Kuidas James Webbi kosmoseteleskoop töötab? Hubble'i asendusseade saadetakse kosmosesse Euroopa kanderaketiga New Telescopes.
nime saanud kosmoseteleskoop. James Webb, mis peaks startima 2020. aastal, uurib kosmost, et paljastada universumi ajalugu Suurest Paugust kuni planeetide tekkeni. Sellel on neli uurimiseesmärki: universumi esimese valguse uurimine, galaktikate tekke uurimine varases universumis, tähtede ja protoplanetaarsete süsteemide sünni jälgimine ning eksoplaneetide otsimine (sealhulgas maavälise elu otsimine).
nime saanud kosmoseteleskoop. James Webbi kosmosejaam (JWST) starditakse Prantsuse Guajaanast raketiga Ariane 5 ja seejärel kulub 30 päeva, et lennata enam kui miljoni kilomeetri kaugusele oma alalise asukohani: Lagrange'i punkti (L2) või gravitatsiooniliselt stabiilsesse asukohta. ruumi, kus see pöörleb. See on üsna populaarne sait ja seal asuvad mitmed teised kosmoseteleskoobid, sealhulgas Herscheli teleskoop ja Plancki kosmoseobservatoorium.
Võimas 8,8 miljardi dollari suurune kosmoseteleskoop teeb eeldatavasti hämmastavaid pilte taevaobjektidest, nagu ka tema eelkäija Hubble'i kosmoseteleskoop. Astronoomide õnneks on Hubble endiselt heas seisukorras ja on tõenäoline, et need kaks teleskoopi töötavad koos esimestel aastatel. JWST uurib ka eksoplaneete, mis on avastatud Kepleri kosmoseteleskoobiga või maapealsete teleskoopide reaalajas tehtud vaatluste abil.
Teleskoobi ees seisvad väljakutsed
JWST teadusprogramm jaguneb peamiselt nelja valdkonda:
- Esimene valgus ja reioniseerimine: See viitab universumi algstaadiumile pärast seda, kui Suur Pauk lõi selle sellisena, nagu me seda teame. Varajases staadiumis pärast Suurt Pauku oli universum osakeste meri (nagu elektronid, prootonid ja neutronid) ning valgust ei olnud enne, kui universum jahtus piisavalt, et need osakesed ühinema hakkaksid. Teine asi, mida JWST uurib, on see, mis juhtus pärast esimeste tähtede tekkimist; seda ajalooperioodi nimetatakse "reionisatsiooni ajastuks", kuna see viitab ajale, mil neutraalne vesinik taasioniseeriti (laaditi uuesti elektrilaenguga) nende esimeste tähtede kiirguse toimel.
- Galaktikate teke: Galaktikate vaatamine on kasulik viis näha, kuidas mateeria on hiiglaslikul skaalal organiseeritud, mis omakorda annab meile vihjeid universumi arenemise kohta. Spiraal- ja elliptilised galaktikad, mida me täna näeme, on tegelikult arenenud erinevatest vormidest miljardite aastate jooksul ja üks JWSTi eesmärke on vaadelda kõige varasemaid galaktikaid, et seda arengut paremini mõista. Teadlased püüavad ka välja selgitada, kuidas saime tänapäeval nähtavate galaktikate mitmekesisuse ja kuidas galaktikad tekivad erinevatel viisidel.
- Tähtede ja protoplanetaarsete süsteemide sünd: Loomise sambad ehk Eagle Nebula on üks kuulsamaid tähtede sünnipaiku. Tähed sünnivad gaasipilvedes ja nende kasvades puhub nende avaldatav kiirgusrõhk osa gaasist välja (mida saab uuesti kasutada teiste tähtede moodustamiseks, kui see pole liiga laialt levinud). Gaasi sees on aga raske midagi näha. JWST-i infrapuna "silmad" suudavad näha soojusallikaid, sealhulgas nendes pilvedes sündivaid tähti.
- Planeedid ja elu päritolu: Viimase kümnendi jooksul on avastatud tohutul hulgal eksoplaneete, sealhulgas Kepleri kosmoseteleskoobi abil. JWST võimsad andurid suudavad neid planeete üksikasjalikumalt uurida, sealhulgas (mõnel juhul) nende atmosfääri pildistada. Atmosfääri ja planeetide tekketingimuste mõistmine võib aidata teadlastel paremini ennustada, kas teatud planeedid on eluks sobivad või mitte.
JWST on varustatud nelja teadusliku instrumendiga:
- Lähiinfrapunakaamera (NIRCam): see infrapunakaamera, mille pakub Arizona ülikool, tuvastab lähedalasuvate galaktikate tähtede ja Linnutee kaugemate tähtede valguse. Samuti otsib see valgust tähtedelt ja galaktikatelt, mis tekkisid universumi elu alguses. NIRCam on varustatud koronagraafidega, mis suudavad blokeerida ereda objekti (nt tähe) valgust, muutes nende tähtede (nt planeedid) lähedal olevad hämarad objektid nähtavaks.
- Lähiinfrapuna-spektrograaf (NIRSpec): NIRSpec vaatleb samaaegselt kuni 100 objekti, otsides esimesi galaktikaid, mis tekivad pärast Suurt Pauku. NIRSpeci pakkus Euroopa Kosmoseagentuur Goddardi kosmoselennukeskuse abiga.
- Keskmise infrapuna spektrograaf (MIRI): MIRI loob hämmastavaid kosmosefotosid kaugetest taevaobjektidest, nagu Hubble praegu teeb. Spektrograaf võimaldab teadlastel koguda universumi kaugemate objektide kohta rohkem füüsilisi üksikasju. MIRI tuvastab kaugeid galaktikaid, nõrku komeete, tärkavaid tähti ja objekte Kuiperi vööst. MIRI töötas välja Euroopa konsortsium koos Euroopa Kosmoseagentuuri ja NASA Jet Propulsion Laboratoryga.
- Täpne sihtimisandur koos infrapunakujutise ja piludeta spektrograafiga(FGS/NIRISS): Kanada kosmoseagentuuris ehitatud instrument on rohkem nagu kaks instrumenti ühes. FGS-i komponent vastutab selle eest, et JWST oleks oma teaduslike uuringute käigus täpselt õiges suunas. NIRISS otsib universumi esimese valguse jälgi ja uurib eksoplaneete.
JWST ajalugu
JWST-l on pikk arenduslugu. 2011. aastal maksis see oodatust neli korda rohkem, mis mõjutas NASA astronoomiauuringute eelarvet ja sundis agentuuri omakorda loobuma mõnest ühismissioonist ESA-ga (Euroopa Kosmoseagentuur).
Kui Hubble'i kosmosemissiooniks ette valmistati, kavandati juba järglase teleskoopi. Pärast Hubble'i käivitamist alustas NASA "kiirema, parema, odavama" ajastu, mis hõlmab elektroonika ja tiigrimeeskondade miniaturiseerimist - ekspertide meeskonnad, kes tuvastavad süsteemi nõrkusi - u. tõlge), et vähendada kosmosemissioonide kulusid.
See ajendas uue teleskoobi varajased spetsifikatsioonid ümber sõnastama järgmise põlvkonna kosmoseteleskoobiks (NGST). NGST esimene versioon eeldas 8-meetrist peeglit ja teleskoobi asukoht oli Lagrange'i punkt L2. NGST nimetati 2002. aastal NASA teise juhi auks ümber James Webbi kosmoseteleskoobiks. Projekt läks 2005. aastal maksma hinnanguliselt mitte rohkem kui 4,5 miljardit dollarit, kuid järgnevatel aastatel toimus kulude ületamine.
