A rekesznyílás minden extra centiméterével, a megfigyelési idő minden extra másodpercével és a légköri zűrzavar minden további atomjával, amelyet eltávolítanak a távcső látóteréből, az Univerzum jobban, mélyebben és tisztábban látható.
25 éve a Hubble
Amikor a Hubble távcső 1990-ben megkezdte működését, új korszakot nyitott a csillagászatban – az űrben. Nem kellett többé harcolni a légkörrel, nem kellett aggódni a felhők vagy az elektromágneses vibrálás miatt. Csak a műholdat a célpontra kellett telepíteni, stabilizálni és a fotonokat összegyűjteni. 25 éven belül az űrteleszkópok elkezdték lefedni a teljes elektromágneses spektrumot, és először tették lehetővé az univerzumot a fény minden hullámhosszán.
De ahogy tudásunk bővült, úgy fejlődött az ismeretlenről való megértésünk is. Minél messzebbre tekintünk az univerzumban, annál mélyebbre látjuk a múltat: az Ősrobbanás óta eltelt véges idő a véges fénysebességgel kombinálva határt szab annak, amit megfigyelhetünk. Sőt, maga a tér tágulása is ellenünk hat a hullámhossz nyújtásávala csillagok fénye, ahogy az univerzumon keresztül eljut a szemünkig. Még a Hubble Űrteleszkóp is, amely a valaha felfedezett világegyetem legmélyebb és leglélegzetelállítóbb képét adja, korlátozott ebben a tekintetben.
A Hubble hátrányai
A Hubble egy csodálatos távcső, de számos alapvető korlátja van:
- Csak 2,4 m átmérőjű, ami korlátozza a felbontást.
- Annak ellenére, hogy fényvisszaverő anyagok borítják, folyamatosan közvetlen napsugárzásnak van kitéve, ami felmelegíti. Ez azt jelenti, hogy a hőhatások miatt nem képes 1,6 µm-nél nagyobb fényhullámhosszakat megfigyelni.
- A korlátozott apertúra és az általa érzékeny hullámhosszok kombinációja azt jelenti, hogy a teleszkóp 500 millió évnél nem régebbi galaxisokat is képes látni.
Ezek a galaxisok gyönyörűek, távoliak, és akkor léteztek, amikor az univerzum csak körülbelül 4%-a volt jelenlegi korának. De ismert, hogy csillagok és galaxisok még korábban is léteztek.
Ennek megtekintéséhez a teleszkópnak nagyobb érzékenységgel kell rendelkeznie. Ez azt jelenti, hogy hosszabb hullámhosszokra és alacsonyabb hőmérsékletekre kell áttérni, mint a Hubble. Ezért készül a James Webb űrteleszkóp.
A tudomány kilátásai
A James Webb Űrteleszkóp (JWST) pontosan ezeket a korlátokat hivatott leküzdeni: a 6,5 m átmérőjű teleszkóp hétszer több fényt gyűjt, mint a Hubble. Ő kinyitjanagy felbontású ultra-spektroszkópia 600 nm-től 6 µm-ig (a Hubble által látott hullámhossz négyszerese), hogy a spektrum középső infravörös tartományában minden eddiginél nagyobb érzékenységgel végezzen megfigyeléseket. A JWST passzív hűtést alkalmaz a Plútó felszíni hőmérsékletére, és képes aktívan hűteni a közép-infravörös műszereket 7K-ig.
Megengedi:
- figyelje meg a valaha kialakult legkorábbi galaxisokat;
- nézzen át semleges gázon, és vizsgálja meg az első csillagokat és az univerzum reionizációját;
- végezze el az Ősrobbanás után kialakult legelső csillagok (III. populáció) spektroszkópiai elemzését;
- elképesztő meglepetésekben lehet része, mint például a világegyetem legkorábbi szupermasszív fekete lyukainak és kvazárjainak felfedezése.
A JWST tudományos kutatásának szintje semmihez sem hasonlít a múltban, ezért választották a távcsövet a NASA zászlóshajó küldetésének a 2010-es években.
Tudományos remekmű
Technikai szempontból az új James Webb teleszkóp igazi műalkotás. A projekt hosszú utat járt be: költségvetési túllépések, ütemezési késések és a projekt törlésének veszélye. Az új vezetés beavatkozása után minden megváltozott. A projekt hirtelen úgy működött, mint a karikacsapás, a pénzeszközöket elkülönítették, a hibákat, hibákat és problémákat figyelembe vették, és a JWST csapat elkezdett beilleszkedniminden határidőt, ütemezést és költségvetési keretet. Az eszköz indítását 2018 októberére tervezik az Ariane-5 rakétán. A csapat nem csak ragaszkodik az ütemtervhez, de kilenc hónapjuk maradt, hogy elszámoljanak minden eshetőséget, hogy biztosítsák, hogy minden össze van csomagolva és készen áll az adott időpontra.
