Spitzerov vesmírny ďalekohľad (pôvodne Space Infrared Telescope Facility - SIRTF, niekedy sa používa aj skratka Spitzer) bolo kozmické observatórium, štvrté a posledné z veľkých observatórií NASA. Bolo určené na pozorovanie objektov v infračervenej oblasti spektra. Išlo o najväčší infračervený teleskop, aký bol kedy vypustený do vesmíru. Urobil množstvo objavov, medzi ktoré patrí napr. priame zachytenie svetla exoplanét HD 209458b a TrES-1, potvrdenie teórie, že Galaxia Mliečna cesta je v skutočnosti špirálová galaxia s priečkou, alebo zmapovanie atmosféry exoplanéty HD 189733b. S jeho pomocou bola vytvorená fotografická mozaika Mliečnej cesty skladajúca sa z 800 tisíc samostatných snímok.
Základná misia trvala dva a pol roka, potom bola predlžovaná až do tej doby, kým by sa úplne vyčerpala zásoba chladiaceho hélia, bez ktorého pozorovanie v určitých častiach spektra nie je možné. Po vyčerpaní zásob hélia pokračovala tzv. „teplá“ misia Spitzera, počas ktorej sa ďalekohľad zohrial vplyvom okolitého prostredia o 30 K. Pozorovacie možnosti ďalekohľadu už síce neboli také ako pred vyčerpaním hélia, no ukázalo sa, že aj napriek tomu bol pre vedu stále veľmi prínosný. Ďalekohľad ukončil svoju činnosť vypnutím 30. januára 2020.
Aby sa dodržali všetky tradície NASA, ďalekohľad bol premenovaný po úspešnej ukážke činnosti 18. decembra 2003. Na rozdiel od väčšiny ďalekohľadov, ktoré sú pomenované po známych zosnulých astronómoch výborom vedcov, meno pre SIRTF bolo vybrané na základe otvorenej súťaže širokej verejnosti. Zvolili meno Dr. Lyman Spitzer, Jr., čo bol prvý astronóm, ktorý navrhoval umiestňovanie ďalekohľadov do vesmíru. Lynman Spitzer v roku 1946 vo svojej práci "Report to Project Rand: Astronomical Advantages of an Extra-Terrestrial Observatory" vysvetlil výhody vesmírneho prostredia pre astronomické pozorovania.
História projektu Už na začiatku 80. rokov 20. storočia začali astronómovia uvažovať o možnosti umiestnenia infračerveného teleskopu mimo rušivé elementy zemskej atmosféry. National Research Council (Národná výskumná rada) vydala v roku 1979 správu „A Strategy for Space Astronomy and Astrophysics for the 1980´s“, v ktorej označila za jedno z hlavných zariadení, ktoré je potrebné vyvinúť pre výskum vesmíru, Shuttle Infrared Telescope Facility. S očakávaním vzrušujúcich výsledkov vtedy novej družice COBE táto správa tiež zmienila štúdiu a vývoj dlhotrvajúcich vesmírnych kryogenicky chladených infračervených teleskopov. Vypustenie Infračerveného astronomického satelitu v roku 1983 vyvinutého spoluprácou Spojených štátov Holandska a Spojeného kráľovstva, ktorý ako prvý urobil kompletný infračervený prieskum oblohy, povzbudilo vedcov na celom svete k práci na ďalšom vývoji technológie infračervených detektorov.
Väčšina raných konceptov videla cestu v opakovaných letoch na palube raketoplánu. Tento prístup sa vyvinul v dobe, kedy ľudia predpokladali, že program raketoplánov bude schopný vykonávať lety každý týždeň s dobou trvania do tridsiatich dní. Správa NASA z mája roku 1983 – strany 98 až 102 popisuje SIRTF ako misiu, v priebehu ktorej sa budú využívať vedecké prístroje pripevnené k raketoplánu. "SIRTF by malo byť zariadenie veľkosti okolo 1 metra, kryogenicky chladené, pozostávajúce z teleskopu a ďalších súvisiacich prístrojov. Malo byť vynesené raketoplánom, na obežnej dráhe by k nemu zostalo pripevnené ako vesmírne laboratórium (podobne ako Spacelab), ktoré by v priebehu pobytu vo vesmíre vykonávalo potrebné výskumy. Potom sa malo spoločne s raketoplánom vrátiť späť na Zem, kde by ho pripravili na ďalší let." – strana 100 Prvé lety sa predpokladali po roku 1990. Let laboratória Spacelab-2 na palube Challengera (misia STS-51-F ) v roku 1985 však ukázal, že prostredie raketoplánu je pre infračervený ďalekohľad značne nevhodné z dôvodu kontaminácie kozmickým smetím nachádzajúcim sa na obežnej dráhe. Od septembra 1983 preto NASA začala zvažovať možnosť dlhotrvajúceho letu, v priebehu ktorého by SIRTF vykonával pozorovania vo voľnom priestore bez raketoplánu.
