Syvä avaruushaamut
Joku sanoi kerran: Hubblen luojat tarvitsevat pystyttääkseen muistomerkin jokaiseen maan suurimpaan kaupunkiin. Hänellä on paljon ansioita. Esimerkiksi tämän teleskoopin avulla tähtitieteilijät ovat ottaneet kuvan hyvin kaukaisesta galaksista UDFj-39546284. Tammikuussa 2011 tiedemiehet havaitsivat, että se sijaitsee noin 150 miljoonan valovuoden etäisyydellä edellisen ennätyksen haltijasta - UDFy -38135539. Galaxy UDFj-39546284 on 13,4 miljardin valovuoden päässä meistä. Eli Hubble näki tähtiä, jotka olivat olemassa yli 13 miljardia vuotta sitten, 380 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Nämä esineet eivät todennäköisesti ole "eläviä" pitkään aikaan: näemme vain kauan kuolleiden tähtien ja galaksien valon.
Kaikista ansioistaan huolimatta Hubble -avaruusteleskooppi on viime vuosituhannen tekniikka: se lanseerattiin vuonna 1990. Tietenkin tekniikka on edistynyt valtavasti vuosien varrella. Jos Hubble -teleskooppi ilmestyisi meidän aikanamme, sen ominaisuudet olisivat ylittäneet alkuperäisen version valtavalla tavalla. Näin James Webb sai alkunsa.
Miksi "James Webb" on hyödyllinen
Uusi teleskooppi on esi -isänsä tavoin myös kiertävä infrapuna -observatorio. Tämä tarkoittaa, että hänen päätehtävänsä on tutkia lämpösäteilyä. Muista, että tiettyyn lämpötilaan lämmitetyt esineet lähettävät energiaa infrapunaspektrissä. Aallonpituus riippuu lämmityslämpötilasta: mitä korkeampi se on, sitä lyhyempi aallonpituus ja sitä voimakkaampi säteily.
Teleskooppien välillä on kuitenkin yksi käsitteellinen ero. Hubble on matalalla Maan kiertoradalla, eli se kiertää Maata noin 570 km: n korkeudessa. James Webb laukaistaan halo-kiertoradalle Aurinko-Maan järjestelmän L2 Lagrange -pisteessä. Se pyörii Auringon ympärillä, ja toisin kuin Hubblen tilanne, Maa ei häiritse sitä. Ongelma syntyy heti: mitä kauempana esine on Maasta, sitä vaikeampi on ottaa yhteyttä siihen, sitä suurempi riski menettää se. Siksi "James Webb" liikkuu tähden ympärillä synkronoituna planeettamme kanssa. Tällöin kaukoputken etäisyys Maasta on 1,5 miljoonaa km vastakkaiseen suuntaan Auringosta. Vertailun vuoksi etäisyys Maasta Kuuhun on 384 403 km. Toisin sanoen, jos James Webb -laite vioittuu, sitä ei todennäköisesti korjata (paitsi etänä, mikä asettaa vakavia teknisiä rajoituksia). Siksi lupaavasta teleskoopista tehdään paitsi luotettava myös erittäin luotettava. Tämä johtuu osittain lanseerauspäivän jatkuvasta lykkäämisestä.
James Webbillä on toinen tärkeä ero. Laitteiden avulla hän voi keskittyä hyvin muinaisiin ja kylmiin esineisiin, joita Hubble ei voinut nähdä. Tällä tavalla saamme selville milloin ja missä ilmestyivät ensimmäiset tähdet, kvasaarit, galaksit, galaksien klusterit ja superjoukot.
Mielenkiintoisimmat löydöt, joita uusi teleskooppi voi tehdä, ovat eksoplaneettoja. Tarkemmin sanottuna puhumme niiden tiheyden määrittämisestä, jonka avulla voimme ymmärtää, minkä tyyppinen esine on edessämme ja voiko tällainen planeetta olla mahdollisesti asuttava. James Webbin avulla tiedemiehet toivovat myös keräävänsä tietoja etäisten planeettojen massoista ja halkaisijoista, ja tämä avaa uutta tietoa kotigalaksista.