A James Webb teleszkóp 4 fő részből áll.
Optikai blokk
Az összes tükröt tartalmazza, amelyek közül a tizennyolc elsődleges szegmentált aranyozott tükör a leghatékonyabb. A távoli csillagok fényének összegyűjtésére és az elemzéshez szükséges eszközökre való fókuszálására használják őket. Mindezek a tükrök készen állnak és hibátlanok, az ütemterv szerint készültek. Összeszerelésük után kompakt szerkezetté hajtogatják őket, és több mint 1 millió km-re a Földtől az L2 Lagrange-pontig indítják, majd automatikusan felveszik a méhsejt szerkezetet, amely az elkövetkező években ultra nagy hatótávolságú fényt gyűjt össze. Ez egy igazán szép dolog, és sok szakember titáni erőfeszítéseinek sikeres eredménye.
Közeli infravörös kamera
A Webb négy tudományos műszerrel van felszerelve, amelyek 100%-ban készek. A teleszkóp fő kamerája egy közeli infravörös kamera, amely a látható narancssárga fénytől a mély infravörösig terjed. Példátlan képeket fog készíteni a legkorábbi csillagokról, a még kialakuló legfiatalabb galaxisokról, a Tejútrendszer fiatal csillagairól és a közeli galaxisokról, valamint több száz új objektumról a Kuiper-övben. Ő azMás csillagok körüli bolygók közvetlen képalkotására optimalizálva. Ez lesz a legtöbb megfigyelő által használt fő kamera.
Közeli infravörös spektrográf
Ez az eszköz nemcsak a fényt külön hullámhosszokra választja szét, hanem több mint 100 különálló objektumra is képes egyszerre! Ez a műszer egy univerzális Webba spektrográf lesz, amely 3 különböző spektroszkópiai módban képes működni. Az Európai Űrügynökség építette, de számos alkatrészt, köztük detektorokat és többkapus akkumulátort az Űrrepülési Központ biztosított. Goddard (NASA). Ezt a készüléket tesztelték, és készen áll a telepítésre.
Közép-infravörös műszer
Az eszközt szélessávú képalkotásra fogják használni, azaz a leglenyűgözőbb képeket fogja előállítani az összes Webb műszerről. Tudományos szempontból a leghasznosabb a fiatal csillagok körüli protoplanetáris korongok, a Kuiper-öv objektumok és a csillagfény által felmelegített por példátlan pontosságú mérésében és leképezésében. Ez lesz az egyetlen olyan műszer, amelyet kriogén módon 7 K-ra hűtenek. A Spitzer űrteleszkóphoz képest ez 100-szorosára javítja az eredményeket.
Rés nélküli közeli infravörös spektrográf (NIRISS)
Az eszköz lehetővé teszi a következők előállítását:
- széles látószögű spektroszkópia közeli infravörös hullámhosszon (1,0-2,5 µm);
- egy objektum grizmus-spektroszkópiájalátható és infravörös tartomány (0,6-3,0 mikron);
- apertúra-maszkoló interferometria 3,8-4,8 µm hullámhosszon (ahol az első csillagok és galaxisok várhatók);
- széles hatótávolságú felvétel a teljes látómezőről.
Ezt a műszert a Kanadai Űrügynökség készítette. A kriogén tesztelés után készen áll a teleszkóp műszerrekeszébe való integrálásra is.
Napvédő pajzs
Űrteleszkópokat még nem szereltek fel velük. Minden indulásnál az egyik legfélelmetesebb szempont a teljesen új anyagok használata. Ahelyett, hogy az egész űreszközt egy egyszer fogyasztható hűtőfolyadékkal aktívan hűti, a James Webb teleszkóp egy teljesen új technológiát használ, egy 5 rétegű napvédőt, amelyet a távcső napsugárzásának visszaverésére alkalmaznak. Öt 25 méteres lapot titánrudakkal kötnek össze, és a teleszkóp kihelyezése után helyezik fel. A védelmet 2008-ban és 2009-ben tesztelték. A laboratóriumi vizsgálatokban részt vevő teljes léptékű modellek mindent megtettek, amit itt a Földön kellett volna. Ez egy gyönyörű újítás.
Ez is egy hihetetlen koncepció: nemcsak elzárni a Nap fényét, és árnyékba helyezni a távcsövet, hanem úgy, hogy az összes hő a távcső tájolásával ellentétes irányba sugározzon. A vákuumban lévő öt réteg mindegyike hideg lesz, ahogy eltávolodik a külsőtől, amely valamivel melegebb lesz, mint a hőmérséklet.a Föld felszíne - körülbelül 350-360 K. Az utolsó réteg hőmérsékletének 37-40 K-re kell csökkennie, ami hidegebb, mint éjszaka a Plútó felszínén.