2010. aastal hoiatas JWST eest vastutav sõltumatu ekspertide paneel, et teleskoobi maksumus on kavandatust oluliselt suurem. Nad märkisid ka, et pärast seda, kui NASA projekti 2008. aastal kinnitas, olid kasvavad kulud ja ajakavade viivitused "seotud pigem eelarve koostamise ja juhtimisprogrammidega kui tehniliste spetsifikatsioonidega." Ülevaates mainiti probleemide hulgas kehva hindamismenetlust ja liiga väikest baaseelarvet. Rühm tegi ettepaneku, et varaseim turuletoomise kuupäev oleks 2015.
2010. aasta paiku tegid NASA ja Euroopa Kosmoseagentuur koostööd mitmel suuremahulisel missioonil, sealhulgas ExoMarsil ja Athena röntgenteleskoobi loomisel. 2011. aastaks ütles ESA aga, et liigub nendel missioonidel iseseisvalt kiiremini. NASA on ka kärpinud teisi programme, et toetada JWST arendust, sealhulgas ExoMarsi programmist lahkumist. Lisaks hindas USA riikliku teadusfondi 2010. aasta uuring, mis viiakse läbi iga kümne aasta järel ja milles määratakse prioriteetsed astronoomiaprogrammid, ESA-ga tehtavad ühismissioonid teiste algatustega võrreldes madalamaks.
2011. aastaks oli JWST maksma läinud juba 8,7 miljardit dollarit, mistõttu projekt suleti kulude ületamise tõttu. Ja kuigi missiooni rahastamine jätkus, tunnistas NASA, et oli sunnitud teisi missioone tõsiselt piirama. Suurem valvsus programmi suhtes jätkus mitu aastat ja 2015. aastal teatas NASA, et töö teleskoobi kallal on hästi edenenud ning eeldatavasti käivitatakse 2018. aastal.
Septembris teatas NASA aga, et start lükati 2018. aasta oktoobrist 2019. aasta kevadesse, viidates kosmoselaevade integratsiooniprobleemidele. "Käivitamise ajastuse muudatus ei viita riistvara- ega jõudlusprobleemidele," ütles NASA teadusmissiooni direktoraadi kaasadministraator Thomas Zurbuchen avalduses. "Pigem võtab kosmoseaparaadi erinevate elementide integreerimine oodatust kauem aega."
2018. aasta märtsis teatas NASA, et stardikuupäeva nihutatakse uuesti, nüüd 2020. aasta maikuusse, kuna on vaja teleskoobi keerukaid süsteeme põhjalikumalt testida. Stardi viivitus pole kosmoseteleskoobi jaoks ainus halb uudis. NASA ametnikud ütlesid 27. märtsil, et selle maksumus, mis on juba üle 8,8 miljardi dollari, võib veelgi kasvada.
"Nüüd, kui kõik tehnilised üksikasjad on lahendatud, on teleskoobi komponentide testimisel siiski ilmnenud probleeme, mis sunnivad meid võtma vajalikke samme nende lahendamiseks ja selle ambitsioonika ja keeruka vaatluskeskuse lõpuleviimiseks," ütles NASA administraatori kohusetäitja Robert Lightfoot. avalduses.
James Webb
JWST on nime saanud NASA teise direktori James Webbi järgi. Ta juhtis kosmoseagentuuri aastatel 1961–1968, jäädes pensionile vaid kuud enne seda, kui NASA tegi esimese mehitatud Kuu maandumise.
Kuigi Webbi ametiaeg NASA administraatorina on kõige tihedamalt seotud Apollo programmiga, peetakse teda ka kosmoseteaduse valdkonna liidriks. Isegi suurte poliitiliste murrangute ajal seadis Webb NASA peamiseks eesmärgiks teaduse edendamise, uskudes, et suure kosmoseteleskoobi käivitamine peaks olema üks kosmoseagentuuri peamisi eesmärke. NASA on Webbi juhtimisel käivitanud enam kui 75 kosmoseuuringute missiooni, sealhulgas Päikese, tähtede ja galaktikate ning Maa atmosfäärist kaugemal asuva kosmose uurimise missioonid.
Uue võimsa kosmoseteleskoobi ehitamise idee tekkis peaaegu 20 aastat tagasi, 1996. aastal, kui Ameerika astronoomid avaldasid HST and Beyondi aruande, milles arutati küsimust, kuhu astronoomia peaks edasi liikuma. Vahetult enne seda, aastal 1995, avastati meie Päikesega sarnase tähe lähedalt esimene eksoplaneet. See tekitas teadlaskonnas elevust – ju oli ju võimalus, et Maad meenutav maailm võiks kusagil eksisteerida –, mistõttu palusid teadlased NASA-l ehitada teleskoobi, mis sobiks muu hulgas eksoplaneetide otsimiseks ja uurimiseks. Siit algab "James Webbi" lugu. Selle teleskoobi start on pidevalt edasi lükatud (algselt plaaniti see kosmosesse saata juba 2011. aastal), kuid nüüd tundub, et see hakkab jõudma kodumaale. Juhtkiri N+1 püüdis välja mõelda, mida astronoomid loodavad Webbi abil õppida, ja vestles nendega, kes selle instrumendi loovad.
James Webbi nimi anti teleskoobile 2002. aastal, enne seda nimetati seda järgmise põlvkonna kosmoseteleskoobiks ehk lühidalt NGST-ks, kuna uus instrument jätkab Hubble’i poolt alustatud uurimistööd. Kui "" uurib Universumit peamiselt optilises vahemikus, jäädvustades ainult lähi-infrapuna- ja ultraviolettvahemikku, mis piirnevad nähtava kiirgusega, siis "James Webb" keskendub spektri infrapunaosale, kus on nähtavad vanemad ja külmemad objektid. . Lisaks viitab väljend "järgmine põlvkond" kõrgtehnoloogiatele ja insenerilahendustele, mida teleskoobis kasutatakse.
Teleskoobipeegli valmistamise protsess
Teleskoobipeegli fragment
Teleskoobipeegli valmistamise protsess
Teleskoobipeegli fragment
Teleskoobipeegli fragment
Teleskoobipeegli fragment
Võib-olla kõige ebastandardsem ja keerukam neist on James Webbi peapeegel, mille läbimõõt on 6,5 meetrit. Teadlased otsustasid Hubble'i peegli suuremat versiooni mitte ehitada, kuna see kaaluks liiga palju, mistõttu nad leidsid olukorrale elegantse lahenduse: nad otsustasid peegli kokku panna 18 eraldi segmendist. Nende jaoks kasutati kerget ja vastupidavat metallist berülliumi, millele kanti õhuke kiht kulda. Selle tulemusel kaalub peegel 705 kilogrammi, samas kui selle pindala on 25 ruutmeetrit. Hubble'i peegel kaalub 828 kilogrammi ja pindala on 4,5 ruutmeetrit.
Teleskoobi teine oluline komponent, mis on viimasel ajal inseneridele palju probleeme valmistanud, on kasutuselevõetav kuumakaitse, mis on vajalik James Webbi instrumentide kaitsmiseks ülekuumenemise eest. Madala maakera orbiidil, otseste päikesekiirte all, võivad objektid kuumeneda kuni 121 kraadini Celsiuse järgi. James Webbi instrumendid on loodud töötama üsna madalatel temperatuuridel, mistõttu oli nende päikese eest kaitsmiseks vaja kuumakaitset.
