James Webb vesoljski teleskop: datum začetka, oprema

Z vsakim dodatnim centimeter odprtine, vsako dodatno drugem opazovanem obdobju in vsak dodaten atom Atmosferski, daljinsko iz raziskave polje teleskop, boljše, globlje in bolj jasno boste videli vesolje.

25 let "Hubble"

Ko je Hubblov teleskop začel delovati leta 1990, je odprl novo obdobje v vesoljski astronomiji. Ni bilo več potrebno za boj proti ozračju, skrbeti za oblake ali elektromagnetne utripanje. Vse, kar je bilo potrebno, je bilo namestiti satelit na cilj, ga stabilizirati in zbrati fotone. Že 25 let so vesoljski teleskopi začeli pokrivati ​​celoten elektromagnetni spekter, kar nam je omogočilo, da prvič razmišljamo o vesolju na vsaki valovni dolžini svetlobe.

Toda, ko se je naše znanje povečalo, se je povečalo tudi naše razumevanje neznanega. Nadaljnejše pogledamo v vesolje, globlje preteklost, ki jo vidimo: končno časovno obdobje, odkar Big Bang v kombinaciji s končno hitrostjo svetlobe zagotavlja mejo, kar lahko opazujemo. Še več, razširitev prostora sama deluje proti nam, raztezanje valovna dolžina svetlobe zvezde, medtem ko se veseli skozi naše vesolje. Tudi vesoljski teleskop Hubble, ki nam daje najglobljo, najbolj vznemirljivo podobo vesolja, ki smo ga kdaj odkrili, je v tem pogledu omejen.

Slabosti Hubble

Hubble je čudovit teleskop, vendar ima številne temeljne omejitve:

• Premer je le 2,4 m, kar ga omejuje ločljivost.
• Kljub prevleki z odsevnimi materiali je nenehno izpostavljena neposredni sončni svetlobi, ki se segreva. To pomeni, da zaradi toplotnih učinkov ne more opaziti valovne dolžine svetlobe več kot 1,6 μm.
• Kombinacija omejene svetlobe in valovnih dolžin, za katere je občutljiva, pomeni, da teleskop lahko vidi galaksije, ki niso starejši od 500 milijonov let.

Te galaksije so lepe, daleč in obstajale, ko je bilo vesolje le okoli 4% sedanje starosti. Ampak znano je, da so zvezde in galaksije obstajale še prej.

Da vidim to, teleskop mora imeti višjo občutljivost. To pomeni prehod na daljše valovne dolžine in nižje temperature kot Hubble. Zato se oblikuje vesoljski teleskop James Webb.

Možnosti za znanost

James Webb vesoljski teleskop (JWST) je zasnovan za premagovanje teh omejitev: s premerom 6,5 m, teleskop vam omogoča, da zbrati 7-krat več svetlobe kot Hubble. To odpira možnost ultra visoke ločljivosti spektroskopijo od 600 nm do 6 mikronov (4-krat večja od valovne dolžine, ki je sposoben za prikaz "Hubble") za opazovanje srednji infrardečem območju z višjo občutljivost kot prej. JWST uporablja pasivno hlajenje s površinsko temperaturo Plutona in je sposoben aktivno hlajenje srednje infrardeče naprave do 7 K. teleskop James Webb bo mogoče storiti, znanost kot nihče pred tem ni bilo storjeno.

To bo omogočilo:

• Upoštevajte najstarejše galaksije, ki so jih kdajkoli oblikovali;
• videti skozi nevtralni plin in sondirati prve zvezde in reionizacijo vesolja;
• izvedite spektroskopsko analizo prvih zvezd (prebivalstvo III), ki se oblikujejo po Velikem prahu;
• dobili neverjetna presenečenja, kot je odkritje prvih supermasivne črne luknje in kvazarji v vesolju.

Raven znanstvenih raziskav JWST ni podobna ničesar v preteklosti, zato je bil teleskop izbran kot vodilna misija NASA v 2010-ih.

Znanstvena mojstrovina

S tehničnega vidika je novi teleskop Jamesa Webba resnično umetniško delo. Projekt je šel daleč: obstajali so prekoračitve proračuna, zaostanki in nevarnost preklica projekta. Po posredovanju novega vodstva se je vse spremenilo. Projekt je nenadoma delal kot ura, dodeljena sredstva, napake, napake in težave so se upoštevale, skupina JWST pa se je začela prilegajati vsem pogojem, urnikom in proračunskim okvirom. Lansiranje je načrtovano za oktober 2018 na raketo Ariane-5. Ekipa ne upošteva le časovnega razporeda, ostane še devet mesecev, da upošteva vse nepredvidene situacije, tako da se vse zbere in pripravi za ta datum.