Ezenkívül jelentős óvintézkedéseket tettek a mélyűr zord környezete elleni védelem érdekében. Aggodalomra ad okot, hogy itt apró kavicsnyi kavicsok, homokszemek, porszemek és még kisebbek is átrepülnek a bolygóközi térben, óránkénti tíz- vagy akár több százezer kilométeres sebességgel. Ezek a mikrometeoritok képesek apró, mikroszkopikus lyukakat készíteni mindenben, amivel találkoznak: űrhajókban, űrhajós ruhákban, teleszkóptükrökben és egyebekben. Ha a tükrök csak horpadásokat vagy lyukakat kapnak, ami kissé csökkenti a rendelkezésre álló "jó fény" mennyiségét, akkor a napelemes pajzs szélétől szélig elszakadhat, és az egész réteg használhatatlanná válik. Egy zseniális ötletet használtak a jelenség leküzdésére.
A teljes napelempajzsot úgy osztották fel részekre, hogy ha egy, kettő vagy akár három között van egy kis rés, akkor a réteg nem szakad tovább, mint egy repedés a szélvédőn. autó. A particionálással a teljes szerkezet érintetlen marad, ami fontos a degradáció megelőzése érdekében.
Űrhajó: összeszerelési és vezérlőrendszerek
Ez a leggyakoribb alkatrész, mint minden űrteleszkóp és tudományos küldetés esetében. A JWST-nél egyedülálló, de teljesen kész is. A projekt fővállalkozójának, a Northrop Grummannak csak a pajzs elkészítése, a teleszkóp összeállítása és tesztelése maradt. A gép készen lesz2 év múlva indul.
10 év felfedezés
Ha minden jól megy, az emberiség a nagy tudományos felfedezések küszöbén áll. A semleges gáz fátyla, amely eddig eltakarta a legkorábbi csillagok és galaxisok kilátását, a Webb infravörös képességei és hatalmas fényereje révén megszűnik. Ez lesz a valaha épített legnagyobb, legérzékenyebb teleszkóp, hatalmas hullámhossz-tartománya 0,6-28 mikron (az emberi szem 0,4-0,7 mikront lát). Várhatóan egy évtizedes megfigyeléseket tesz lehetővé.
A NASA szerint a Webb-küldetés élettartama 5,5 és 10 év között lesz. Korlátozza a pálya fenntartásához szükséges hajtóanyag mennyisége, valamint az elektronika és a berendezések élettartama a zord űrkörnyezetben. A James Webb Orbital Telescope a teljes 10 éves perióduson át szállítja az üzemanyagot, és 6 hónappal az indulás után repüléstámogatási teszteket hajtanak végre, ami 5 év tudományos munkát garantál.
Mi lehet a baj?
A fő korlátozó tényező a fedélzeten lévő üzemanyag mennyisége. Amikor véget ér, a műhold eltávolodik az L2 Lagrange-ponttól, és kaotikus pályára lép a Föld közvetlen közelében.
Gyere ezzel, más bajok is előfordulhatnak:
- a tükrök károsodása, ami befolyásolja az összegyűjtött fény mennyiségét és képi műtermékeket hoz létre, de nem károsítja a távcső további működését;
- a napelemes képernyő egy részének vagy egészének meghibásodása, ami növekedéshez vezetaz űrrepülőgép hőmérsékletét és szűkítse a használható hullámhossz-tartományt a nagyon közeli infravörösre (2-3 µm);
- A középső infravörös műszerhűtési rendszer meghibásodása, ami használhatatlanná teszi, de nem érinti a többi műszert (0,6–6 µm).
A James Webb távcsőre váró legnehezebb teszt az indítás és az adott pályára való beillesztés. Ezeket a helyzeteket teszteltük és sikeresen befejeztük.
Forradalom a tudományban
Ha a James Webb teleszkóp működőképes lesz, akkor 2018 és 2028 között lesz elegendő üzemanyag a működtetéséhez. Ezen túlmenően megvan az üzemanyag-feltöltés lehetősége, ami további évtizeddel meghosszabbíthatja a teleszkóp élettartamát. Ahogy a Hubble 25 éve működik, a JWST a forradalmi tudomány generációját nyújthatja. 2018 októberében az Ariane 5 hordozórakéta pályára állítja a csillagászat jövőjét, amely több mint 10 év kemény munkája után készen áll arra, hogy meghozza gyümölcsét. Az űrteleszkópok jövője hamarosan itt van.