See on mõõtmetelt võrreldav tenniseväljakuga, 21 x 14 meetrit, nii et seda on võimatu saata L2 Lagrange'i punkti (see on koht, kus teleskoop töötab) lahtivoldimata kujul. Siit saavad alguse peamised raskused – kuidas toimetada kilp sihtkohta seda kahjustamata? Kõige loogilisemaks lahenduseks osutus see, et see oli lennu ajaks kokku volditud ja seejärel kasutusele võetud, kui James Webb oli tööpunktis.
Kilbi välimine külg, kus asuvad antenn, pardaarvuti, güroskoobid ja päikesepaneel, soojeneb, nagu teadlased eeldavad, 85 kraadini Celsiuse järgi. Kuid "öisel" poolel, kus asuvad peamised teadusinstrumendid, on pakane: umbes 233 kraadi miinuskraadi. Viis kilbi kihti tagavad soojusisolatsiooni - igaüks neist on külmem kui eelmine.
James Webbi kasutuselevõetav kilp
Milliseid teaduslikke instrumente tuleb Päikese eest nii hoolikalt kaitsta? Neid on neli: lähiinfrapuna-kaamera NIRCam, keskmise infrapuna-instrument MIRI, lähi-infrapuna-spektrograaf NIRSpec ja FGS/NIRISS-süsteem. Alloleval pildil näete selgelt, millises “valguses” nad universumit näevad:
Pilt näitab ulatust, mida teleskoobi instrumendid hõivavad
Teadusinstrumentide abil loodavad teadlased vastata paljudele fundamentaalsetele küsimustele. Esiteks puudutavad need eksoplaneete.
Kuigi Kepleri teleskoop on tänaseks avastanud enam kui 2500 eksoplaneedi, on tiheduse hinnangud vaid mõnesajale. Vahepeal võimaldavad need hinnangud meil mõista, mis tüüpi planeet kuulub. Kui sellel on madal tihedus, on ilmne, et me vaatame gaasihiiglast. Kui taevakeha tihedus on suur, siis tõenäoliselt on see kivine planeet, mis meenutab Maad või Marsi. Astronoomid loodavad, et James Webb aitab koguda rohkem andmeid planeetide masside ja läbimõõtude kohta, mis aitab arvutada nende tihedust ja määrata nende tüüpi.
NASA/Goddardi kosmoselennukeskus ja riikliku superarvutirakenduste keskuse täiustatud visualiseerimislabor
Teine oluline küsimus puudutab eksoplaneetide atmosfääri. Hubble ja Spitzer kogusid andmeid umbes saja planeedi gaasiliste ümbriste kohta. James Webbi tööriistad suurendavad seda arvu vähemalt kolm korda. Tänu teaduslikele instrumentidele ja erinevatele vaatlusrežiimidele saavad astronoomid kindlaks teha tohutu hulga ainete, sealhulgas vee, metaani ja süsinikdioksiidi olemasolu - mitte ainult suurtel, vaid ka maapealsetel planeetidel. Üks vaatlusobjektidest saab olema koht, kus asub seitse Maa-sarnast planeeti.
Suurimaid tulemusi oodatakse noorte, äsja moodustunud Jupiterite puhul, mis kiirgavad endiselt infrapunas. Eelkõige Päikesesüsteemis suureneb gaasihiiglaste massi vähenedes nende metallide (vesinikust ja heeliumist raskemate elementide) sisaldus. Hubble näitas kunagi, et mitte kõik planeedisüsteemid ei allu sellele seadusele, kuid statistiliselt usaldusväärset valimit veel pole – James Webb saab selle kätte. Lisaks peaks teleskoop uurima ka alam-Neptuuni ja super-Maad.
Teleskoobi teine oluline sihtmärk on iidsed galaktikad. Tänapäeval teame juba üsna palju lähedalasuvate galaktikate kohta, kuid teame siiski väga vähe nendest, mis ilmusid väga noores universumis. Hubble näeb universumit sellisena, nagu see oli 400 miljonit aastat pärast Suurt Pauku, ja Plancki observatoorium jälgis kosmilist mikrolainekiirgust, mis tekkis 400 tuhat aastat pärast Suurt Pauku. "James Webb" peab täitma nendevahelise tühimiku ja välja selgitama, millised galaktikad nägid välja kosmilise ajaloo esimese 3 protsendi jooksul.
Nüüd jälgivad astronoomid otsest seost galaktika suuruse ja vanuse vahel – mida vanem on universum, seda rohkem väikeseid galaktikaid see sisaldab. Siiski on ebatõenäoline, et see suundumus jätkub ja teadlased loodavad kindlaks teha mingisuguse "pöördepunkti", et leida galaktikate suurusele alumine piir. Seega tahavad astronoomid vastata küsimusele, millal esimesed galaktikad ilmusid.
Omaette punkt on molekulaarpilvede ja protoplanetaarsete ketaste uurimine. Varem võis Spitzer piiluda ainult päikesesüsteemi vahetusse lähedusse. Webb on palju tundlikum ja näeb tegelikult nii Linnutee teist serva kui ka selle keskpunkti.
James Webb hakkab otsima ka hüpoteetilisi III populatsiooni tähti – need on väga rasked objektid, milles peaaegu pole heeliumist, vesinikust ja liitiumist raskemaid elemente. Eeldatakse, et seda tüüpi tähed peaksid tekkima pärast Suurt Pauku.
Paar interakteeruvat galaktikat nimega "Antennid"
Täna peaks James Webb turule tulema 2019. aasta juunis. Algselt pidi teleskoop kosmosesse startima varakevadel, kuid missioon viibis tehniliste probleemide tõttu mitu kuud. Küsimustele vastas projekti teadusdirektori asetäitja Christine Pulliam N+1 teleskoobi enda ja selle ehitamise raskuste kohta.
Tõenäoliselt esitan ma ilmse küsimuse, kuid mis teeb James Webbi ainulaadseks?
Webb võimaldab meil näha universumit sellisena, nagu me pole seda kunagi varem näinud. See teostab vaatlusi infrapunavahemikus, st muudel lainepikkustel kui Hubble, ning suudab vaadata kaugemale kui Spitzer ja muudesse piirkondadesse peale Herscheli. See täidab lüngad ja aitab luua universumist terviklikku pilti. Ulatuslikud vaatlused infrapunapiirkonnas aitavad meil näha tärkavaid tähti ja planeete. Esimesed galaktikad ilmuvad lõpuks meile ja see aitab kogu kosmoloogilist ajalugu kokku panna. Mõnele meeldib öelda, et teleskoobid on ajamasinad, ja see on väga hea väljend. Kui vaatame kosmosesse, näeme minevikku, sest valgusel kulub Maale jõudmiseks aega. Me näeme universumit, kui see oli väga noor – ja see aitab meil mõista, kuidas me tekkisime ja kuidas universum töötab. Kui räägime millestki inimkonnale lähedasemast, siis näeme, kuidas tärkasid tähed, kuidas tekkisid eksoplaneedid ja saame isegi iseloomustada nende atmosfääri.
Jah, küsimus kaugete planeetide atmosfääri kohta teeb paljudele muret. Milliseid tulemusi ootate?
