Su kiekvienu papildomu diafragmos centimetru, kiekviena papildoma stebėjimo laiko sekunde ir kiekvienu papildomu atmosferos netvarkos atomu, pašalintu iš teleskopo regėjimo lauko, Visata gali būti matoma geriau, giliau ir aiškiau.
25 Hablo metai
1990 m. pradėjus veikti Hablo teleskopui, jis pradėjo naują astronomijos erą – kosmosą. Nebebuvo jokios kovos su atmosfera, nebereikia jaudintis dėl debesų ar elektromagnetinio mirgėjimo. Viskas, ko reikėjo, buvo nukreipti palydovą į taikinį, jį stabilizuoti ir surinkti fotonus. Per 25 metus kosminiai teleskopai pradėjo aprėpti visą elektromagnetinį spektrą, todėl pirmą kartą buvo galima pamatyti visatą esant kiekvienam šviesos bangos ilgiui.
Bet augant mūsų žinioms, didėja ir mūsų supratimas apie nežinomybę. Kuo toliau žvelgiame į visatą, tuo gilesnę praeitį matome: ribotas laikas nuo Didžiojo sprogimo kartu su ribotu šviesos greičiu apriboja tai, ką galime stebėti. Be to, pats erdvės plėtimasis veikia prieš mus, ištempdamas bangos ilgįžvaigždžių šviesa, keliaujanti per visatą į mūsų akis. Net Hablo kosminis teleskopas, suteikiantis giliausią ir kvapą gniaužiantį mūsų kada nors atrastos visatos vaizdą, šiuo atžvilgiu yra ribotas.
Hablo trūkumai
Hablas yra nuostabus teleskopas, tačiau jis turi keletą esminių apribojimų:
- Tik 2,4 m skersmens, todėl skiriamoji geba ribojama.
- Nepaisant to, kad jis padengtas atspindinčiomis medžiagomis, jį nuolat veikia tiesioginiai saulės spinduliai, dėl kurių jis įkaista. Tai reiškia, kad dėl šiluminių efektų jis negali stebėti šviesos bangų ilgių, didesnių nei 1,6 µm.
- Ribotos diafragmos ir bangų ilgių, kuriems jis jautrus, derinys reiškia, kad teleskopas gali matyti ne senesnes nei 500 milijonų metų galaktikas.
Šios galaktikos yra gražios, tolimos ir egzistavo, kai Visata buvo tik apie 4 % dabartinio amžiaus. Tačiau žinoma, kad žvaigždės ir galaktikos egzistavo dar anksčiau.
Kad tai matytumėte, teleskopas turi turėti didesnį jautrumą. Tai reiškia, kad reikia pereiti prie ilgesnių bangų ir žemesnės temperatūros nei Hablo. Štai kodėl kuriamas James Webb kosminis teleskopas.
Mokslo perspektyvos
James Webb kosminis teleskopas (JWST) sukurtas taip, kad įveiktų būtent šiuos apribojimus: 6,5 m skersmens teleskopas surenka 7 kartus daugiau šviesos nei Hablo. Jis atsidarodidelės skiriamosios gebos ultra-spektroskopija nuo 600 nm iki 6 µm (4 kartus didesnis už Hablo matomą bangos ilgį), kad būtų galima stebėti infraraudonųjų spindulių spektro vidurio sritį su didesniu nei bet kada anksčiau jautrumu. JWST naudoja pasyvų aušinimą iki Plutono paviršiaus temperatūros ir gali aktyviai vėsinti vidutinio infraraudonųjų spindulių instrumentus iki 7K.
Jis leis:
- stebėkite ankstyviausias kada nors susidariusias galaktikas;
- pažiūrėkite per neutralias dujas ir ištirkite pirmąsias žvaigždes bei visatos rejonizaciją;
- atlikti pirmųjų žvaigždžių (III populiacijos), susidariusių po Didžiojo sprogimo, spektroskopinę analizę;
- pagaukite nuostabių siurprizų, tokių kaip ankstyviausių supermasyvių juodųjų skylių ir kvazarų atradimas visatoje.
JWST mokslinių tyrimų lygis nepanašus į nieką praeityje, todėl teleskopas buvo pasirinktas kaip NASA pavyzdinė 2010 m. misija.
Mokslinis šedevras
Techniniu požiūriu naujasis James Webb teleskopas yra tikras meno kūrinys. Projektas nuėjo ilgą kelią: buvo viršytas biudžetas, vėluojama tvarkaraštis ir pavojus, kad projektas bus atšauktas. Įsikišus naujajai vadovybei viskas pasikeitė. Projektas staiga suveikė kaip svirtis, buvo skirtos lėšos, atsižvelgta į klaidas, gedimus ir problemas, o JWST komanda pradėjo derėtivisus terminus, grafikus ir biudžeto planus. Įrenginio paleidimas numatytas 2018 metų spalį raketoje Ariane-5. Komanda ne tik laikosi grafiko, bet ir turi devynis mėnesius atsiskaityti už visus nenumatytus atvejus, kad užtikrintų, jog viskas supakuota ir paruošta tai datai.
