Ballontelescoop GUSTO opgelaten vanaf Antarctica

NASA’s ballontelescoop GUSTO is op oudjaarsdag opgelaten vanaf Antarctica. Het ver-infrarood observatorium voert de eerste grote-schaal survey uit van drie elementen binnen stofwolken tussen de sterren, inclusief hun snelheid. GUSTO is uitgerust met drie 8-pixel camera’s, waaronder die geleverd door SRON en TU Delft.

NASA’s Galactic/Extragalactic ULDB Spectroscopic Terahertz Observatory (GUSTO) is een ballonobservatorium dat 55 dagen door de atmosfeer blijft zweven op 36 kilometer hoogte boven Antarctica. GUSTO wordt gedragen door een Ultra-Long Duration heliumballon, ter grootte van een voetbalveld, en bestaat uit een telescoop van één meter in diameter en een cryogeen instrument met supergeleidende detectoren die werken bij -269 °C. Het observatorium heeft drie camera’s voor ver-infraroodstraling van 1,4 en 1,9 en 4,7 teraHertz om emissielijnen te detecteren van respectievelijk geïoniseerd stikstof (NI), koolstof (CII) en zuurstof (OI) in het interstellaire medium (ISM)—het gas en stof tussen de sterren. SRON en TU Delft hebben de zuurstof-camera gemaakt, en bijgedragen aan de andere twee.

Rustig weer

Om opgelaten te worden zijn rustige omstandigheden vereist op het notoir ruige continent. Daarom werd de eerste lanceerpoging pas kort van tevoren gepland. De windsnelheid mag niet boven de 10 km/u liggen, waarbij de windrichting overal dezelfde moet zijn tussen de grond en 300 meter hoogte. Bovendien moet de circumpolaire vortex in de stratosfeer boven Antarctica zijn gevormd. Uiteindelijk vonden de onderzoekers de ideale omstandigheden op oudjaarsdag.

Vortex

GUSTO vliegt met de vortex mee in een cirkelbeweging op 36 kilometer hoogte. Normaal gesproken duurt dit langer dan 55 dagen, maar als de vortex aan kracht inboet zal Gusto naar buiten spiraleren en daalt de observatie-efficiëntie omdat Gusto soms in het donker terechtkomt. De zonnepanelen krijgen minder zonlicht en bovendien ontstaat er een temperatuurverschil tussen dag en nacht. Uiteindelijk belandt het observatorium in zee of op Australië.

De Gusto-missie wordt geleid door de University of Arizona. SRON en TU Delft hebben de zogenoemde Hot Electron Bolometer multi-pixel (heterodyne) camera’s geleverd en een faserooster om een multi-beam lokale oscillator te creëren uit een enkele 4,7 THz quantum cascase laser. De lokale oscillator helpt de detectoren om de exacte kleur te bepalen van het inkomende ver-infrarode licht. Bovendien is Jose Silva (SRON) ter plaatse namens het Nederlandse GUSTO-team om bij te dragen aan de vluchtcampagne.

Balloon telescope GUSTO launched from Antarctica

NASA’s GUSTO balloon telescope has launched from Antarctica on December 31st. The far-infrared observatory carries out the first large-scale survey with velocity-resolved imaging of the spectral lines emitted by three cosmic elements between stars. GUSTO is equipped with three 8-pixel cameras. SRON and TU Delft made one of those and contributed to the other two.

NASA’s Galactic/Extragalactic ULDB Spectroscopic Terahertz Observatory (GUSTO) is a balloon observatory that will keep drifting and circulating in the Earth’s atmosphere at 36 km altitude above Antarctica for 55 days. The observatory is carried by an Ultra-Long Duration helium balloon with the size of a football field and consists of a telescope one meter in diameter and a cryogenic instrument with superconducting detectors operating at -269 °C. GUSTO carries three array receivers for far-infrared radiation of 1.4, 1.9, and 4.7 terahertz to detect and map emission lines of respectively ionized nitrogen [NI], carbon [CII], and oxygen [OI] in the interstellar medium (ISM)—the gas and dust in between stars. SRON built the oxygen camera and contributed to building the other two.

Calm conditions

In order for the launch to go ahead, calm conditions are required on the notoriously rugged continent. Therefore the first launch attempt was only planned shortly in advance. Wind speeds may not exceed 10 km/h, while the wind direction must be the same everywhere between the ground and 300 meters altitude. Furthermore, the circumpolar vortex must have formed in the stratosphere above Antarctica. In the end, the researchers found the perfect circumstances on December 31st.

Vortex

The vortex allows GUSTO to float circularly at an altitude of 36 km. Normally speaking it will last longer than 55 days. However, once the vortex breaks down, GUSTO will spiral outwards, and the observation efficiency will decrease slowly because of an increased temperature difference between day and night and a reduced electrical power from the solar panels. Eventually, GUSTO will be terminated and likely drop into the ocean or in Australia. It is not going to be salvaged by NASA because GUSTO is the first balloon observatory in history to be managed as a space mission.

GUSTO is led by the University of Arizona. SRON and TU Delft (Faculty of Applied Physics) delivered the so-called Hot Electron Bolometer multi-pixel (heterodyne) cameras and a novel phase grating for creating a multi-beam local oscillator originated from a single 4.7 THz quantum cascade laser. The local oscillator helps the detectors to determine the exact color of the incoming far-infrared light. Furthermore, Jose Silva on behalf of the Dutch GUSTO team is on the scene to contribute the GUSTO’s Antarctica flight campaign.