Meil olid sellised missioonid nagu Kepler, mis otsisid kandidaate. Tänu neile teame täna tuhandeid eksoplaneete. Nüüd vaatab James Webb juba tuntud objekte ja uurib nende atmosfääri. Eelkõige puudutab see hiiglaslikke planeete – Neptuuni ja super-Jupiteri vahel asuvaid taevakehi. Meie jaoks on äärmiselt oluline mõista, kuidas sellised objektid tekivad, kuidas nad arenevad ja millised on süsteemid, mille osaks nad kuuluvad. Näiteks kui näeme mitmest planeedist koosnevat süsteemi, on meil oluline kindlaks teha, kas seal võib olla vett ja kust seda otsida.
Elamiskõlbliku tsooni määratlemine?
Täpselt nii. Erinevate staaride puhul on see erinev. James Webb aitab meil iseloomustada kaugeid planeete ja mõista, kui ainulaadne on meie kodu.
Teleskoobi missioon kestab eeldatavasti kümmekond aastat. Millised on aga tegelikud prognoosid? Me kõik mäletame Voyagereid, mis on endiselt töökorras ja saadavad Maale andmeid, kuigi keegi ei plaaninud seda.
Tööriista eeldatav kasutusiga on viis aastat ja loodame, et see kestab nii kaua. Kui anname julgemad hinnangud, siis on see kümme aastat. Meid piirab jahutusvedeliku kogus, mida peame teleskoobisüsteemide töös hoidmiseks. Ma ei usu, et James Webb suudab 29 aastat ellu jääda nagu Hubble.
Jah, James Webb on Maast liiga kaugel, teises Lagrange'i punktis. Kas arvate, et tulevikus võimaldab tehnoloogia meil lennata teleskoobi juurde ja seda parandada, kui see rikki läheb?
Seda võimalust ei saa välistada. Sel juhul on teleskoobil kinnitus robotkäe jaoks, mille saab paigaldada Webbi külge. Teleskoobi hooldust polnud aga algusest peale planeeritud, seega ei tasu sellele liiga palju loota. Arvestades, et instrument töötab vaid 5-10 aastat, ei ole meil tõenäoliselt aega kosmoselaeva saatmiseks piisavalt ette astuda.
Kas James Webb saab töötada koos teiste kosmoselaevadega? Näiteks teeb Colorado ülikooli kosmose- ja astronoomiakeskus ettepaneku luua selle jaoks väline koronagraaf. 2013. aastal räägiti võimalikust koostööst teleskoobiga – kas selliseid plaane ka reaalsuses on?
Ma ei ütleks, et me praegu sellist võimalust kaalume. Kui ma ei eksi, vastutab selle projekti eest Webb Cash, kuid on ka teine star shield projekt, samuti mitmed teised grupid, kes loovad sarnaseid tööriistu. Praegu ei ole konkreetseid plaane James Webbi sidumiseks mõne muu instrumendiga, kuigi hüpoteetiliselt võiks see töötada koos mis tahes kosmoseobservatooriumiga.
Kuidas plaanite vaatlusaega jaotada?
Nüüd saadavad astronoomid üle kogu maailma meile oma ettepanekuid ja pärast nende ülevaatamist saame umbkaudse plaani. Teadlastele, kes aitavad täna James Webbi kavandada ja ehitada, on reserveeritud "garanteeritud vaatlusaeg", mis on omamoodi tänu nende töö eest. Need teadlased uurivad galaktikaid ja eksoplaneete, näiteks TRAPPIST süsteemi planeete. Osaliselt valime oma sihtmärgid ise, et testida James Webi võimalusi. Kui me teleskoopi ehitasime, hakkasime alles mõtlema eksoplaneetide peale, kuid nüüd on see astronoomias väga paljulubav valdkond ja me peame välja mõtlema, kuidas kasutada James Webbi Päikesesüsteemist väljaspool asuvate planeetide uurimiseks. Just seda teevad meeskonnad, kes hakkavad esimesel aastal vaatlusi läbi viima. Sügisel selgub, mida esimesel aastal “näeme”.
Hubble'i ülisügav väli
Miks käivitamise kuupäevi jälle tagasi lükatakse? Käivad jutud finantsprobleemidest ja probleemidest peeglisüsteemiga.
Fakt on see, et Webb on väga keeruline teleskoop ja see on esimene kord, kui me nii keerulist probleemi lahendame. Seadmel on mitu põhikomponenti: peeglid, instrumendid, tohutu kilp ja jahutusmehhanismid. Kõiki neid elemente tuleb ehitada ja katsetada, kombineerida, uuesti katsetada – loomulikult võtab see aega. Samuti peame veenduma, et tegime kõik õigesti, et kõik osad sobiksid kokku, et käivitamine oleks edukas ja et kõik elemendid rakenduksid õigesti. Viivitusi esineb sammude suure arvu ja põhjaliku kontrollimise vajaduse tõttu.
See tähendab, et tegite nüüd teste ja mõistsite, et te ei sobinud esialgsesse ajakavasse?
Jah. Tegelikult on meil veel palju varuaega. Algselt teadsime, et kõik saab korda, kuid tunnistasime, et ettevalmistused võivad millegipärast venida. Peale selle, kui oleme sõiduki väljalaskmiseks valmis, peame ESA-ga, kellele Ariane rakett kuulub, kokku leppima ka konkreetse kuupäeva. Mõtlesime siis – milleks siis kiiret?
Rääkige meile, milliseid katseid teleskoop peab läbima ja läbib?
OTISS (Optical Telescope and Instrument Assembly) süsteemi testiti hiljuti Lyndon Johnsoni kosmosekeskuses. See jahutati ülimadalatele töötemperatuuridele ning testiti kogu optikat ja teleskoopi ennast. Teadlased eemaldasid hiljuti süsteemi jahutuskambrist, soojendasid seda uuesti ja nüüd sõidab OTISS California Redando Beachi kosmoseparki, kus see ühendatakse päikesevarjuga. Lisaks on praegu käimas töö kilbi enda kallal, spetsialistid viivad läbi arvukalt kontrolle. Kui kõik elemendid on kilbi külge kinnitatud, volditakse see kokku ja avatakse, et tagada selle laitmatu töötamine, ning seejärel viiakse läbi muid katseid, sealhulgas vibratsiooni test, mida teleskoop raketiga lennates kokku puutub. Kosmosesse startimine on sõiduki jaoks suur katsumus, nii et insenerid tahavad olla kindlad, et kõik selle komponendid jäävad lennu ellu. Seejärel valmistavad teadlased James Webbi startimiseks ette, laadivad selle praamile ja lennutavad selle millalgi 2019. aasta alguses Prantsuse Guajaanas asuvasse kosmodroomi.
Aga ülejäänud tööriistad? Minu teada pole sa kõike maininud. Kas need on juba eelkontrollitud?
Jah, nad on juba läbinud kõik testid ja on nüüd teleskoobile paigaldatud. Need on eraldi instrumendid, mis viivad läbi arvukalt teaduslikke uuringuid – spektrograaf, mis uurib taevast infrapunakiirguse keskmises vahemikus, kaamera. Lisaks on kõigil tööriistadel erinevad režiimid, seega peame kontrollima, kas need tõesti töötavad nii, nagu me ette nägime. See on väga oluline - peate seadet "raputama" ja veenduma, et vaatenurk jääb samaks.
Millal peaksime esimesi tulemusi ootama?