James Webb teleskopą sudaro 4 pagrindinės dalys.
Optinis blokas
Apima visus veidrodžius, iš kurių aštuoniolika pirminių segmentuotų paauksuotų veidrodžių yra efektyviausi. Jie bus naudojami tolimų žvaigždžių šviesai surinkti ir sutelkti ją į analizės prietaisus. Visi šie veidrodžiai dabar yra paruošti ir nepriekaištingi, pagaminti pagal grafiką. Surinkti jie bus sulankstyti į kompaktišką konstrukciją, kuri bus paleista daugiau nei už 1 milijono km nuo Žemės iki L2 Lagrange taško, o tada automatiškai išsiskirs, kad susidarytų korio struktūra, kuri ateinančius metus rinks itin ilgo nuotolio šviesą. Tai tikrai gražus dalykas ir sėkmingas daugelio specialistų titaniškų pastangų rezultatas.
Artima infraraudonųjų spindulių kamera
Webb yra aprūpinti keturiais moksliniais instrumentais, kurie yra 100 % užbaigti. Pagrindinė teleskopo kamera yra beveik IR kamera, kuri svyruoja nuo matomos oranžinės šviesos iki gilių infraraudonųjų spindulių. Jis pateiks precedento neturinčius ankstyviausių žvaigždžių, jauniausių vis dar besiformuojančių galaktikų, jaunų Paukščių Tako ir netoliese esančių galaktikų, šimtų naujų objektų Kuiperio juostoje vaizdus. Ji yraoptimizuotas tiesioginiam planetų aplink kitas žvaigždes vaizdavimui. Tai bus pagrindinė dauguma stebėtojų naudojama kamera.
Artimųjų infraraudonųjų spindulių spektrografas
Šis įrankis ne tik atskiria šviesą į atskirus bangos ilgius, bet ir gali tai padaryti daugiau nei 100 atskirų objektų vienu metu! Šis instrumentas bus universalus Webba spektrografas, galintis veikti 3 skirtingais spektroskopijos režimais. Jį pastatė Europos kosmoso agentūra, tačiau daug komponentų, įskaitant detektorius ir kelių vartų bateriją, pateikė Kosminių skrydžių centras. Goddardas (NASA). Šis prietaisas buvo išbandytas ir paruoštas montuoti.
Vidurinio infraraudonųjų spindulių instrumentas
Įrenginys bus naudojamas plačiajuosčio ryšio vaizdavimui, ty jis sukurs įspūdingiausius vaizdus iš visų Webb instrumentų. Moksliniu požiūriu jis bus naudingiausias matuojant protoplanetinius diskus aplink jaunas žvaigždes, matuojant ir vaizduojant Kuiperio juostos objektus ir dulkes, įkaitintas žvaigždžių šviesos beprecedenčiu tikslumu. Tai bus vienintelis instrumentas, kriogeniniu būdu aušinamas iki 7 K. Palyginti su Spitzer kosminiu teleskopu, tai pagerins rezultatus 100 kartų.
Be plyšio artimojo IR spektrografas (NIRISS)
Įrenginys leis jums gaminti:
- plataus kampo spektroskopija artimųjų infraraudonųjų spindulių bangų ilgiuose (1,0–2,5 m);
- Vieno objekto grizmo spektroskopijamatomas ir infraraudonųjų spindulių diapazonas (0,6–3,0 mikronų);
- apertūrą maskuojanti interferometrija, kai bangos ilgiai 3,8–4,8 µm (kur tikimasi pirmųjų žvaigždžių ir galaktikų);
- plataus nuotolio fotografavimas visame matymo lauke.
Šį instrumentą sukūrė Kanados kosmoso agentūra. Atlikus kriogeninį bandymą, jis taip pat bus paruoštas integruoti į teleskopo prietaisų skyrių.
Skydas nuo saulės
Kosminiai teleskopai jais dar neįrengti. Vienas iš labiausiai bauginančių kiekvieno paleidimo aspektų yra visiškai naujos medžiagos naudojimas. Užuot aktyviai aušinę visą erdvėlaivį vienkartiniu sunaudojamu aušinimo skysčiu, James Webb teleskopas naudoja visiškai naują technologiją – 5 sluoksnių skydą nuo saulės, kuris bus dislokuotas taip, kad atspindėtų saulės spinduliuotę iš teleskopo. Penki 25 metrų lakštai bus sujungti titano strypais ir sumontuoti išskleidus teleskopą. Apsauga buvo išbandyta 2008 ir 2009 m. Laboratoriniuose bandymuose dalyvavę viso masto modeliai padarė viską, ką turėjo padaryti čia, Žemėje. Tai puiki naujovė.