Teleskoopin varusteiden avulla voidaan havaita kylmiä eksoplaneettoja, joiden pintalämpötila on jopa 27 ° C (planeettamme pinnan keskilämpötila on 15 ° C)."James Webb" pystyy löytämään tällaisia esineitä, jotka sijaitsevat yli 12 tähtitieteellisen yksikön (eli etäisyyden Maasta Aurinkoon) etäisyydellä tähdistään ja kaukana Maasta jopa 15 valon etäisyydellä vuotta. Vakavat suunnitelmat koskevat planeettojen ilmakehää. Spitzer- ja Hubble -teleskoopit pystyivät keräämään tietoja noin sadasta kaasukotelosta. Asiantuntijoiden mukaan uusi teleskooppi pystyy tutkimaan vähintään kolmesataa ilmakehää erilaisia eksoplaneettoja.
Eräs korostamisen arvoinen seikka on hypoteettisten tyypin III tähtien populaatioiden etsiminen, joiden pitäisi muodostaa ensimmäisen sukupolven tähti, joka ilmestyi alkuräjähdyksen jälkeen. Tutkijoiden mukaan nämä ovat erittäin raskaita lyhytikäisiä valaisimia, joita ei tietenkään enää ole. Näillä esineillä oli suuri massa, koska puuttui hiili, jota tarvitaan klassiseen ydinreaktioon, jossa raskas vety muuttuu kevyeksi heliumiksi ja ylimääräinen massa muunnetaan energiaksi. Kaiken tämän lisäksi uusi kaukoputki pystyy tutkimaan yksityiskohtaisesti aiemmin tutkimattomia paikkoja, joissa tähdet syntyvät, mikä on myös erittäin tärkeää tähtitieteen kannalta.
- Vanhimpien galaksien etsiminen ja tutkiminen;
- Maan kaltaisten eksoplaneettojen etsiminen;
- kolmannen tyyppisten tähtipopulaatioiden havaitseminen;
- "Tähtikehtojen" tutkiminen
Suunnitteluominaisuuksia
Laitteen on kehittänyt kaksi amerikkalaista yritystä - Northrop Grumman ja Bell Aerospace. James Webbin avaruusteleskooppi on tekniikan mestariteos. Uusi teleskooppi painaa 6,2 tonnia - vertailun vuoksi Hubblen massa on 11 tonnia. Mutta jos vanhaa teleskooppia voidaan verrata kooltaan kuorma -autoon, uusi on verrattavissa tenniskentälle. Sen pituus on 20 metriä ja korkeus sama kuin kolmikerroksisen rakennuksen. Suurin osa James Webbin avaruusteleskoopista on valtava aurinkosuoja. Tämä on koko polymeerikalvosta rakennetun rakenteen perusta. Toisella puolella se on päällystetty ohuella alumiinikerroksella ja toisella - metallisella piillä.
Aurinkosuojassa on useita kerroksia. Niiden väliset tyhjät tilat täytetään tyhjiöllä. Tämä on välttämätöntä laitteen suojaamiseksi "lämpöhalvaukselta". Tämä lähestymistapa mahdollistaa ultraherkkien matriisien jäähdyttämisen –220 ° C: een, mikä on erittäin tärkeää etäisten kohteiden tarkkailussa. Tosiasia on, että täydellisistä antureista huolimatta he eivät voineet nähdä esineitä "James Webbin" muiden "kuumien" yksityiskohtien vuoksi.
Rakenteen keskellä on valtava peili. Tämä on "päärakenne", jota tarvitaan valonsäteiden tarkentamiseen - peili suoristaa ne ja luo selkeän kuvan. James Webb -teleskoopin pääpeilin halkaisija on 6,5 m. Se sisältää 18 lohkoa: kantoraketin laukaisun aikana nämä segmentit ovat kompaktissa muodossa ja avautuvat vasta sen jälkeen, kun avaruusalus on tullut kiertoradalle. Jokaisessa segmentissä on kuusi kulmaa käytettävissä olevan tilan hyödyntämiseksi parhaalla mahdollisella tavalla. Ja peilin pyöristetty muoto mahdollistaa parhaan valon kohdistamisen ilmaisimiin.
Peilin valmistukseen valittiin beryllium - suhteellisen kova vaalean harmaa väri, jolle on ominaista muun muassa korkea hinta. Tämän valinnan etuna on se, että beryllium säilyttää muotonsa myös erittäin alhaisissa lämpötiloissa, mikä on erittäin tärkeää oikean tiedonkeruun kannalta.