Suure tõenäosusega tulevad esimesed andmed alles järgmise aasta lõpus või 2020. aasta alguses. Käivitamise ja esimese teabe saamise vahel möödub umbes kuus kuud. Selle aja jooksul avaneb teleskoop ja me veendume, et see on avatud ja töötab normaalselt. Siis peavad seadmed maha jahtuma, see võtab üsna kaua aega. Maal on James Webb toatemperatuuril, kuid selle kosmosesse saatmisel peame ootama, kuni selle instrumendid saavutavad töötemperatuuri. Seejärel paneme need tööle: nüüdseks on planeeritud hulk “treeningharjutusi” – mitmed rutiinsed vaatlused ja erinevate töörežiimide kontrollid, mis tagavad, et kõik toimib nii nagu peab. Kuna meil pole stardikuupäeva ja sellest tulenevalt me ei tea, mis teleskoobi vaatevälja langeb, pole konkreetne objekt vaatluseks valitud. Tõenäoliselt kalibreerime teleskoobiinstrumendid mõnel kaugemal tähel. Kõik need on sisemised protsessid – kõigepealt peame veenduma, et me üldse midagi näeme.
Kui oleme aga veendunud, et kõik instrumendid töötavad, jätkame otse teaduslike katsetega. Kujunditele spetsialiseerunud teadlaste meeskond määrab, millised sihtmärgid näevad tõeliselt kütkestavad ja köidavad publikut. Tööd hakkavad tegema samad kunstnikud, kes töötasid Hubble'i piltide kallal – inimesed, kellel on aastatepikkune astronoomiliste piltide töötlemise kogemus. Lisaks viiakse läbi täiendavad seadmete testid.
Pärast esimeste piltide avaldamist on meil teaduslike vaatluste jaoks aega veidi üle aasta. Nende hulka kuuluvad juba tuntud programmid väga kaugete galaktikate, kvasarite, eksoplaneetide ja Jupiteri uurimiseks. Üldiselt jälgivad astronoomid kõike, mida nad saavad, alates aktiivse tähtede moodustumise piirkondadest kuni jääni protoplanetaarsetes ketastes. Need uuringud on meie kõigi jaoks olulised: ülejäänud teadusringkonnad saavad näha teiste meeskondade tulemusi ja mõistavad, kuhu nad peaksid edasi liikuma.
Kristina UlasovitšMOSKVA, 17. detsember – RIA Novosti. James Webbi orbitaalobservatoorium saadetakse kosmosesse Euroopa kanderaketi Ariane 5 pardal, mis stardib Maa-lähedasse kosmosesse eeldatavasti 2018. aasta oktoobris Kourou kosmoselennult, teatab ESA pressiteenistus.
ESA peadirektori Johan-Dietrich Werneri ja NASA JWST programmidirektori Eric Smithi sõnul sõlmisid Euroopa ja Ameerika kosmoseagentuurid täna lepingu Arianespace’iga, mis saadab James Webbi Euroopa kanderaketiga kosmosesse.
Uus James Webbi kosmoseteleskoop (JWST) asendab ametlikult 25 aastat orbiidil olnud Hubble'i kosmoseteleskoobi. Esialgu plaaniti uus seade käiku lasta 2014. aastal, kuid märkimisväärsed kulude ületamised ja ajagraafiku viivitused sundisid NASA-d missiooni eeldatava stardikuupäeva edasi lükkama, esmalt 2015. aasta septembrisse ja seejärel 2018. aasta oktoobrisse.
James Webbi disain sisaldab tohutut 6,5-meetrise läbimõõduga peeglit (Hubble'i peegli läbimõõt on 2,4 meetrit) ja tenniseväljaku mõõtu päikesevarju. Peegel ja kilp tarnitakse nende mõõtmete tõttu kanderaketile kokkupandult ja seejärel pärast teleskoobi kosmosesse saatmist lahti. Teleskoobi ja kilbi suured mõõtmed, nagu ESA märkis, määrasid Ariane 5 valiku selle kosmosesse saatmise süsteemiks.
Teadlased: Universumi esimesed tähed elasid lähedastes ja üliheledates peredesUniversumi elu esimestel hetkedel süttinud suured ja üliheledad tähed ei olnud üksikud, nagu varem arvati, vaid elasid lähedastes täheperekondades, mille koguheledus võis olla valgustugevusest sadu miljoneid kordi suurem. Päikesest.Nüüd on teleskoobi kokkupanek jõudnud lõppjärku ning selle loomise eest vastutava firma Lockheed Martini insenerid paigaldavad kuusnurkseid James Webbi peegleid, mille poleerimine lõpetati neli aastat tagasi. Seni on NASA ja kosmosetööstus paigaldanud viis teleskoobi 18 kuusnurksest primaarsest peeglielemendist, samuti mõned sekundaarsed peeglid ja teaduslikud instrumendid.
Peamine erinevus Hubble'i ja James Webbi vahel on töövahemik: Hubble'i instrumendid koguvad teavet infrapuna-, nähtava- ja ultraviolettvalguses, samas kui James Webb töötab peamiselt infrapunas. Sellega seoses võib uut teleskoopi pidada ka NASA poolt 25. augustil 2003. aastal kosmosesse lastud maailma suurima kosmosepõhise infrapuna-observatooriumi Spitzeri järglaseks.
Teleskoop hakkab paiknema avakosmoses Lagrange'i punktis L2, mis asub meie planeedist 1,5 miljoni km kaugusel. Selles varjab Maa päikesevalgust peaaegu täielikult, ilma vaatlusi segamata, kuna see on valgustamata poolega L2 poole. Maa ja Päikese gravitatsioonijõud tagavad teleskoobi suhtelise liikumatuse nende kahe taevakeha suhtes.
Väikesed muudatused James Webbi asukohas, mis takistavad selle väljumist kiirgusohutustsoonist, viiakse läbi korrektsioonimootorite abil. Maa varjus viibimine võimaldab teleskoobil töötada ilma kunstliku jahutuseta.
James Webbi teleskoop on orbitaalne infrapuna-observatoorium, mis peaks asendama kuulsa Hubble'i kosmoseteleskoobi.
See on väga keeruline mehhanism. Töö selle kallal on kestnud umbes 20 aastat! James Webbil on 6,5-meetrise läbimõõduga komposiitpeegel, mis maksab umbes 6,8 miljardit dollarit. Võrdluseks – Hubble’i peegli läbimõõt on “ainult” 2,4 meetrit.
Vaatame?
1. James Webbi teleskoop tuleks asetada haloorbiidile Päikese-Maa süsteemi Lagrange'i punktis L2. Ja kosmoses on külm. Siin on näidatud testid, mis viidi läbi 30. märtsil 2012, et uurida võimet taluda ruumi külma temperatuuri. (Foto Chris Gunn | NASA):
2. James Webbil on 6,5-meetrise läbimõõduga komposiitpeegel, mille kogumispind on 25 m². Kas seda on palju või vähe? (Foto Chris Gunn):
3. Võrrelge Hubble'iga. Hubble (vasakul) ja Webb (paremal) peeglid samal skaalal:
4. James Webbi kosmoseteleskoobi täismahus mudel Austinis, Texas, 8. märts 2013. (Foto Chris Gunn):
5. Teleskoobiprojekt on 17 riigi rahvusvaheline koostöö, mida juhib NASA ning mille olulise panuse on andnud Euroopa ja Kanada kosmoseagentuurid. (Foto Chris Gunn):
6. Esialgu kavandati käivitamist 2007. aastal, kuid lükati hiljem 2014. ja 2015. aastasse. Kuid peegli esimene segment paigaldati teleskoobile alles 2015. aasta lõpus ja põhikomposiitpeegel pandi täielikult kokku alles 2016. aasta veebruaris. (Foto Chris Gunn):
7. Teleskoobi tundlikkus ja selle eraldusvõime on otseselt seotud objektidelt valgust koguva peegliala suurusega. Teadlased ja insenerid on kindlaks teinud, et kõige kaugemate galaktikate valguse mõõtmiseks peab esmase peegli minimaalne läbimõõt olema 6,5 meetrit.
