Telescopul spațial James Webb: data lansării, echipamente

Cu fiecare deschidere suplimentară centimetru, fiecare perioadă suplimentară de observație al doilea și fiecare perturbatiilor suplimentare atom, de la distanță de la telescop sondaj de teren, mai bine, mai profund și mai clar vei vedea universul.

25 de ani "Hubble"

Când telescopul Hubble a început să opereze în 1990, a deschis o nouă eră în astronomia spațială. Nu mai era nevoie să lupți cu atmosfera, să vă îngrijorați de nori sau de pâlpâirea electromagnetică. Tot ceea ce era necesar a fost să se desfășoare satelitul spre țintă, să se stabilizeze și să se colecteze fotoni. Timp de 25 de ani, telescoapele spațiale au început să acopere întreg spectrul electromagnetic, ceea ce ne-a permis să privim universul pentru prima dată la fiecare lungime de undă a luminii.

Dar, pe măsură ce cunoștințele noastre au crescut, a crescut și înțelegerea noastră despre necunoscut. Cu cât privim mai mult în Univers, cu atât mai mult vom vedea: timpul finit de la Big Bang combinat cu viteza finită a luminii oferă limita a ceea ce putem observa. În plus, expansiunea spațiului însuși funcționează împotriva noastră, întinzându-ne lungimea de undă a luminii stele, în timp ce el călătorește prin univers până la ochii noștri. Chiar și telescopul spațial Hubble, care ne oferă imaginea cea mai profundă și mai interesantă a universului pe care am descoperit-o vreodată, este limitată în acest sens.

Dezavantaje ale Hubble-ului

Hubble este un telescop uimitor, dar are o serie de limitări fundamentale:

• Are numai diametrul de 2,4 m, ceea ce îl limitează Rezoluția.
• În ciuda acoperirii cu materiale reflectorizante, este expusă în mod constant la lumina directă a soarelui, care se încălzește. Aceasta înseamnă că, datorită efectelor termice, nu poate observa lungimea de undă a luminii mai mare de 1,6 μm.
• Combinația dintre lumina limitată și lungimile de undă, la care este sensibilă, înseamnă că telescopul poate vedea galaxii care nu au mai mult de 500 de milioane de ani vechi.

Aceste galaxii sunt frumoase, îndepărtate și au existat atunci când universul era doar de aproximativ 4% din vârsta prezentă. Dar se știe că stelele și galaxiile au existat chiar mai devreme.

Pentru a vedea acest telescop trebuie să aibă o sensibilitate mai mare. Aceasta înseamnă o tranziție la lungimi de undă mai lungi și temperaturi mai scăzute decât Hubble. De aceea se creează Telescopul Spațial James Webb.

Perspectivele pentru știință

Telescopul spațial James Webb (JWST) este proiectat să depășească aceste limitări: cu un diametru de 6,5 m, telescopul vă permite să colectați de 7 ori mai multă lumină decât Hubble. Aceasta deschide posibilitatea de ultra-înaltă rezoluție spectroscopie de la 600 nm până la 6 microni (de 4 ori mai mare decât lungimea de undă, care este capabil să vadă „Hubble“) pentru a observa regiunea în infraroșu de mijloc cu o sensibilitate mai mare decât oricând înainte. JWST folosește răcire pasivă la o temperatură a suprafeței de Pluto și este capabil să se răcească în mod activ dispozitivele la mijlocul infraroșu până la 7 K. Telescopul James Webb va face posibil să se facă știință ca nimeni nu înainte de acest lucru nu se face.

Aceasta va permite:

• Observați primele galaxii formate vreodată;
• pentru a vedea prin gazul neutru și pentru a cerceta primele stele și reionizarea Universului;
• conduce o analiză spectroscopică a primelor stele (populația III) formată după Big Bang;
• obține surprize uimitoare, cum ar fi descoperirea celui mai devreme gauri negre supermassive și quasari în univers.

Nivelul de cercetare științifică a JWST nu este similar cu nimic din trecut și, prin urmare, telescopul a fost ales drept misiunea emblematică a NASA în anii 2010.

Sculptura științifică

Din punct de vedere tehnic, noul telescop al lui James Webb este o adevărată opera de artă. Proiectul a mers mult: s-au înregistrat depășiri bugetare, întârzieri și pericolul anularii proiectului. După intervenția noii conduceri, totul sa schimbat. Proiectul a lucrat brusc ca un ceas, s-au alocat fonduri, s-au luat în considerare erorile, eșecurile și problemele, iar echipa JWST a început să se încadreze în toate termenele, programele și cadrele bugetare. Lansarea este programată pentru octombrie 2018 pe racheta Ariane-5. Echipa nu urmărește numai calendarul, are la dispoziție nouă luni pentru a lua în considerare toate situațiile neprevăzute, astfel încât totul să fie colectat și pregătit pentru această dată.