Spitzer sa napokon stal jediným ďalekohľadom z projektu veľkých observatórií NASA, ktorý neodštartoval v americkom raketopláne. Pôvodne mal byť vynesený raketoplánom, ale po havárii raketoplánu Challenger bol najvyšší stupeň Centaur LH2/LOX nevyhnutný na presun ďalekohľadu na jeho plánovanú obežnú dráhu zakázaný. Satelit podstúpil sériu rekonštrukcií v 90. rokoch, hlavne kvôli rozpočtovým úvahám. Výsledkom bola omnoho menšia i keď stále plne schopná misia, ktorá by mohla použiť menšiu odpaľovaciu raketu Delta. Jeden z najdôležitejších aspektov týchto rekonštrukcií bol ten, že satelit mohol použiť Zemou odťahovanú obežnú dráhu. To znamená, že Spitzer obieha okolo Slnka po rovnakej obežnej dráhe ako Zem, ktorú však nasleduje zavesený v tzv. libračnom centre L2. Od Zeme sa vzďaľuje rýchlosťou približne 0,1 astronomickej jednotky za rok.
Kryogenické satelity na zemskej obežnej dráhe sú vystavené ohromnému teplotnému zaťaženiu zo Zeme. Umiestnením satelitu na slnečnú a nie zemskú obežnú dráhu a použitím novátorského pasívneho chladenia (ako slnečný štít), sa celkové množstvo nízkoteplotného hélia potrebného na chladenie drasticky znížilo.
Kryogenicky chladené družice, ktoré potrebujú tekuté hélium (LHe, T ≈ 4 K), sú obvykle v blízkosti Zeme vystavené značnej tepelnej záťaži a na ich chladenie je teda potrebné použiť veľké množstvo chladiacej látky. Tá ale zaberá väčšinu nákladovej kapacity a skracuje tým maximálnu dĺžku misie. Umiestnením satelitu na obežnú dráhu okolo Slnka bolo možné využiť nové technológie ako napr. pasívne chladenie (solárny štít), ktoré dramaticky znížili celkové množstvo potrebného hélia (a taktiež finančné náklady). Spitzer je na svojom mieste odtienený od Slnka i Zeme, pretože smeruje na opačnú stranu. S využitím unikátnych vlastností tejto orbity bol vyvinutý špeciálny systém pre ukladanie údajov a telemetrie teleskopu tzv. „Store-and-Dump Telemetry“ (pozri nižšie).
Vypustenie ďalekohľadu
Spitzer bol vypustený v pondelok 25. augusta 2003 o 1:35:39 (EDT) zo základne vzdušných síl na myse Canaveral raketou Delta II 7920H ELV. - priebeh štartu po minútach 05:35:39 UT – štart rakety Delta (7920H ELV) 05:36 – dosiahnutá rýchlosť 1 M 05:37 – odhodenie šiestich štartovacích motorov 05:40 – odstavenie motoru 1. stupňa; následné odhodenie 1. stupňa 05:42 – výška: ; rýchlosť: /h 05:43 – plánované vypnutie motoru 2. stupňa, dosiahnutá vyčkávacia obežná dráha 06:16 – znovuzapálenie motora 2. stupňa 06:20 – ďalekohľad je navedený na únikovú dráhu rýchlosťou /s 06:25 – ďalekohľad sa oddeľuje od 2. stupňa rakety Delta 06:41 – Stanice siete Deep Space Network pri Canberre v Austrálii definitívne nadväzuje spojenie so SIRTF.
Konštrukcia Teleskop bol navrhnutý tak, aby jeho hmotnosť neprekračovala , a jeho konštrukcia odolávala extrémne nízkym teplotám, v tomto prípade mínus 268°C. Hlavné zrkadlo má v priemere, f/12 (ohnisková vzdialenosť je 12 násobok priemeru hlavného zrkadla). Zhotovené je z berýlia, ktoré má veľmi malú tepelnú vodivosť pri nízkych teplotách a je ochladené na 5,5 kelvinov. Teleskop obsahuje tri prostriedky, ktoré mu umožnia vykonávať fotometriu a vytvárať obrázky od 3 do 180 mikrometrov, spektroskopiu od 5 do 40 mikrometrov a spektrofotometriu od 5 do 100 mikrometrov.
Hlavnú sadu prístrojov (teleskop a kryogénnu komoru) vyvinula spoločnosť Ball Aerospace & Technologies Corp. Na výrobe ďalších zariadení sa podieľali priemyslové, akademické a vládne inštitúcie ako napr. Cornell, University of Arizona, Smithsonian Astrophysical Observatory, Ball Aerospace a Goddard Spaceflight Center. Telo ďalekohľadu skonštruovala spoločnosť Lockheed Martin. Stavba Spitzerovho vesmírneho ďalekohľadu stála celkove 800 miliónov amerických dolárov. Rozpočet NASA schválil projektu SIRTF na rok 2008 celkom 68,4 miliónov USD; na rok 2009 sa počítal s čiastkou 71,7 miliónov USD. S blížiacim sa koncom celej misie sa počíta aj s celkovým znížením čiastok pridelených na misiu – 2010: 15,9 mil. USD, 2011: 10,3 mil. USD, 2012: 3,2 mil. USD, 2013: 3,3 mil. Misia je riadená firmou Jet Propulsion Laboratory a Spitzerovým vesmírnym strediskom v Pasadene.