Lihtsalt Hubble'i teleskoobiga sarnase, kuid suurema peegli valmistamine oli vastuvõetamatu, kuna selle mass oleks teleskoobi kosmosesse saatmiseks liiga suur. Teadlaste ja inseneride meeskond pidi leidma lahenduse, et uue peegli mass oleks 1/10 Hubble'i teleskoobipeegli massist pindalaühiku kohta. (Foto Chris Gunn):
8. Mitte ainult siin ei lähe kõik esialgsest hinnangust kallimaks. Seega ületas James Webbi teleskoobi maksumus esialgseid hinnanguid vähemalt 4 korda. Teleskoobi maksumuseks oli kavandatud 1,6 miljardit dollarit ja see käivitatakse 2011. aastal, kuid uute hinnangute kohaselt võib see maksumus olla 6,8 miljardit dollarit, kusjuures käivitamine ei toimu varem kui 2018. aastal. (Foto Chris Gunn):
9. See on lähi-infrapunaspektrograaf. See analüüsib mitmesuguseid allikaid, mis annavad teavet nii uuritavate objektide füüsikaliste omaduste (nt temperatuur ja mass) kui ka nende keemilise koostise kohta. (Foto Chris Gunn):
Teleskoop võimaldab tuvastada suhteliselt külmi eksoplaneete, mille pinnatemperatuur on kuni 300 K (mis on peaaegu võrdne Maa pinna temperatuuriga), mis asuvad kaugemal kui 12 AU. see tähendab nende tähtedest ja Maast kuni 15 valgusaasta kaugusel. Üksikasjalikku vaatlustsooni langeb üle kahe tosina Päikesele kõige lähemal asuva tähe. Tänu James Webbile on oodata tõelist läbimurret eksoplanetoloogias – teleskoobi võimalustest piisab mitte ainult eksoplaneetide endi, vaid isegi nende planeetide satelliitide ja spektrijoonte tuvastamiseks.
11. Insenerid testivad kambris. teleskooptõstesüsteem, 9. september 2014. (Foto Chris Gunn):
12. Peeglite uurimine, 29. september 2014. Segmentide kuusnurkne kuju ei valitud juhuslikult. Sellel on kõrge täitmistegur ja kuuendat järku sümmeetria. Kõrge täitmistegur tähendab, et segmendid sobivad kokku ilma lünkadeta. Tänu sümmeetriale saab 18 peeglisegmenti jagada kolme rühma, millest igaühe segmendi seadistused on identsed. Lõpetuseks on soovitav, et peegel oleks ümmarguse kujuga – et fookustada valgus detektoritele võimalikult kompaktselt. Näiteks ovaalne peegel annaks pikliku kujutise, ruudukujuline aga saadaks keskelt palju valgust. (Foto Chris Gunn):
13. Peegli puhastamine süsihappegaasi kuivjääga. Keegi ei hõõru siin kaltsudega. (Foto Chris Gunn):
14. Kamber A on hiiglaslik vaakumkatsekamber, mis simuleerib kosmost James Webbi teleskoobi katsetamise ajal 20. mail 2015. (Chris Gunni foto):
17. Peegli iga 18 kuusnurkse segmendi suurus on servast servani 1,32 meetrit. (Foto Chris Gunn):
18. Peegli enda mass igas segmendis on 20 kg ja kogu kokkupandud segmendi mass on 40 kg. (Foto Chris Gunn):
19. James Webbi teleskoobi peegli jaoks kasutatakse spetsiaalset berülliumi tüüpi. See on peen pulber. Pulber asetatakse roostevabast terasest anumasse ja pressitakse tasaseks. Kui terasmahuti on eemaldatud, lõigatakse berülliumitükk pooleks, et saada kaks umbes 1,3-meetrise läbimõõduga peeglitoorikut. Iga peeglitoorikut kasutatakse ühe segmendi loomiseks. (Foto Chris Gunn):
20. Seejärel lihvitakse iga peegli pind, et anda sellele arvutuslikule lähedane kuju. Pärast seda on peegel hoolikalt silutud ja poleeritud. Seda protsessi korratakse, kuni peeglisegmendi kuju on ideaalilähedane. Järgmisena jahutatakse segment temperatuurini –240 °C ja segmendi mõõtmed mõõdetakse laserinterferomeetriga. Seejärel läbib peegel, võttes arvesse saadud teavet, lõpliku poleerimise. (Foto Chris Gunn):
21. Kui segment on töödeldud, kaetakse peegli esikülg õhukese kullakihiga, et paremini peegeldada infrapunakiirgust vahemikus 0,6–29 mikronit, ning valmis segmenti testitakse uuesti krüogeensetel temperatuuridel. (Foto Chris Gunn):
22. Töö teleskoobi kallal novembris 2016. (Foto Chris Gunn):
23. NASA lõpetas James Webbi kosmoseteleskoobi kokkupaneku 2016. aastal ja alustas selle katsetamist. See on 5. märtsi 2017 foto. Pika särituse korral näevad tehnikad välja nagu kummitused. (Foto Chris Gunn):
26. Uks samasse kambrisse A 14. fotolt, millel on simuleeritud väliskosmost. (Foto Chris Gunn):
28. Praegused plaanid näevad ette, et teleskoop saadetakse Ariane 5 raketiga 2019. aasta kevadel. Küsimusele, mida teadlased loodavad uuest teleskoobist õppida, vastas projekti juhtiv teadlane John Mather: "Loodetavasti leiame midagi, millest keegi midagi ei tea." UPD. James Webbi teleskoobi käivitamine on edasi lükatud 2020. aastasse.(Foto Chris Gunn).
Läheneb hetk, mida kõik maailma astronoomid on pikisilmi oodanud juba palju aastaid. Jutt käib uue James Webbi kosmoseteleskoobi startimisest, mida peetakse omamoodi kuulsa Hubble’i järglaseks.
Miks on kosmoseteleskoope vaja?
Enne tehniliste omaduste kaalumist mõelgem välja, miks kosmoseteleskoope üldse vaja on ja millised eelised on neil Maal asuvate komplekside ees. Fakt on see, et maa atmosfäär ja eriti selles sisalduv veeaur neelab lõviosa kosmosest tulevast kiirgusest. See teeb muidugi kaugete maailmade uurimise väga keeruliseks.
Kuid meie planeedi atmosfäär oma moonutuste ja pilvisusega, aga ka müra ja vibratsioon Maa pinnal ei ole kosmoseteleskoobile takistuseks. Automaatse Hubble'i observatooriumi puhul on selle eraldusvõime atmosfäärimõju puudumise tõttu ligikaudu 7–10 korda kõrgem kui Maal asuvatel teleskoopidel. Paljud fotod kaugetest udukogudest ja galaktikatest, mida öötaevas palja silmaga ei näe, saadi tänu Hubble'ile. 15 aasta jooksul orbiidil töötades sai teleskoop rohkem kui miljon pilti 22 tuhandest taevaobjektist, sealhulgas paljudest tähtedest, udukogudest, galaktikatest ja planeetidest. Eelkõige on teadlased Hubble'i abiga tõestanud, et planeetide moodustumise protsess toimub enamiku meie galaktika valgustite läheduses.
