Ar katru papildu apertūras centimetru, katru papildu novērošanas laika sekundi un katru papildu atmosfēras jucekli, kas tiek noņemts no teleskopa redzes lauka, Visumu var redzēt labāk, dziļāk un skaidrāk.
25 Habla gadi
Kad Habla teleskops sāka darboties 1990. gadā, tas astronomijā ievadīja jaunu ēru - kosmosu. Vairs nebija jācīnās ar atmosfēru, nebija jāuztraucas par mākoņiem vai elektromagnētisko mirgošanu. Viss, kas bija nepieciešams, bija izvietot satelītu uz mērķi, stabilizēt to un savākt fotonus. 25 gadu laikā kosmosa teleskopi sāka aptvert visu elektromagnētisko spektru, ļaujot pirmo reizi aplūkot Visumu katrā gaismas viļņa garumā.
Bet, pieaugot mūsu zināšanām, pieaug arī mūsu izpratne par nezināmo. Jo tālāk mēs skatāmies Visumā, jo dziļāku pagātni mēs redzam: ierobežotais laiks kopš Lielā sprādziena, apvienojumā ar ierobežoto gaismas ātrumu, nosaka ierobežojumu tam, ko mēs varam novērot. Turklāt pati telpas paplašināšanās darbojas pret mums, izstiepjot viļņa garumuzvaigžņu gaisma, kas ceļo cauri Visumam līdz mūsu acīm. Pat Habla kosmiskais teleskops, kas sniedz mums visdziļāko un elpu aizraujošāko Visuma attēlu, ko mēs jebkad esam atklājuši, šajā ziņā ir ierobežoti.
Habla trūkumi
Habls ir pārsteidzošs teleskops, taču tam ir vairāki būtiski ierobežojumi:
- Tikai 2,4 m diametrā, kas ierobežo tā izšķirtspēju.
- Neskatoties uz to, ka tas ir pārklāts ar atstarojošiem materiāliem, tas pastāvīgi tiek pakļauts tiešiem saules stariem, kas to uzsilda. Tas nozīmē, ka termisko efektu dēļ tas nevar novērot gaismas viļņu garumus, kas lielāki par 1,6 µm.
- Ierobežotās apertūras un tā jutīgo viļņu garumu kombinācija nozīmē, ka teleskops var redzēt galaktikas, kas nav vecākas par 500 miljoniem gadu.
Šīs galaktikas ir skaistas, tālas un pastāvēja laikā, kad Visums bija tikai aptuveni 4% no tā pašreizējā vecuma. Bet ir zināms, ka zvaigznes un galaktikas pastāvēja pat agrāk.
Lai to redzētu, teleskopam ir jābūt lielākai jutībai. Tas nozīmē pāreju uz garākiem viļņu garumiem un zemāku temperatūru nekā Habla. Tāpēc tiek būvēts Džeimsa Veba kosmiskais teleskops.
Zinātnes perspektīvas
Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST) ir izstrādāts, lai pārvarētu tieši šos ierobežojumus: ar 6,5 m diametru teleskops savāc 7 reizes vairāk gaismas nekā Habla. Viņš atverasaugstas izšķirtspējas ultra-spektroskopija no 600 nm līdz 6 µm (4 reizes lielāks par Habla redzamo viļņa garumu), lai veiktu novērojumus spektra vidējā infrasarkanajā reģionā ar lielāku jutību nekā jebkad agrāk. JWST izmanto pasīvo dzesēšanu līdz Plutona virsmas temperatūrai un spēj aktīvi atdzesēt vidēji infrasarkanos instrumentus līdz 7K.
Viņš atļaus:
- novērojiet agrākās galaktikas, kas jebkad izveidojušās;
- redziet caur neitrālu gāzi un izpētiet pirmās zvaigznes un Visuma rejonizāciju;
- veikt pašu pirmo zvaigžņu (III populācija), kas izveidojās pēc Lielā sprādziena, spektroskopisko analīzi;
- saņemiet pārsteidzošus pārsteigumus, piemēram, visuma senāko supermasīvo melno caurumu un kvazāru atklāšanu.
