HYADES to naukowa misja przeglądowa, która będzie prowadzić obserwacje komet i planetoid z niskiej orbity okołoziemskiej (LEO). Satelita będzie poruszał się po orbicie heliosynchronicznej i badał wodę oraz jej skład izotopowy w kometach, aktywnych planetoidach i obiektach międzygwiazdowych za pomocą instrumentów pracujących w zakresie bliskiego ultrafioletu.
Światło tych słabych obiektów zbierze teleskop Ritcheya–Chrétiena o średnicy 50 cm. Następnie trafi ono do dwóch współpracujących instrumentów: spektrografu wysokiej rozdzielczości i imagera.
Metoda pomiarów
Gdy lód kometarny sublimuje, uwolnione cząsteczki wody trafiają do komy — rozległej otoczki gazowo-pyłowej wokół jądra. Pod wpływem słonecznego promieniowania ultrafioletowego ulegają następnie rozpadowi w procesie fotodysocjacji. Jednym z jego produktów jest rodnik hydroksylowy OH, zbudowany z atomu tlenu i atomu wodoru.
OH emituje silne promieniowanie w paśmie ultrafioletowym w pobliżu 309 nm. Ponieważ w typowych komach kometarnych powstaje niemal wyłącznie z rozpadu wody, pozwala skutecznie śledzić jej uwalnianie z sublimującego lodu. Za obserwowane świecenie odpowiada fluorescencja: cząsteczki pochłaniają światło słoneczne, a następnie emitują promieniowanie o charakterystycznych długościach fal.
Jeśli cząsteczka wody zawiera deuter — cięższy izotop wodoru — jej rozpad może prowadzić do powstania OD, czyli deuterowanej odmiany rodnika hydroksylowego. HYADES będzie obserwował jego charakterystyczną linię fluorescencyjną przy długości fali 307,42 nm, równocześnie z pobliskimi liniami OH. Porównanie obu sygnałów, przy uwzględnieniu procesów fotochemicznych i fluorescencji, pozwoli określić stosunek deuteru do wodoru, D/H, w wodzie, z której powstały te rodniki.
Pomiar ten jest wymagający. Przy składzie izotopowym zbliżonym do wody w ziemskich oceanach emisja OD jest około tysiąca razy słabsza od emisji OH. Jej linie znajdują się ponadto w części widma, w której występuje wiele innych linii emisyjnych. Dlatego instrument HYADES musi jednocześnie skutecznie zbierać światło, dokładnie rozdzielać jego długości fal i rejestrować słabe sygnały przy bardzo niskim poziomie szumów.
Obserwacje OH i OD mają kilka istotnych zalet. Oba rodniki emitują światło w zbliżonym zakresie długości fal, co pozwala mierzyć je jednocześnie i w dokładnie tym samym obszarze komy. Ich linie diagnostyczne są przy tym wyraźnie rozdzielone, a w przewidywanych warunkach obserwacji pochłanianie emitowanego promieniowania przez samą komę jest znikome. Dzięki temu można ograniczyć niepewności pojawiające się przy zestawianiu pomiarów wykonanych w różnych terminach lub obejmujących różne części zmieniającej się komy.
Tryby obserwacji
HYADES połączy dwie uzupełniające się techniki obserwacyjne.
Spektrograf rozłoży zebrane światło na widmo, ujawniając linie emisyjne poszczególnych składników gazu. Jego wysoka rozdzielczość pozwoli oddzielić słaby sygnał OD od sąsiednich linii. Długa szczelina wejściowa umożliwi jednocześnie zbadanie, jak emisja zmienia się wzdłuż wybranego przekroju komy.
Kamera pokaże natomiast przestrzenny rozkład gazu w wybranych pasmach ultrafioletowych. Uzyskane obrazy pozwolą określić zasięg komy, śledzić zmiany jej struktury i wskazać obszar, z którego pochodzi analizowane widmo.
Instrument umożliwi zarówno samo obrazowanie, jak i jednoczesne wykonywanie zdjęć oraz pomiarów spektroskopowych. W ten sposób informację o składzie chemicznym będzie można bezpośrednio powiązać ze strukturą otoczenia obserwowanego obiektu.
Do rejestracji światła posłużą detektory ultrafioletowe zliczające pojedyncze fotony. Dzięki niskiemu poziomowi szumów dobrze sprawdzają się one podczas długich obserwacji, gdy słaby sygnał narasta stopniowo. W połączeniu ze sprawną optyką i odpowiednio długim czasem zbierania światła pozwoli to badać emisję gazową obiektów trudno dostępnych dla instrumentów o bardziej uniwersalnym zastosowaniu.