Några lager av vattenis – bredden på en DNA-sträng – börjar påverka Euklids syn; ett vanligt problem för rymdfarkoster i rymdens iskalla, men ett potentiellt problem för detta mycket känsliga uppdrag som kräver anmärkningsvärd precision för att undersöka det mörka universums natur.
Efter månader av forskning testar Euclid-team över hela Europa nu en nydesignad procedur för att avisning av uppdragets optik. Om de lyckas kommer operationerna att validera uppdragsteamens plan för att hålla Euclids optiska system så isfritt som möjligt under resten av dess liv i omloppsbana.
Under de senaste månaderna, medan de finjusterade och kalibrerade Euclids instrument efter lanseringen och förberedde sig för starten av uppdragets första undersökning, har vetenskapsexperter noterat en liten men progressiv minskning av mängden ljus som mäts från stjärnor som observerats upprepade gånger med det synliga instrumentet (VIS) ).
Euclid upplever ett vanligt problem som rymdfarkoster möter när de kommer till rymden:vatten som absorberas från luften under montering på jorden frigörs nu gradvis från vissa komponenter i rymdfarkosten, retad av rymdens vakuum.
I den isande kylan i Euklids nya miljö tenderar dessa frigjorda vattenmolekyler att fastna på den första ytan de landar på – och när de landar på detta mycket känsliga uppdrags optik kan de orsaka problem.
"Vi jämförde stjärnljuset som kommer in genom VIS-instrumentet med den registrerade ljusstyrkan hos samma stjärnor vid tidigare tidpunkter, sett av både Euclid och ESA:s Gaia-uppdrag", förklarar Mischa Schirmer, kalibreringsforskare för Euclid-konsortiet och en av huvuddesignerna av den nya avisningsplanen.
"Vissa stjärnor i universum varierar i sin ljusstyrka, men majoriteten är stabila i många miljoner år. Så när våra instrument upptäckte en svag, gradvis minskning av fotoner som kom in, visste vi att det inte var dem - det var vi. "
Det var alltid förväntat att vatten gradvis kunde byggas upp och förorena Euklids vision, eftersom det är mycket svårt att bygga och skjuta upp en rymdfarkost från jorden utan att en del av vattnet i vår planets atmosfär kryper in i den.
Av denna anledning var det en "utgasningskampanj" kort efter lanseringen där teleskopet värmdes upp av ombordvärmare och även delvis exponerades för solen, vilket sublimerade de flesta vattenmolekyler som fanns vid lanseringen på eller mycket nära Euklids ytor. En avsevärd del har dock överlevt genom att absorberas i flerskiktsisoleringen och släpps nu sakta ut i rymdens vakuum.
Efter en enorm mängd forskning – inklusive labbstudier om hur små lager av is på spegelytor sprider och reflekterar ljus – och månader av kalibreringar i rymden, fastställde teamet att flera lager av vattenmolekyler sannolikt är frusna på speglar i Euklids optik. Förmodligen bara några till några tiotals nanometer tjock – motsvarande bredden på en DNA-sträng – det är ett anmärkningsvärt bevis på uppdragets känslighet att det upptäcker så små mängder is.
Medan Euclids observationer och vetenskap fortsätter, har team tagit fram en plan för att förstå var isen finns i det optiska systemet och mildra dess påverkan nu och i framtiden, om den fortsätter att ackumuleras.
Helt ny plan för att sanera Euclid på 1,5 miljoner kilometers avstånd
"Ett komplext uppdrag kräver ett enat svar från team över hela Europa, och jag är otroligt tacksam för den ansträngning och skicklighet som så många har lagt ner på detta", säger Ralf Kohley, Euclid Instrument Operations Scientist som koordinerade responsen.
"Det krävdes arbete från team vid ESA:s tekniska ESTEC-hjärta i Nederländerna, ESAC:s vetenskapliga operationscenter i Madrid och Flight Control Team vid ESOCs uppdragskontroll i Darmstadt - men vi hade inte kunnat göra det utan Euclid-konsortiet och de kritiska insatserna vi fick från rymdfarkostens huvudentreprenör Thales Alenia Space och dess industripartner Airbus Space."