Kuid 1990. aastal turule tulnud Hubble ei kesta igavesti ja selle tehnilised võimalused on piiratud. Tõepoolest, viimastel aastakümnetel on teadus teinud suuri edusamme ja nüüd on võimalik luua palju arenenumaid seadmeid, mis suudavad paljastada paljusid universumi saladusi. James Webbist saab just selline seade.
James Webbi võimalused
Nagu me juba nägime, on ruumi täielik uurimine ilma selliste seadmeteta nagu Hubble võimatu. Proovime nüüd mõista "James Webbi" kontseptsiooni. See seade on orbitaalne infrapuna-observatoorium. Teisisõnu saab selle ülesandeks uurida kosmoseobjektide soojuskiirgust. Pidagem meeles, et kõik kehad, nii tahked kui vedelad, kuumutatud teatud temperatuurini, kiirgavad energiat infrapunaspektris. Sel juhul sõltuvad keha poolt kiiratavad lainepikkused küttetemperatuurist: mida kõrgem on temperatuur, seda lühem on lainepikkus ja suurem kiirgusintensiivsus.
Tulevase teleskoobi peamiste ülesannete hulka kuulub pärast Suurt Pauku ilmunud esimeste tähtede ja galaktikate valguse tuvastamine. See on äärmiselt keeruline, kuna miljonite ja miljardite aastate jooksul liikuv valgus läbib olulisi muutusi. Seega võib konkreetse tähe nähtava kiirguse tolmupilv täielikult neelata. Eksoplaneetide puhul on see veelgi keerulisem, kuna need objektid on äärmiselt väikesed (loomulikult astronoomiliste standardite järgi) ja "hämarad". Enamiku planeetide keskmine temperatuur ületab harva 0 °C ja mõnel juhul võib see langeda alla –100 °C. Selliseid objekte on väga raske tuvastada. Kuid James Webbi teleskoobile paigaldatud seadmed võimaldavad tuvastada eksoplaneete, mille pinnatemperatuur ulatub 300 K-ni (mis on võrreldav Maa indikaatoriga), mis asuvad oma tähtedest kaugemal kui 12 astronoomilist ühikut ja kuni 15 valguse kaugusel. aastat meist.
Uus teleskoop sai nime NASA teise juhi järgi. James Webb oli USA kosmoseagentuuri eesotsas aastatel 1961–1968. Tema õlgadel oli kontroll USA esimeste mehitatud kosmosesaatmiste teostamise üle. Ta andis suure panuse Apollo programmi, mille eesmärk oli inimese Kuule maandumine.
Kokku on võimalik jälgida planeete, mis asuvad mitmekümne meie Päikese "naabruses" oleva tähe ümber. Lisaks saab "James Webb" näha mitte ainult planeete endid, vaid ka nende satelliite. Teisisõnu võime oodata revolutsiooni eksoplaneetide uurimisel. Ja võib-olla isegi mitte üksi. Kui rääkida päikesesüsteemist, siis võib ka siin olla uusi olulisi avastusi. Fakt on see, et teleskoobi tundlik varustus suudab tuvastada ja uurida süsteemis objekte temperatuuriga –170 °C.
Uue teleskoobi võimalused võimaldavad mõista paljusid Universumi eksisteerimise koidikul toimuvaid protsesse - uurida selle päritolu. Mõelgem sellele küsimusele üksikasjalikumalt: nagu teate, näeme meist 10 valgusaasta kaugusel asuvaid tähti täpselt nii, nagu nad olid 10 aastat tagasi. Järelikult vaatleme enam kui 13 miljardi valgusaasta kaugusel asuvaid objekte nii, nagu need ilmusid peaaegu kohe pärast Suurt Pauku, mis arvatavasti toimus 13,7 miljardit aastat tagasi. Uuele teleskoobile paigaldatud instrumendid võimaldavad näha 800 miljonit kaugemale kui Hubble, mis püstitas omal ajal rekordi. Seega on võimalik näha universumit sellisena, nagu see oli vaid 100 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. Võib-olla muudab see teadlaste ideid universumi struktuuri kohta. Jääb üle vaid oodata teleskoobi töö algust, mis on kavandatud 2019. aastaks. Eeldatavasti on seade töös 5–10 aastat, seega jätkub uuteks avastusteks aega.
Üldine seade
James Webbi käivitamiseks tahavad nad kasutada eurooplaste loodud kanderaketti Ariane 5. Üldiselt võib vaatamata USA kosmoseosakonna domineerivale rollile projekti nimetada rahvusvaheliseks. Teleskoobi enda töötasid välja Ameerika ettevõtted Northrop Grumman ja Ball Aerospace ning kokku osalesid programmis eksperdid 17 riigist. Lisaks USA ja EL-i spetsialistidele andsid märkimisväärse panuse ka kanadalased.
Pärast starti on seade Päikese-Maa süsteemi L2 Lagrange'i punktis haloorbiidil. See tähendab, et erinevalt Hubble’ist ei tiirle uus teleskoop ümber Maa: meie planeedi pidev “virvendamine” võib vaatlusi segada. Selle asemel tiirleb James Webb ümber Päikese. Samal ajal, et tagada tõhus side Maaga, liigub see tähe ümber sünkroonselt meie planeediga. James Webbi kaugus Maast ulatub 1,5 miljoni km-ni: nii suure kauguse tõttu pole seda võimalik Hubble’i kombel moderniseerida ega parandada. Seetõttu on usaldusväärsus kogu James Webbi kontseptsiooni esirinnas.
Aga mis on uus teleskoop? Meie ees on kosmoselaev, mis kaalub 6,2 tonni. Selguse huvides kaalub Hubble 11 tonni - peaaegu kaks korda rohkem. Samas oli Hubble mõõtmetelt palju väiksem – seda võib võrrelda bussiga (uus teleskoop on pikkuselt võrreldav tenniseväljakuga, kõrguselt aga kolmekorruselise majaga). Teleskoobi suurima osa moodustab päikesekilp, mille pikkus on 20 meetrit ja laius 7 meetrit. See näeb välja nagu tohutu kihiline kook. Kilbi valmistamiseks kasutati spetsiaalset spetsiaalset polümeerkilet, mille ühelt poolt oli kaetud õhukese alumiiniumikihiga ja teiselt poolt metallilise ränikihiga. Soojuskilbi kihtide vahelised tühimikud täidetakse vaakumiga: see raskendab soojuse ülekandmist teleskoobi "südamesse". Nende sammude eesmärk on kaitsta päikesevalguse eest ja jahutada teleskoobi ülitundlikke maatrikseid temperatuurini –220° C. Ilma selleta jääb teleskoop selle osade infrapunakiirgusest pimedaks ja te peate unustama kaugemate objektide vaatlemine.
Kõige rohkem püüab pilku uue teleskoobi peegel. Valguskiirte teravustamine on vajalik - peegel ajab need sirgeks ja loob selge pildi, samal ajal kui värvimoonutused eemaldatakse. James Webb saab 6,5-meetrise läbimõõduga peapeegli Võrdluseks on Hubble'i puhul sama näitaja 2,4m. Uue teleskoobi peapeegli läbimõõt valiti põhjusega – just selleks on vaja mõõta kõige kaugemate galaktikate valgust. Peab ütlema, et teleskoobi tundlikkus ja ka eraldusvõime sõltuvad peegli pindala suurusest (meie puhul on see 25 m²), mis kogub valgust kaugetelt kosmoseobjektidelt.
