krav var att när en observation av ett objekt (stjärna,
svart hål eller något liknande) gjordes, måste objektet observeras för en viss tid för att fånga in tillräckligt med fotoner. Tänk er att ni har ett jaktgevär med kikarsikte. Ni måste då sikta på pricken i mitten av måltavlan som sitter 20 km bort. Hålla fast pricken mitt i under 10 minuter och sedan skjuta och träffa mitt i pricken. Uttryckt på ett annat sätt, måste vinkelstabiliteten vara bättre än 0.1 bogensekunder.
Det var lite information om XMMs speglar och vetenskapliga instrument och vilka krav det ställdes på oss som designade, byggde och testade satelliten. I nästa inlägg kommer jag att berätta lite om uppbyggnaden av satelliten och vad som vi måste göra vid mitten av året.
Om det blir för långdraget får ni säga till.