Telescopul James Webb este alcătuit din 4 părți principale.

Bloc optic

Include toate oglinzile, dintre care cele mai eficiente optsprezece oglinzi aurite primare segmentate. Acestea vor fi utilizate pentru a colecta lumina stelară îndepărtată și pentru a se concentra asupra instrumentelor de analiză. Toate aceste oglinzi sunt acum gata și impecabile, făcute exact la timp. La sfârșitul ansamblului acestea vor fi pliate într-un design compact, care urmează să fie difuzate la o distanță de mai mult de 1 milion de kilometri de Pământ, până la punctul L2 Lagrange, și apoi rândul său, în mod automat pentru a forma o structură de tip fagure, care de mulți ani se vor colecta lumina de ieșire. Acesta este într-adevăr un lucru minunat și un rezultat reușit al eforturilor titanice ale multor specialiști.

Camera apropiată de infraroșu

"Webb" este echipat cu patru unelte științifice, deja pregătite pentru 100%. Camera principală a telescopului este o cameră din gama aproape IR: de la lumina portocalie vizibilă până la infraroșu adânc. Acesta va oferi o imagine fara precedent dintre cele mai vechi stele, cele mai tinere galaxii, care sunt încă în procesul de formare, stele tinere din Calea Lactee și galaxii din apropiere, sute de noi obiecte din centura Kuiper. Este optimizat pentru imaginile directe ale planetelor în jurul altor stele. Aceasta va fi camera principală utilizată de majoritatea observatorilor.

Spectrograful cu infraroșu apropiat

Acest instrument nu numai că împarte lumina în lungimi de undă separate, dar este în măsură să facă acest lucru pentru mai mult de 100 de obiecte separate în același timp! Acest dispozitiv va fi un spectrograf universal "Webba", capabil să lucreze în 3 moduri diferite de spectroscopie. A fost construit Agenția Spațială Europeană, dar multe componente, inclusiv detectoare și o baterie multi-shutter, sunt furnizate de Space Flight Center. Goddard (NASA). Acest dispozitiv a fost testat și este pregătit pentru instalare.

Instrumentul cu infraroșu mediu

Dispozitivul va fi utilizat pentru vizualizarea în bandă largă, adică cu ajutorul acestuia vor fi obținute imaginile cele mai impresionante din toate uneltele Webb. Din punct de vedere științific, va fi foarte util atunci când se măsoară discuri protoplanetare în jurul stelelor tinere, măsurând și vizualizând cu precizie fără precedent obiectele Belt Kuiper și praful încălzit de lumina stelelor. Acesta va fi singurul instrument cu răcire criogenică până la 7 K. În comparație cu telescopul spațial Spitzer, aceasta va îmbunătăți rezultatele de 100 de ori.

Spectrograf IR neutru (NIRISS)

Dispozitivul va produce:

• spectroscopie cu unghi larg în intervalul apropiat de lungimea de undă în infraroșu (1,0 - 2,5 μm);
• spectroscopia spectrală a unui obiect în domeniul vizibil și infraroșu (0,6 - 3,0 μm);
• deschidere-mascare interferometrie la lungimi de unda de 3.8-4.8 μm (în cazul în care primele stele și galaxii sunt de așteptat);
• spectrul larg al întregului câmp vizual.

Acest instrument a fost creat de Agenția Spațială Canadiană. După trecerea testului criogenic, acesta va fi, de asemenea, pregătit pentru integrarea în compartimentul pentru instrumente al telescopului.

parasolar

Space telescopes nu au fost încă echipate cu ele. Unul dintre aspectele cele mai înfricoșătoare ale fiecărei lansări este utilizarea unui material complet nou. În loc de răcire a întregii nave spațiale, folosind în mod activ agent frigorific consumabile de unică folosință, telescopul James Webb foloseste o tehnologie complet nouă - parasolar 5 straturi care urmează să fie utilizate pentru a reflecta radiația solară de la telescop. Cinci foi de 25 metri vor fi conectate prin tije de titan și instalate după instalarea telescopului. Protecția a fost testată în 2008 și 2009. Modelele pe scară largă care au participat la testele de laborator au făcut tot ce aveau de făcut aici pe Pământ. Aceasta este o inovație frumoasă.