Webb peegli jaoks kasutati spetsiaalset tüüpi berülliumi, mis on peen pulber. See asetatakse roostevabast terasest anumasse ja pressitakse seejärel tasaseks. Pärast terasmahuti eemaldamist lõigatakse berülliumitükk kaheks tükiks, tehes peegeltoorikud, millest igaüht kasutatakse ühe segmendi loomiseks. Igaüks neist lihvitakse ja poleeritakse ning seejärel jahutatakse temperatuurini –240 °C. Seejärel selgitatakse segmendi mõõtmed, toimub selle lõplik poleerimine ja esiosale kantakse kuld. Lõpuks testitakse segmenti uuesti krüogeensetel temperatuuridel.
Teadlased kaalusid mitut võimalust, millest peegel võiks olla, kuid lõpuks valisid eksperdid berülliumi, kerge ja suhteliselt kõva metalli, mille maksumus on väga kõrge. Selle sammu üks põhjusi oli see, et berüllium säilitab oma kuju krüogeensetel temperatuuridel. Peegel ise on ringikujuline – see võimaldab valgust võimalikult kompaktselt detektoritele fokuseerida. Kui James Webbil oleks näiteks ovaalne peegel, oleks pilt piklik.
Põhipeegel koosneb 18 segmendist, mis avanevad pärast sõiduki orbiidile saatmist. Kui see oleks tahke, oleks teleskoobi paigutamine Ariane 5 raketile lihtsalt füüsiliselt võimatu. Kõik segmendid on kuusnurksed, mis võimaldab teil ruumi kõige paremini ära kasutada. Peegli elemendid on kuldset värvi. Kullakate tagab valguse parima peegelduse infrapunavahemikus: kuld peegeldab tõhusalt infrapunakiirgust lainepikkusega 0,6-28,5 mikromeetrit. Kullakihi paksus on 100 nanomeetrit ja katte kogukaal 48,25 grammi.
18 segmendi ees on spetsiaalsele kinnitusele paigaldatud sekundaarne peegel: see saab valgust põhipeeglist ja suunab selle seadme tagaosas asuvatele teadusinstrumentidele. Sekundaarne peegel on palju väiksem kui peamine ja kumera kujuga.
Nagu paljude ambitsioonikate projektide puhul, osutus ka James Webbi teleskoobi hind oodatust kõrgemaks. Algselt plaanisid eksperdid, et kosmoseobservatoorium läheb maksma 1,6 miljardit dollarit, kuid uute hinnangute kohaselt võib see maksumus tõusta 6,8 miljardini. . Ja nüüd pole "James Webb" ohus.
Teaduslikud instrumendid
Kosmoseobjektide uurimiseks paigaldatakse teleskoobile järgmised teaduslikud instrumendid:
- NIRCam (infrapunakaamera lähedal)
- NIRSpec (lähi-infrapuna spektrograaf)
- MIRI (keskmise infrapuna instrument)
- FGS/NIRISS (peenjuhtimisandur ja lähiinfrapuna kujutise seade ja piludeta spektrograaf)
James Webbi teleskoop / ©wikimedia
NIRCam
Lähis-infrapunakaamera NIRCam on peamine pildiseade. Need on omamoodi teleskoobi "peamised silmad". Kaamera tööulatus on 0,6-5 mikromeetrit. Sellega tehtud pilte uuritakse hiljem teiste instrumentidega. Just NIRCami abil tahavad teadlased näha valgust universumi kõige varasematest objektidest nende tekke koidikul. Lisaks aitab instrument uurida noori tähti meie galaktikas, luua tumeaine kaarti ja palju muud. NIRCami oluline omadus on koronagraafi olemasolu, mis võimaldab näha planeete kaugete tähtede ümber. See saab võimalikuks tänu viimase valguse summutamisele.
NIRSpec
Lähi-infrapuna spektrograafi abil on võimalik koguda teavet nii objektide füüsikaliste omaduste kui ka keemilise koostise kohta. Spektrograafia võtab väga kaua aega, kuid mikrokatiku tehnoloogia abil on võimalik vaadelda sadu objekte 3 × 3 kaareminuti suurusel taevapiirkonnal. Igal NIRSpec mikrovärava rakul on kaas, mis avaneb ja sulgub magnetvälja mõjul. Lahtril on individuaalne juhtimine: sõltuvalt sellest, kas see on suletud või avatud, antakse teavet uuritava taevaosa kohta või vastupidi, blokeeritakse.
MIRI
Keskmise infrapuna instrument töötab vahemikus 5–28 mikromeetrit. See seade sisaldab sensoriga kaamerat, mille eraldusvõime on 1024x1024 pikslit, ja spektrograafi. Kolm arseeni-ränidetektori massiivi muudavad MIRI James Webbi teleskoobi arsenalis kõige tundlikumaks instrumendiks. Eeldatakse, et keskmise infrapuna mõõteseade suudab eristada uusi tähti, paljusid senitundmatuid Kuiperi vöö objekte, väga kaugete galaktikate punanihket ja salapärast hüpoteetilist planeeti X (tuntud ka kui Päikesesüsteemi üheksas planeet) . MIRI nominaalne töötemperatuur on 7 K. Ainuüksi passiivne jahutussüsteem ei suuda seda tagada: selleks kasutatakse kahte taset. Esmalt jahutatakse teleskoop pulsatsioonitoru abil temperatuurini 18 K ja seejärel adiabaatilise drosselsoojusvaheti abil alandatakse temperatuur 7 K-ni.
FGS/NIRISS
FGS/NIRISS koosneb kahest instrumendist – täppis-osutussensorist ja lähiinfrapuna pildistajast ning piludeta spektrograafist. Tegelikult dubleerib NIRISS NIRCami ja NIRSpeci funktsioone. Töötades vahemikus 0,8–5,0 mikromeetrit, tuvastab seade "esimese valguse" kaugematelt objektidelt, suunates neile seadmeid. NIRISS on kasulik ka eksoplaneetide tuvastamiseks ja uurimiseks. Mis puutub FGS-i täppisosutussensorisse, siis seda seadet kasutatakse teleskoobi enda suunamiseks, et saada paremaid pilte. FGS-kaamera võimaldab moodustada pilti kahest kõrvuti asetsevast taevaalast, mille suurus on kumbki 2,4 × 2,4 kaareminutit. Samuti loeb see teavet 16 korda sekundis väikestelt 8x8 pikslilistelt rühmadelt: sellest piisab vastava võrdlustähe tuvastamiseks 95% tõenäosusega kõikjal taevas, sealhulgas kõrgetel laiuskraadidel.
Teleskoobile paigaldatud seadmed võimaldavad kvaliteetset sidet Maaga ja edastada teadusandmeid kiirusega 28 Mbit/s. Nagu me teame, ei saa kõik uurimissõidukid selle võimalusega kiidelda. Näiteks Ameerika sond Galileo edastas teavet kiirusega vaid 160 bps. See aga ei takistanud teadlastel hankimast tohutul hulgal teavet Jupiteri ja selle satelliitide kohta.
Uuest kosmoseaparaadist tõotab saada Hubble'i vääriline järeltulija ja see võimaldab meil vastata küsimustele, mis on tänaseni suletud mõistatuseks. "James Webbi" võimalike avastuste hulgas on Maaga sarnaste ja elamiseks sobivate maailmade avastamine. Teleskoobi abil saadud andmed võivad olla kasulikud projektidele, mis kaaluvad tulnukate tsivilisatsioonide olemasolu võimalust.