Tai taip pat neįtikėtina koncepcija: ne tik blokuoti saulės šviesą ir teleskopą pastatyti šešėlyje, bet ir padaryti tai taip, kad visa šiluma būtų išspinduliuojama priešinga teleskopo orientacijos kryptimi. Kiekvienas iš penkių sluoksnių vakuume taps š altas, kai tolsta nuo išorės, kuri bus šiek tiek šiltesnė už temperatūrą. Žemės paviršius – apie 350-360 K. Paskutinio sluoksnio temperatūra turėtų nukristi iki 37-40 K, o tai yra š altesnė nei naktį Plutono paviršiuje.
Be to, buvo imtasi svarbių atsargumo priemonių siekiant apsisaugoti nuo atšiaurios erdvės aplinkos. Vienas iš dalykų, dėl kurių čia reikia nerimauti, yra mažyčiai akmenuko dydžio akmenukai, smėlio grūdeliai, dulkių dėmės ir dar mažesni, skriejantys tarpplanetine erdve dešimčių ar net šimtų tūkstančių kilometrų per valandą greičiu. Šie mikrometeoritai gali padaryti mažytes, mikroskopines skylutes visame, su kuo jie susiduria: erdvėlaiviuose, astronautų kostiumuose, teleskopiniuose veidrodžiuose ir kt. Jei veidrodžiai tik įlenkiami ar skylės, o tai šiek tiek sumažina „geros šviesos“kiekį, tada saulės skydas gali plyšti nuo krašto iki krašto, todėl visas sluoksnis tampa nenaudingas. Kovoti su šiuo reiškiniu buvo panaudota puiki idėja.
Visas saulės skydas buvo padalintas į dalis taip, kad jei vienoje, dviejose ar net trijose iš jų yra nedidelis tarpelis, sluoksnis toliau neplyš, kaip įtrūkimas priekiniame stikle. automobilis. Atskirdami skaidrę, visa struktūra išliks nepažeista, o tai svarbu norint išvengti degradacijos.
Erdvėlaivis: surinkimo ir valdymo sistemos
Tai yra labiausiai paplitęs komponentas, kaip ir visi kosminiai teleskopai ir mokslo misijos. JWST jis yra unikalus, bet ir visiškai paruoštas. Projekto generaliniam rangovui Northrop Grumman beliko užbaigti skydą, surinkti teleskopą ir jį išbandyti. Mašina bus paruoštapaleisti po 2 metų.
10 atradimų metų
Jei viskas klostysis gerai, žmonija atsidurs ant didelių mokslo atradimų slenksčio. Neutralių dujų šydas, kuris iki šiol slėpė ankstyviausių žvaigždžių ir galaktikų vaizdą, bus panaikintas dėl infraraudonųjų spindulių Webb galimybių ir didžiulio jo šviesumo. Tai bus didžiausias, jautriausias kada nors sukurtas teleskopas, kurio bangos ilgis yra nuo 0,6 iki 28 mikronų (žmogaus akis mato 0,4–0,7 mikronų). Tikimasi, kad bus galima stebėti dešimtmetį.
Pagal NASA, Webb misijos trukmė bus nuo 5,5 iki 10 metų. Jį riboja orbitai palaikyti reikalingas raketinio kuro kiekis ir elektronikos bei įrangos eksploatavimo laikas atšiaurioje erdvės aplinkoje. James Webb orbitinis teleskopas gabens degalus visą 10 metų laikotarpį, o praėjus 6 mėnesiams po paleidimo bus atliekami skrydžio palaikymo bandymai, kurie garantuoja 5 metų mokslinį darbą.
Kas gali nutikti?
Pagrindinis ribojantis veiksnys yra degalų kiekis laive. Kai jis baigsis, palydovas nutols nuo L2 Lagrange taško ir pateks į chaotišką orbitą šalia Žemės.
Ateikite, gali nutikti ir kitų bėdų:
- veidrodžių pablogėjimas, kuris turės įtakos surinktos šviesos kiekiui ir sukurs vaizdo artefaktus, tačiau nepakenks tolesniam teleskopo veikimui;
- dalies arba viso saulės ekrano gedimas, dėl kurio padidėserdvėlaivio temperatūrą ir susiaurinti naudojamo bangos ilgio diapazoną iki labai artimo infraraudonųjų spindulių (2–3 µm);
- Mid-IR instrumento aušinimo sistemos gedimas, dėl kurio jis tampa netinkamas naudoti, bet neturi įtakos kitiems instrumentams (0,6–6 m).
Sunkiausias Jameso Webbo teleskopo išbandymas yra paleidimas ir įkėlimas į tam tikrą orbitą. Šios situacijos buvo išbandytos ir sėkmingai užbaigtos.
Mokslo revoliucija
Jei James Webb teleskopas veiks, 2018–2028 m. pakaks degalų. Be to, yra degalų papildymo galimybė, o tai gali pailginti teleskopo tarnavimo laiką dar dešimtmečiu. Kaip Hablas veikia 25 metus, JWST galėtų sukurti revoliucinio mokslo kartą. 2018 metų spalį raketa nešėja Ariane 5 iškels ateities astronomijos orbitą, kuri po daugiau nei 10 metų sunkaus darbo yra pasirengusi duoti vaisių. Kosminių teleskopų ateitis jau beveik čia.