În plus, este de asemenea un concept incredibil: nu pur și simplu pentru a bloca lumina de la soare și a pus un telescop în umbră, și să-l astfel încât toată căldura este radiată în direcția opusă orientarea telescopului. Fiecare dintre cele cinci straturi într-un spațiu de vid va deveni rece ca distanța de la exterior să fie puțin mai cald decât temperatura de suprafață - în jurul 350-360 K. Temperatura ultimul strat trebuie să scadă la 37-40 K, care este mai rece decât suprafața noaptea Pluto.

În plus, au fost luate măsuri de precauție importante pentru a proteja împotriva mediului nefavorabil al spațiului adânc. Unul dintre lucrurile care urmează să fie vizate aici sunt pietricele mici dimensiuni cu pietriș, nisip, praf și chiar mai puțin prin spațiul interplanetar zboară la o viteză de zeci sau chiar sute de mii de km / h. Aceste micrometeorite sunt capabile să facă mici găuri microscopice în tot ceea ce întâlnesc: vehicule spațiale, costume cosmonaut, oglinzi telescopice și multe altele. În cazul în care oglinzile primesc doar dents sau găuri, ceea ce reduce ușor cantitatea de "lumină bună" disponibilă, scutul solar poate rupe de la margine la margine, ceea ce va face ca întregul strat să fie inutil. O idee strălucită a fost folosită pentru a combate acest fenomen.

Întregul scut solare a fost împărțit în secțiuni astfel încât, dacă există un mic spațiu într-unul, doi sau chiar trei, stratul nu se va rupe în continuare, ca o fisură în parbrizul mașinii. Secționarea va conserva întreaga structură a întregului, care este importantă pentru prevenirea degradării.

Nave spațiale: sisteme de asamblare și control

Aceasta este componenta cea mai comună, deoarece există toate telescoapele spațiului și misiunile științifice. La JWST este unic, dar și complet gata. Tot ce trebuie să facă antreprenorul general al proiectului Northrop Grumman este să termine scutul, să asambleze telescopul și să îl testezi. Dispozitivul va fi gata să înceapă în 2 ani.

10 ani de descoperiri

Dacă totul merge bine, omenirea va fi pe marginea unor mari descoperiri științifice. Voalul de gaz neutru, care este încă umbrită privire de ansamblu cele mai vechi stele si galaxii, este rezolvată de infraroșu „Webb“ și luminozitatea sa enormă. Acesta va fi cel mai mare, cel mai sensibil telescop cu o gamă largă de lungimi de undă de la 0,6 la 28 microni (ochiul uman vede de la 0,4 până la 0,7 microni) a construit vreodată. Se așteaptă ca acesta să ofere un deceniu de observații.

Potrivit NASA, termenul misiunii "Webba" va fi de la 5,5 la 10 ani. Este limitat de cantitatea de combustibil necesară pentru menținerea orbitei și de durata de viață a echipamentelor electronice și a echipamentelor în condițiile dure ale spațiului. Telescopul orbitei lui James Webb va purta o rezervă de carburant pentru întreaga perioadă de 10 ani, iar la 6 luni de la lansare se va efectua testarea suportului de zbor, ceea ce garantează 5 ani de activitate științifică.

Ce poate merge prost?

Principalul factor limitator este cantitatea de combustibil de la bord. Când se termină, satelitul se va îndepărta de la punctul Lagrangian L2, intră pe o orbită haotică în imediata vecinătate a Pământului.

Coma de acest lucru, pot exista alte probleme:

• degradarea oglinzilor, care va afecta cantitatea de lumină colectată și va crea artefacte ale imaginii, dar nu va deteriora funcționarea ulterioară a telescopului;
• eșecul unei părți sau al întregului ecran solar, care va conduce la o creștere a temperaturii navei spațiale și va restrânge intervalul de lungime de undă folosit la un interval de infraroșu foarte apropiat (2-3 μm);
• gama de răcire de avarie scule sistem mid-IR, ceea ce face improprii pentru utilizare, dar nu afectează celelalte instrumente (0,6 până la 6 microni).

Cel mai dificil test pe care telescopul James Webb îl așteaptă este lansarea și lansarea pe o orbită dată. Aceste situații au fost testate și au trecut cu succes.

Revoluția în știință

Dacă telescopul James Webb funcționează în modul său normal, va fi suficient combustibil pentru a asigura funcționarea sa în perioada 2018-2028. În plus, există potențialul de realimentare, ceea ce ar putea spori durata de viață a telescopului pentru încă zece ani. La fel cum a fost exploatat Hubble timp de 25 de ani, JWST ar putea oferi o generație de știință revoluționară. În octombrie 2018, vehiculul de lansare Ariane-5 va pune pe orbită viitorul astronomiei, care după mai bine de 10 ani de muncă grea este gata să înceapă să dea roade. Viitorul telescoapelor spațiale a venit aproape.