Snímače v teleskope Teleskop obsahuje nasledujúce vedecké prístroje: IRAC (Infrared Array Camera), infračervená kamera, ktorá operuje súčasne v štyroch vlnových dĺžkach (3,6 µm, 4,5 µm, 5,8 µm a 8 µm). Rozlíšenie je 256 × 256 pixelov. IRS (Infrared Spectrograph), infračervený spektrometer so štvoricou podmodulov, ktorý pracuje na vlnových dĺžkach 5,3–14 µm (nízke rozlíšenie), 10–19,5 µm (vysoké rozlíšenie), 14–40 µm (nízke rozlíšenie) a 19–37 µm (vysoké rozlíšenie). MIPS (Multiband Imaging Photometer for Spitzer), ktorý vykonáva snímanie a získava spektroskopické údaje z infračerveného žiarenia väčších vlnových dĺžok. Pozostáva z troch snímacích modulov: Prvý má rozlíšenie 128 x 128 pixelov a sníma žiarenie λ= 24 mikrometrov; je vyrobený zo silikónu obohateného o arzén. Ďalší z modulov má rozlíšenie 32 x 32 pixelov a sníma IR žiarenie λ= 70 mikrometrov a ďalej v rozsahu 50–100 mikrometrov. Posledný modul s rozlíšením 2 x 20 mikrometrov sa používa na snímanie vlnových dĺžok 160 mikrometrov. Snímacia schopnosť MIPS sa pohybuje v rozpätí 5 x 5 uhlových minút (najkratšia vlnová dĺžka) až 0,5 x 5 (najdlhšia vlnová dĺžka).
Skoršie infračervené pozorovania boli vykonané kombináciou vesmírnych a zemských hvezdární. Pozemské hvezdárne majú nevýhodu v tom, že v infračervených vlnových dĺžkach alebo frekvenciách ďalekohľad a zemská atmosféra silno vyžarujú. Atmosféra je dodatočne priepustná v najväčších infračervených vlnových dĺžkach, čo si však vyžaduje dlhé expozičné časy a veľmi znižuje schopnosť zaznamenať slabé objekty. Dá sa to popísať ako pozorovanie hviezd cez deň. Predošlé vesmírne satelity (ako IRAS - the Infrared Astronomical Satellite, ISO, the Infrared Space Observatory) boli v prevádzke počas rokov 1980 a 1990 a odvtedy sa v astronomických technológiách urobili veľké pokroky.
Architektúra kryogénneho systému left|thumb|Porovnanie starej a novej technológie chladenia Predchádzajúce infračervené teleskopy vo vesmíre boli zahalené obrovským kryostatom, ktorý obsahoval supratekuté hélium a umožňoval fungovanie teleskopu pri teplotách blízko absolútnej nule. Takáto konfigurácia sa označuje ako tzv. Cold launch architecture. Na rozdiel od teleskopov IRAS a ISO sa však u Spitzera použili inovatívne technológie tzv. Warm launch architecture. Spitzerov vesmírny ďalekohľad z prevažnej časti ochladzuje prirodzená teplota, či skôr chlad vesmírneho prostredia (pasívne chladenie). Len snímacie zariadenie, ktoré vyžaduje silnejšie chladenie, je ukryté spoločne s kryostatom v špeciálnej vákuovej schránke. Pre správne fungovanie technológie „warm launch“ je však nevyhnutná správna voľba umiestnenia - orbitálnej výšky. Pokiaľ sa teleskop nachádza v dostatočne veľkej vzdialenosti od Zeme, je teplota okolitého prostredia schopná ho ochladiť už v priebehu niekoľkých týždňov na teplotu 40 K. Počas tohto obdobia chladenie zaisťuje vonkajšia schránka s tekutým héliom. Postupne sa odparujúce hélium ochladzuje teleskop na operačnú teplotu 5,5 K. Jedným z najväčších prínosov tejto technológie je celková redukcia veľkosti celého observatória a zníženie nákladov na dopravu zariadenia na obežnú dráhu.
Pre porovnanie: SIRTF spotreboval v priebehu piatich rokov 360 litrov hélia, u jeho predchodcu IRAS to činilo 520 litrov spotrebovaných za 10 mesiacov, a nakoniec ISO spotreboval 2140 litrov v priebehu 2,5 ročnej misie. S použitím tejto úspornej inovatívnej technológie sa (s určitými úpravami) počíta aj u nových projektov vesmírnych infračervených teleskopov, ako je napr. Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba.
Telemetria Store-and-Dump