JWST zinātniskās izpētes līmenis atšķiras no pagātnes, tāpēc teleskops tika izvēlēts par NASA 2010. gadu galveno misiju.
Zinātniskais šedevrs
No tehniskā viedokļa jaunais Džeimsa Veba teleskops ir īsts mākslas darbs. Projekts ir nogājis garu ceļu: ir bijis budžeta pārtēriņš, kavējumi grafikā un draudi, ka projekts tiks atcelts. Pēc jaunās vadības iejaukšanās viss mainījās. Projekts pēkšņi darbojās kā pulkstenis, tika piešķirti līdzekļi, tika ņemtas vērā kļūdas, neveiksmes un problēmas, un JWST komanda sāka iekļautiesvisus termiņus, grafikus un budžeta shēmas. Ierīces palaišana ir paredzēta 2018. gada oktobrī ar raķeti Ariane-5. Komanda ne tikai ievēro grafiku, viņiem ir atlikuši deviņi mēneši, lai ņemtu vērā visus neparedzētos gadījumus, lai nodrošinātu, ka viss ir iepakots un gatavs šim datumam.
Džeimsa Veba teleskops sastāv no 4 galvenajām daļām.
Optiskais bloks
Ietver visus spoguļus, no kuriem astoņpadsmit primārie segmentētie zeltītie spoguļi ir visefektīvākie. Tie tiks izmantoti, lai savāktu tālu zvaigžņu gaismu un koncentrētu to uz instrumentiem analīzei. Visi šie spoguļi tagad ir gatavi un nevainojami, izgatavoti pēc grafika. Pēc salikšanas tās tiks salocītas kompaktā konstrukcijā, lai tās palaistu vairāk nekā 1 miljonu km attālumā no Zemes līdz L2 Lagrandža punktam, un pēc tam automātiski izvietosies, veidojot šūnveida struktūru, kas turpmākos gadus savāks īpaši liela attāluma gaismu. Šī ir patiešām skaista lieta un daudzu speciālistu titānisko pūliņu veiksmīgs rezultāts.
Tuva infrasarkanā kamera
Webb ir aprīkots ar četriem zinātniskiem instrumentiem, kas ir 100% pabeigti. Teleskopa galvenā kamera ir gandrīz IR kamera, kas svārstās no redzamas oranžas gaismas līdz dziļam infrasarkanajam staram. Tas nodrošinās vēl nebijušus attēlus no senākajām zvaigznēm, jaunākajām galaktikām, kas joprojām veidojas, Piena Ceļa jaunajām zvaigznēm un tuvējām galaktikām, simtiem jaunu objektu Koipera joslā. Viņa iroptimizēta tiešai planētu attēlveidošanai ap citām zvaigznēm. Šī būs galvenā kamera, ko izmanto lielākā daļa novērotāju.
Tuvo infrasarkano staru spektrogrāfs
Šis rīks ne tikai sadala gaismu atsevišķos viļņu garumos, bet arī spēj to paveikt vairāk nekā 100 atsevišķiem objektiem vienlaikus! Šis instruments būs universāls Webba spektrogrāfs, kas spēj darboties 3 dažādos spektroskopijas režīmos. To uzbūvēja Eiropas Kosmosa aģentūra, bet daudzas sastāvdaļas, tostarp detektorus un vairāku vārtu akumulatoru, nodrošināja Kosmosa lidojumu centrs. Goddārs (NASA). Šī ierīce ir pārbaudīta un ir gatava instalēšanai.