Teleskop James Webb je sestavljen iz 4 glavnih delov.

Optični blok

Vključuje vsa ogledala, od katerih je najučinkovitejših osemnajst primarnih segmentiranih pozlačenih ogledal. Uporabili se bodo za zbiranje oddaljenih zvezdnih svetlobe in za analizo se osredotočili na instrumente. Vsa ta ogledala so zdaj pripravljena in brezhibna, izdelana natančno po načrtih. Na koncu sklopa bodo zložena v kompaktno obliko, ki se izvaja na razdalji več kot 1 milijon kilometrov od Zemlje do L2 Lagrange točke, nato pa samodejno vklopi, da tvori satasto strukturo, ki že več let zbira Outbound svetlobo. To je res lepa stvar in uspešen rezultat titanskih prizadevanj mnogih strokovnjakov.

Near-infrardeča kamera

"Webb" je opremljen s štirimi znanstvenimi orodji, ki so že pripravljeni za 100%. Glavna kamera teleskopa je kamera s skoraj IR območja: od vidne svetlobe oranžne do globokega infrardečega vmesnika. To bo doslej sliko prvih zvezd, najmlajši galaksije, ki so še vedno v procesu nastajanja, mladih zvezd Rimske ceste in sosednjih galaksij, na stotine novih objektov v Kuiperjevem pasu. Optimiziran je za neposredno slikanje planetov okoli drugih zvezd. To bo glavna kamera, ki jo uporablja večina opazovalcev.

Bližnji infrardeči spektrograf

To orodje ne deli samo svetlobe na ločene valovne dolžine, temveč lahko to naredi za več kot 100 ločenih predmetov hkrati! Ta naprava bo univerzalni spektrograf "Webba", ki je sposoben delati v treh različnih načinih spektroskopije. Zgrajena je bila Evropska vesoljska agencija, vendar ves Space Flight Center ponuja številne komponente, vključno z detektorji in baterijo z več zaklopkami. Goddard (NASA). Ta naprava je bila preizkušena in je pripravljena za namestitev.

Srednje-infrardeči instrument

Naprava bo uporabljena za širokopasovno vizualizacijo, kar pomeni, da bo s svojo pomočjo pridobila najbolj impresivne slike iz vseh orodij Webb. Znanstveno bo najbolj koristno pri merjenju protoplanetnih diskov okoli mladih zvezd, merjenje in vizualizacijo z neprimerljivo natančnostjo predmetov Kuiper Belt in prahom, ki ga ogrevajo svetlobe zvezd. To bo edino orodje s kriogeničnim hlajenjem do 7 K. V primerjavi s satelitskim teleskopom Spitzer bo to izboljšalo rezultate 100-krat.

Nevtralni IR spektrograf (NIRISS)

Naprava bo proizvedla:

• širokokotna spektroskopija v bližnjem območju infrardečih valovnih dolžin (1,0 - 2,5 μm);
• mračna spektroskopija enega predmeta v vidnem in infrardečem razponu (0,6 - 3,0 μm);
• interferometrija z maskiranjem odprtosti pri valovnih dolžinah od 3,8-4,8 μm (kjer se pričakujejo prve zvezde in galaksije);
• širok razpon celotnega vidnega polja.

To orodje je ustvarila Kanadska vesoljska agencija. Po opravljenem kriogenem testu bo pripravljen tudi za integracijo v instrumentni predel teleskopa.

Sončev

Vesoljski teleskopi še niso bili opremljeni z njimi. Eden najbolj zastrašujočih vidikov vsakega začetka je uporaba povsem novega materiala. Namesto hlajenja celotno vesoljska plovila dejavno uporablja odstranljivi potrošni hladivo, James Webb teleskop uporabili povsem novo tehnologijo - 5-slojni ned ščit, ki se razporedi, da odraža sončnega sevanja iz teleskopa. Pet 25-foot liste titana palice so povezani in nameščeni po razporeditvi teleskopa. Zaščita je bila preizkušena v letih 2008 in 2009. Polni modeli, ki so sodelovali v laboratorijskih testih, so naredili vse, kar so morali storiti tukaj na Zemlji. To je čudovita inovacija.

Poleg tega, da je prav neverjetna koncept: ne le, da blokira svetlobo od sonca in dal teleskop v senci, in da je tako, da je vsa toplota oddaja v nasprotni smeri na usmeritev teleskopa. Vsaka od petih plasti v vakuumskem prostoru bo postala hladna kot razdalja od zunaj nekoliko toplejši kot površinsko temperaturo - okoli 350-360 K. Temperatura zadnjo plast pade na 37-40 K, ki je hladnejša od površine ponoči Pluton.