Det enklaste alternativet skulle vara att använda saneringsförfarandet som utvecklats långt före uppskjutning och värma upp hela rymdfarkosten. Team vid uppdragskontroll skulle skicka kommandon för att slå på varje värmare ombord i flera dagar, och långsamt öka temperaturen från cirka –140 °C till, i vissa delar av rymdfarkosten, ”ljumma” –3 °C.
Att göra detta skulle rengöra optiken men skulle också värma upp hela rymdfarkostens mekaniska struktur. Eftersom de flesta material värmer, expanderar de och återgår inte nödvändigtvis till exakt samma tillstånd efter en veckolång nedkylning, vilket innebär en potentiellt subtil skillnad i Euclids optiska inriktning. Detta duger inte för ett så känsligt uppdrag där effekter kan märkas på optiken från en temperaturförändring på bara en bråkdel av en grad, vilket kräver minst flera veckors fin omkalibrering.
"De flesta andra rymduppdrag har inte så krävande krav på 'termo-optisk stabilitet' som Euclid", förklarar Andreas Rudolph, Euclid Flight Director vid ESA:s uppdragskontroll.
"För att uppfylla Euklids vetenskapliga mål att göra en 3D-karta över universum genom att observera miljarder galaxer upp till 10 miljarder ljusår, över mer än en tredjedel av himlen, innebär att vi måste hålla uppdraget otroligt stabilt - och det inkluderar dess temperatur Att slå på värmarna i nyttolastmodulen måste därför göras med stor försiktighet."
För att begränsa termiska förändringar kommer teamet att börja med att individuellt värma optiska delar av rymdfarkosten med låg risk, belägna i områden där vatten som släpps ut sannolikt inte kommer att förorena andra instrument eller optik. De kommer att börja med två av Euklids speglar som kan värmas upp oberoende av varandra. Om ljusförlusten kvarstår och börjar påverka vetenskapen, kommer de att fortsätta att värma upp andra grupper av Euklids speglar och kontrollera varje gång hur stor procentandel fotoner de får tillbaka.
Små mängder vatten kommer att fortsätta att släppas ut inom Euclid under uppdragets livstid, så en långsiktig lösning behövs för att regelbundet avisning av dess optik utan att ta upp för mycket dyrbar uppdragstid – Euclid har sex år på sig att slutföra sin undersökning .
"VIS kommer att mäta svag gravitationslinsning - hur materia i universum har hopsamlats under påverkan av gravitationen när universum expanderar - och för att förstå detta, ju fler galaxer vi observerar, desto bättre", förklarar Reiko Nakajima, VIS-instrumentforskare.
"Avisning bör återställa och bevara Euklids förmåga att samla in ljus från dessa uråldriga galaxer, men det är första gången vi gör den här proceduren. Vi har mycket bra gissningar om vilken yta isen fastnar på, men vi kommer inte att göra det. säkert tills vi gör det."
Mischa avslutar, "När vi väl har isolerat det drabbade området är förhoppningen att vi sedan helt enkelt kan värma upp denna isolerade del av rymdfarkosten i framtiden efter behov. Det vi gör är mycket komplext och finkornigt, så att vi kan spara värdefull tid i framtiden – jag är oerhört glad över att få reda på var denna vattenis samlas och hur väl vår plan kommer att fungera."
Trots hur vanligt detta föroreningsproblem är för rymdfarkoster som arbetar under kalla förhållanden, finns det förvånansvärt lite publicerad forskning om exakt hur is bildas på optiska speglar och dess inverkan på observationer. Inte bara kunde Euklid avslöja den mörka materiens natur, utan den kunde också kasta ljus över en fråga som länge har plågat våra strövande ögon i rymden och tittat ner mot jorden och ut över universum.
Tillhandahålls av Europeiska rymdorganisationen