Tieteelliset välineet
Lupaavan teleskoopin tarkastelu olisi epätäydellinen, jos emme keskittyisi sen tärkeimpiin välineisiin:
MIRI. Tämä on keski-infrapunalaite. Se sisältää kameran ja spektrografin. MIRI sisältää useita arseeni-pii-ilmaisimia. Tämän laitteen antureiden ansiosta tähtitieteilijät toivovat voivansa ottaa huomioon etäisten kohteiden punaisen siirtymän: tähdet, galaksit ja jopa pienet komeetat. Kosmologista punasiirtymää kutsutaan säteilytaajuuksien vähenemiseksi, mikä selittyy lähteiden dynaamisella etäisyydellä toisistaan maailmankaikkeuden laajentumisen vuoksi. Mielenkiintoisinta on, että kyse ei ole vain tämän tai toisen etäobjektin korjaamisesta, vaan suuren määrän tiedon hankkimisesta sen ominaisuuksista.
NIRCam eli lähi -infrapunakamera on kaukoputken pääkuvayksikkö. NIRCam on elohopea-kadmium-telluuri-antureiden kompleksi. NIRCam-laitteen toiminta-alue on 0,6-5 mikronia. On vaikea edes kuvitella, mitä salaisuuksia NIRCam auttaa selvittämään. Tiedemiehet esimerkiksi haluavat käyttää sitä luodakseen pimeän aineen kartan ns. löytää tumman aineen hyytymiä niiden painovoimakentän perusteella, mikä on havaittavissa läheisen sähkömagneettisen säteilyn liikeradan kaarevuudesta.
NIRSpec. Ilman lähi-infrapunaspektrografia olisi mahdotonta määrittää tähtitieteellisten esineiden fyysisiä ominaisuuksia, kuten massaa tai kemiallista koostumusta. NIRSpec voi tarjota keskitarkkuuksisen spektroskopian 1-5 μm: n aallonpituusalueella ja matalan resoluution spektroskopian 0,6-5 μm: n aallonpituuksilla. Laite koostuu monista soluista, joissa on yksilöllinen ohjaus, jonka avulla voit keskittyä tiettyihin kohteisiin ja "suodattaa pois" tarpeetonta säteilyä.
FGS / NIRISS. Se on pari, joka koostuu tarkasta tähtäysanturista ja lähi -infrapuna -kuvantamislaitteesta, jossa on aukoton spektrografi. Tarkkuusohjausanturin (FGS) ansiosta teleskooppi pystyy tarkentamaan mahdollisimman tarkasti, ja NIRISSin ansiosta tiedemiehet aikovat tehdä teleskoopin ensimmäiset kiertoradat, jotka antavat yleiskuvan sen tilasta. Uskotaan myös, että kuvantamislaitteella on tärkeä rooli kaukana olevien planeettojen havainnoinnissa.
Muodollisesti he aikovat käyttää teleskooppia viidestä kymmeneen vuoteen. Kuten käytäntö osoittaa, tätä ajanjaksoa voidaan kuitenkin jatkaa loputtomiin. Ja "James Webb" voi tarjota meille paljon enemmän hyödyllistä ja yksinkertaisesti mielenkiintoista tietoa kuin kukaan voisi kuvitella. Lisäksi nyt on mahdotonta edes kuvitella, millainen "hirviö" korvaa "James Webbin" ja kuinka paljon sen rakentaminen maksaa.
Keväällä 2018 hankkeen hinta nousi käsittämättömään 9,66 miljardiin dollariin. Vertailun vuoksi NASAn vuosibudjetti on noin 20 miljardia dollaria ja Hubblen arvo rakentamisen aikaan oli 2,5 miljardia dollaria. James Webb on jo mennyt historiaan kalleimpana kaukoputkena ja yhtenä kalleimmista projekteista avaruustutkimuksen historiassa. Vain kuun ohjelma, kansainvälinen avaruusasema, sukkulat ja GPS -paikannusjärjestelmä maksavat enemmän. James Webbillä on kuitenkin kaikki edessä: sen hinta voi nousta vielä enemmän. Ja vaikka asiantuntijat 17 maasta osallistuivat sen rakentamiseen, leijonaosa rahoituksesta on edelleen Yhdysvaltojen harteilla. Oletettavasti näin tulee olemaan jatkossakin.