Vidējās infrasarkanais instruments
Ierīce tiks izmantota platjoslas attēlveidošanai, tas ir, tā radīs iespaidīgākos attēlus no visiem Webb instrumentiem. No zinātniskā viedokļa tas būs visnoderīgākais, mērot protoplanētu diskus ap jaunām zvaigznēm, mērot un attēlojot Koipera jostas objektus un putekļus, ko uzkarsē zvaigžņu gaisma ar nepieredzētu precizitāti. Tas būs vienīgais instruments, ko kriogēniski atdzesē līdz 7 K. Salīdzinot ar Spitzer kosmosa teleskopu, tas uzlabos rezultātus par 100 reizēm.
Tuva infrasarkanā starojuma spektrogrāfs bez spraugām (NIRISS)
Ierīce ļaus jums ražot:
- platleņķa spektroskopija tuvajos infrasarkanajos viļņu garumos (1,0–2,5 µm);
- viena objekta grisma spektroskopijaredzamais un infrasarkanais diapazons (0,6–3,0 mikroni);
- atvērumu maskējoša interferometrija pie viļņu garumiem 3,8–4,8 µm (kur ir gaidāmas pirmās zvaigznes un galaktikas);
- plaša diapazona fotografēšana visā redzes laukā.
Šo instrumentu izveidoja Kanādas Kosmosa aģentūra. Pēc kriogēnās pārbaudes tas būs gatavs arī integrēšanai teleskopa instrumentu nodalījumā.
Saules vairogs
Kosmiskie teleskopi ar tiem vēl nav aprīkoti. Viens no iebiedējošākajiem katras palaišanas aspektiem ir pilnīgi jauna materiāla izmantošana. Tā vietā, lai aktīvi atdzesētu visu kosmosa kuģi ar vienreiz lietojamu dzesēšanas šķidrumu, Džeimsa Veba teleskops izmanto pilnīgi jaunu tehnoloģiju, 5 slāņu saules aizsargu, kas tiks izvietots, lai atspoguļotu saules starojumu no teleskopa. Piecas 25 metrus garas loksnes tiks savienotas ar titāna stieņiem un uzstādītas pēc teleskopa izvietošanas. Aizsardzība pārbaudīta 2008. un 2009. gadā. Pilna mēroga modeļi, kas piedalījās laboratorijas pārbaudēs, izdarīja visu, kas viņiem šeit uz Zemes bija jādara. Tas ir skaists jauninājums.
Tā ir arī neticama koncepcija: ne tikai bloķēt Saules gaismu un novietot teleskopu ēnā, bet darīt to tā, lai viss siltums tiktu izstarots pretējā virzienā teleskopa orientācijai. Katrs no pieciem kosmosa vakuuma slāņiem kļūs auksts, virzoties prom no ārējās, kas būs nedaudz siltāka par temperatūru. Zemes virsma - aptuveni 350-360 K. Pēdējā slāņa temperatūrai vajadzētu pazemināties līdz 37-40 K, kas ir vēsāks nekā naktī uz Plutona virsmas.
Turklāt ir veikti nozīmīgi piesardzības pasākumi, lai aizsargātu pret dziļo kosmosa skarbo vidi. Viena no lietām, par ko šeit jāuztraucas, ir sīki oļu lieluma oļi, smilšu graudi, putekļu plankumi un vēl mazāki, kas lido pa starpplanētu telpu ar ātrumu desmitiem vai pat simtiem tūkstošu kilometru stundā. Šie mikrometeorīti spēj izveidot sīkus, mikroskopiskus caurumus it visā, ar ko tie saskaras: kosmosa kuģos, astronautu tērpos, teleskopu spoguļos un citās vietās. Ja spoguļiem ir tikai iespiedumi vai caurumi, kas nedaudz samazina pieejamās "labās gaismas" daudzumu, saules aizsargs var plīst no malas līdz malai, padarot visu slāni nederīgu. Lai cīnītos pret šo fenomenu, tika izmantota lieliska ideja.
