Авиация EXOSAT - Инструменты

Обсерватория несла на себе четыре основных инструмента  — два рентгеновских телескопа косого падения CMA, газовый пропорциональный счётчик большой площади ME и газовый сцинтилляционный счетчик GSPC.

CMA

Два идентичных рентгеновских телескопа косого падения состояли из двух, вставленных друг в друга труб, сделанных по принципу оптики Вольтера I типа, отражающих рентгеновские лучи в диапазоне энергий 0,04-2 кэВ. Фокусное расстояние телескопов — 1,1 м, диаметр входной апертуры — 30 см. Угловое разрешение телескопов на оптической оси 24 угл. секунды с ухудшением до 4 угл. минут на расстоянии 1 градуса от оси поля зрения. В фокальной плоскости телескопов могли быть установлены либо детекторы CMA, либо детекторы PSD. За каждым из телескопов можно было выставлять дифракционную решётку, спектр после которой мог быть снят при помощи детекторов CMA. Дифракционная решётка одного телескопа имела 500 штрихов на мм, другого — 1000 штрихов на мм, что давало спектральное разрешение 2Å и 1Å соответственно на энергиях >0.25 кэВ и 5Å на длине волны 304Å для обоих телескопов.

Изображение остатка вспышки сверхновой Кассиопея A полученное EXOSAT/CMA

Детектор CMA не давал энергетического разрешения, но грубая информация о спектрах источников могла быть получена при помощи набора широкополосных фильтров. Эффективность детекторов CMA падала с 30 % на 0,15 кэВ до 7 % на 1,5 кэВ. Детектор CMA был чувствителен к ультрафиолетовым фотонам, что приводило к определенным затруднениям наблюдений областей с яркими звездами классов O или B.

Работа рентгеновских телескопов была сопряжена с различными трудностями. Оба детектора PSD вышли из строя еще на стадии калибровки инструмента. Один из детекторов CMA вышел из строя в октябре 1983 года. Механизм, отвечавший за помещение дифракционной решётки за телескопом LE1 вышел из строя 15 сентября 1983 года. Оставшийся детектор CMA исправно работал до конца миссии.

ME

Инструмент ME состоял из восьми пропорциональных счетчиков, с общей площадью 1600 см и полем зрения 45 угл минут, ограниченным коллиматором. Энергетической диапазон инструмента 1-50 кэВ.

Каждый пропорциональный счётчик содержал две газовые макеры, разделенные 1,5 мм слоем бериллия. Верхняя часть счетчика заполнялась аргоном, нижняя — ксеноном. Каждый счетчик был оборудован набором токосьемых проволочек, обеспечивающих энергетическое разрешение 21 % на энергии 6 кэВ для аргоновой камеры и 18 % на 22 кэВ для ксеноновой. События, зарегистрированные в камерах записывались в 128 энергетических каналах в диапазоне энергий 1-20 кэВ и 5-50 кэВ соответственно.

Фон инструмента ME был очень стабилен и определялся в основном срабатываниями на частицы солнечного ветра и линиями радиоактивного распада остаточного плутония в белиллиевых окнах и в теле детектора. Время от времени солнечные бури приводили к тому, что фон инструмента поднимался на несколько порядков величины и поэтому на время таких событий работа инструмента прекращалась. Для оптимизации вычитания фона инструмента половина детекторов ME могла быть отвернута от источника для измерения фона «чистого неба». 20 августа 1985 года один из детекторов вышел из строя.

Важным компонентом работы детекторов ME было использование бортового компьютера. В зависимости от целей наблюдения имелась возможность пожертвовать спектральной информацией с детекторов за счет увеличения временного разрешения и наоборот. Однако имелся и определённый минус — обработка событий бортовым компьютером приводила появлению дополнительного мертвого времени, зависящего от скорости счёта детектора.

Основные результаты:

• Открытие квазипериодических осцилляий потока рентгеновского излучения большого количества галактических источников
• Впервые получены спектры мощности переменности рентгеновского излучения активных ядер галактик

GSPC

Спектры источника SS433 в разные фазы прецессии релятивистской струи. Хорошо видно, что эмиссионная линия высокоинонизированного железа в разные моменты расположена на разных энергиях из-за прецессии струи.

GSPC газовый сцинтилляционный счётчик имел энергетическое разрешение 4,5 % на энергии 6 кэВ, что было в раза лучше, чем на инструменте ME. Эффективная площадь инструмента — 100 кв.см. Энергетическая информация о событиях записывалась в 256 каналов.

В работе инструмента использовались различные варианты усиления, которые позволяли менять эффективный рабочий диапазон инструмента: gain 1 = 2-32 кэВ, gain 2 = 2-16 кэВ и gain 0,5 = 2-64 кэВ. Последний использовался только для ярчайшего источника рентгеновского неба — Скорпион Х-1. Вариации внутреннего усиления инструмента за счета температуры учитывались при помощи слежения за положением двух фоновых эмиссионных линий на энергиях 10,54 кэВ и 12,7 кэВ, вызывавшихся флуоресценцией вещества свинцового коллиматора и радиоактивным распадом остаточного плутония в бериллиевом окне. Так же для слежения за усилением использовалось положение края поглощения ксенона 4,78 кэВ.

Фоновые события в инструменте отсекались при помощи анализа длины токового всплеска. Форма спектра фона инструмента оставалась неизменной на коротких масштабах времени, но менялась на длинных. Стандартным типом информации с инструмента был набор спектров в 256 каналах с временным разрешением 8 секунд. Инструмент работал в штатном режиме до конца миссии.

Основные результаты:

• Обнаружение эмиссионный линий у объектов различных классов

• Открытие движений эмиссионных линий высокоионизированного железа, возникающей у релятивистской струи источника SS433. Движения вызваны прецессией релятивистской струи