Poleg tega so bili sprejeti pomembni previdnostni ukrepi za zaščito pred neugodnim okoljem globokega prostora. Ena od stvari, ki jih je treba zadevne tukaj so drobni kamenčki velikost prod, pesek, prah in še manj skozi medplanetarni prostor, ki pluje s hitrostjo deset ali celo več sto tisoč km / h. Te micrometeorites lahko prodelyvat majhne, ​​mikroskopske luknje v vse, s katerimi se srečujejo: vesoljska plovila, vesoljske obleke, ogledala, teleskopi in še veliko več. Če bo ogledalo imajo le udrtine ali luknje, nekoliko zmanjšati količino razpoložljivih "dobri luči", solarno ploščo lahko raztrgano od roba do roba, ki bo celotno plast neuporabna. Za boj proti tem pojavom je bila uporabljena briljantna ideja.

Celoten sončni ščit je bil razdeljen na odseke tako, da v primeru majhne vrzeli v eni, dveh ali treh od njih plast ne bo več zlomila, kot je razpok v vetrobranskem steklu avtomobila. Sekcija bo ohranila celotno strukturo celote, kar je pomembno za preprečevanje degradacije.

Vesoljska plovila: montažni in kontrolni sistemi

To je najpogostejša komponenta, saj obstajajo vesoljski teleskopi in znanstvene misije. Na JWST-u je edinstven, a tudi popolnoma pripravljen. Vse, kar mora opraviti generalni izvajalec projekta Northrop Grumman, je dokončati ščit, sestaviti teleskop in ga preizkusiti. Naprava bo pripravljena za začetek v 2 letih.

10 let odkritij

Če bo šlo vse dobro, človeštvo je na robu velikih znanstvenih odkritij. Tančica nevtralnega plina, ki je še vedno v senci pregled prvih zvezd in galaksij, je odpravljena infrardeče zmogljivosti "Webb" in zelo velike svetilnosti. To bo največja, najbolj občutljivi teleskop z veliko valovnih dolžinah od 0,6 do 28 mikronov (človeško oko vidi od 0,4 do 0,7 mikronov) od kdaj koli zgrajen. Pričakuje se, da bo zagotovila desetletje opazovanj.

Po NASA, bo izraz poslanstvo "Webb" je od 5,5 do 10 let. To je omejena na količino goriva, potrebnega za vzdrževanje orbito, in elektronike življenja in opreme v slabo okolje prostora. Orbitalne teleskop James Webb bo izvedla zalogo goriva za celotno 10-let in 6 mesecev po začetku bodo testirali za zagotovitev let, ki zagotavlja 5 let znanstvenega dela.

Kaj lahko gre narobe?

Glavni omejevalni dejavnik je količina goriva na krovu. Ko bo konec konec, se bo satelit oddaljil od Lagrangeove točke L2 in vstopil v kaotično orbito v neposredni bližini Zemlje.

V tej komi lahko pride do drugih težav:

• degradacija ogledal, kar bo vplivalo na količino zbrane svetlobe in ustvarjanje artefaktov slike, vendar ne bo škodovalo nadaljnjemu delovanju teleskopa;
• okvara dela ali celotnega sončnega zaslona, ​​ki bo privedla do zvišanja temperature vesoljskih plovil in zmanjšala območje uporabljenih valovnih dolžin do zelo blizu infrardeče (2-3 μm);
• razčlenitev hladilnega sistema srednjega instrumenta IR-območja, zaradi česar je neuporabna, vendar ne vpliva na druge instrumente (od 0,6 do 6 mikronov).

Najtežji test, ki ga pričakuje teleskop James Webb, se začne in začne v določeni orbiti. Te situacije so bile preizkušene in uspešno opravljene.

Revolucija v znanosti

Če se bo James Webb teleskop deluje v običajnem načinu, goriva je dovolj, da se zagotovi, da je njegovo delo od leta 2018 do 2028. Poleg tega obstaja možnost za dolivanje goriva, ki bi podaljšali življenjsko dobo teleskopa na drugo desetletje. Tako kot je obratoval "Hubble" za 25 let, bi JWST zagotoviti generacijo revolucionarnega znanosti. V oktobru bo 2018 raketa "Ariane 5" krožijo prihodnost astronomije, ki je, potem ko je že bilo storjeno več kot 10 let trdega dela, da začne prinašati rezultate. Prihodnost vesoljskih teleskopov je skoraj prišla.