Viss saules vairogs ir sadalīts sekcijās tā, ka, ja vienā, divās vai pat trijās no tām ir neliela atstarpe, slānis tālāk neplīsīs kā plaisa vējstiklā. auto. Sadalīšana saglabās neskartu visu struktūru, kas ir svarīgi, lai novērstu degradāciju.
Kosmosa kuģis: montāžas un vadības sistēmas
Šī ir visizplatītākā sastāvdaļa, tāpat kā visiem kosmosa teleskopiem un zinātnes misijām. JWST tas ir unikāls, bet arī pilnībā gatavs. Projekta ģenerāluzņēmējam Northrop Grumman atlika tikai pabeigt vairogu, salikt teleskopu un to pārbaudīt. Mašīna būs gatavaizlaišana pēc 2 gadiem.
10 gadi atklājuma
Ja viss noritēs pareizi, cilvēce būs uz lielu zinātnisku atklājumu sliekšņa. Neitrālās gāzes plīvurs, kas līdz šim ir aizsedzis skatu uz senākajām zvaigznēm un galaktikām, tiks likvidēts ar Webb infrasarkano staru iespējām un tā milzīgo spožumu. Tas būs lielākais, visjutīgākais teleskops, kas jebkad ir uzbūvēts, ar milzīgu viļņu garuma diapazonu no 0,6 līdz 28 mikroniem (cilvēka acs redz 0,4 līdz 0,7 mikronus). Paredzams, ka tas nodrošinās novērojumus desmit gadu garumā.
Saskaņā ar NASA datiem, Webb misijas kalpošanas laiks būs no 5,5 līdz 10 gadiem. To ierobežo orbītas uzturēšanai nepieciešamais propelenta daudzums un elektronikas un aprīkojuma kalpošanas laiks skarbajā kosmosa vidē. Džeimsa Veba orbitālais teleskops pārvadās degvielu visu 10 gadu periodu, un 6 mēnešus pēc palaišanas tiks veikta lidojuma atbalsta pārbaude, kas garantē 5 gadu zinātnisko darbu.
Kas varētu noiet greizi?
Galvenais ierobežojošais faktors ir uz kuģa esošās degvielas daudzums. Kad tas beigsies, satelīts attālināsies no L2 Lagranža punkta, nokļūstot haotiskā orbītā tiešā Zemes tuvumā.
Nāc ar šo, var gadīties arī citas nepatikšanas:
- spoguļu degradācija, kas ietekmēs savāktās gaismas daudzumu un radīs attēla artefaktus, bet nebojā tālāku teleskopa darbību;
- daļas vai visa saules ekrāna atteice, kas izraisīs palielināšanoskosmosa kuģa temperatūru un sašauriniet izmantojamā viļņa garuma diapazonu līdz ļoti tuvam infrasarkanajam staram (2-3 µm);
- Mid-IR instrumenta dzesēšanas sistēmas kļūme, padarot to nelietojamu, bet neietekmējot citus instrumentus (0,6 līdz 6 µm).
Visgrūtākais tests, kas sagaida Džeimsa Veba teleskopu, ir palaišana un ievietošana noteiktā orbītā. Šīs situācijas tika pārbaudītas un veiksmīgi pabeigtas.
Revolūcija zinātnē
Ja Džeimsa Veba teleskops darbosies, degvielas pietiks, lai to darbinātu no 2018. līdz 2028. gadam. Turklāt pastāv iespēja uzpildīt degvielu, kas varētu pagarināt teleskopa kalpošanas laiku vēl par desmit gadiem. Tāpat kā Habls darbojas jau 25 gadus, JWST varētu nodrošināt revolucionāras zinātnes paaudzi. 2018. gada oktobrī nesējraķete Ariane 5 palaiks astronomijas nākotnes orbītā, kas pēc vairāk nekā 10 gadu smaga darba ir gatava sākt nest augļus. Kosmosa teleskopu nākotne ir gandrīz klāt.
