Deep space -spøgelser
Nogen sagde engang: skaberne af Hubble skal opføre et monument i hver større by på Jorden. Han har mange fordele. For eksempel har astronomer ved hjælp af dette teleskop taget et billede af den meget fjerne galakse UDFj-39546284. I januar 2011 fandt forskere ud af, at den er placeret længere end den tidligere rekordholder - UDFy -38135539 - med omkring 150 millioner lysår. Galaxy UDFj-39546284 er 13,4 milliarder lysår langt fra os. Det vil sige, at Hubble så stjerner, der eksisterede for mere end 13 milliarder år siden, 380 millioner år efter Big Bang. Disse objekter er sandsynligvis ikke "levende" i lang tid: vi ser kun lyset fra længe døde stjerner og galakser.
Men for alle dens fordele er Hubble -rumteleskopet teknologien i det forrige årtusinde: det blev lanceret i 1990. Selvfølgelig har teknologien gjort store fremskridt gennem årene. Hvis Hubble -teleskopet dukkede op i vores tid, ville dets muligheder have overgået den originale version på en kolossal måde. Sådan opstod James Webb.
Hvorfor "James Webb" er nyttig
Det nye teleskop er ligesom sin forfader også et kredsløbende infrarødt observatorium. Det betyder, at hans hovedopgave bliver at studere termisk stråling. Husk på, at genstande opvarmet til en bestemt temperatur udsender energi i det infrarøde spektrum. Bølgelængden afhænger af opvarmningstemperaturen: jo højere den er, jo kortere er bølgelængden og jo mere intens stråling.
Der er imidlertid en konceptuel forskel mellem teleskoper. Hubble befinder sig i en lav jordbane, det vil sige, at den kredser om jorden i en højde af omkring 570 km. James Webb vil blive lanceret i en halo-bane ved L2 Lagrange-punktet i Sun-Earth-systemet. Den vil dreje rundt om Solen, og i modsætning til situationen med Hubble vil Jorden ikke forstyrre den. Problemet opstår straks: jo længere et objekt er fra Jorden, jo sværere er det at kontakte det, jo større er risikoen for at miste det. Derfor vil "James Webb" bevæge sig rundt om stjernen i synkronisering med vores planet. I dette tilfælde vil teleskopets afstand fra Jorden være 1,5 millioner km i den modsatte retning fra Solen. Til sammenligning er afstanden fra Jorden til Månen 384.403 km. Det vil sige, at hvis James Webb -udstyret fejler, vil det sandsynligvis ikke blive repareret (undtagen eksternt, hvilket pålægger alvorlige tekniske begrænsninger). Derfor gøres et lovende teleskop ikke kun pålideligt, men også pålideligt. Dette skyldes til dels den konstante udskydelse af lanceringsdatoen.
James Webb har en anden vigtig forskel. Udstyret giver ham mulighed for at koncentrere sig om meget gamle og kolde genstande, som Hubble ikke kunne se. På denne måde finder vi ud af, hvornår og hvor de første stjerner, kvasarer, galakser, klynger og superklynger af galakser dukkede op.
De mest interessante fund, som det nye teleskop kan lave, er eksoplaneter. For at være mere præcis taler vi om at bestemme deres tæthed, som giver os mulighed for at forstå, hvilken type objekt der er foran os, og om en sådan planet potentielt kan være beboelig. Ved hjælp af James Webb håber forskere også at indsamle data om masser og diametre på fjerne planeter, og dette vil åbne nye data om hjemmegalaksen.
Teleskopets udstyr gør det muligt at detektere kolde eksoplaneter med overfladetemperaturer op til 27 ° C (den gennemsnitlige temperatur på overfladen af vores planet er 15 ° C)."James Webb" vil kunne finde sådanne objekter placeret i en afstand af mere end 12 astronomiske enheder (det vil sige afstanden fra Jorden til Solen) fra deres stjerner og fjernt fra Jorden i en afstand på op til 15 lys flere år. Alvorlige planer vedrører atmosfæren på planeterne. Spitzer og Hubble teleskoper var i stand til at indsamle oplysninger om omkring hundrede gaskonvolutter. Ifølge eksperter vil det nye teleskop være i stand til at udforske mindst tre hundrede atmosfærer af forskellige eksoplaneter.
Et særligt punkt, der er værd at fremhæve, er søgningen efter hypotetiske type III -stjernebestander, som skulle udgøre den første generation af stjerner, der dukkede op efter Big Bang. Ifølge forskere er det meget tunge armaturer med en kort levetid, som naturligvis ikke længere eksisterer. Disse objekter havde en stor masse på grund af den mangel på kulstof, der kræves til den klassiske termonukleære reaktion, hvor tungt brint omdannes til let helium, og overskydende masse omdannes til energi. Ud over alt dette vil det nye teleskop i detaljer kunne studere tidligere uudforskede steder, hvor stjerner fødes, hvilket også er meget vigtigt for astronomi.
- Søgning og undersøgelse af de ældste galakser;
- Søg efter jordlignende exoplaneter;
- Påvisning af stjernebestand af den tredje type;
- Udforskning af "stjernevuggerne"
Design funktioner
Enheden blev udviklet af to amerikanske virksomheder - Northrop Grumman og Bell Aerospace. James Webb rumteleskop er et ingeniørmesterværk. Det nye teleskop vejer 6, 2 tons - til sammenligning har Hubble en masse på 11 tons. Men hvis det gamle teleskop kan sammenlignes i størrelse med en lastbil, så kan det nye sammenlignes med en tennisbane. Dens længde når 20 m, og dens højde er den samme som i en bygning på tre etager. Den største del af James Webb -rumteleskopet er et enormt solskærm. Dette er grundlaget for hele strukturen, skabt af en polymerfilm. På den ene side er den dækket med et tyndt lag aluminium, og på den anden side - metallisk silicium.
Solafskærmningen har flere lag. Hulrummene mellem dem er fyldt med vakuum. Dette er nødvendigt for at beskytte udstyret mod "hedeslag". Denne fremgangsmåde gør det muligt at afkøle ultrafølsomme matricer ned til –220 ° C, hvilket er meget vigtigt, når det kommer til at observere fjerne objekter. Faktum er, at på trods af de perfekte sensorer kunne de ikke se objekter på grund af andre "varme" detaljer om "James Webb".
I midten af strukturen er et stort spejl. Dette er en "overbygning", der er nødvendig for at fokusere lysstråler - spejlet retter dem og skaber et klart billede. Diameteren på hovedspejlet på James Webb -teleskopet er 6,5 m. Det omfatter 18 blokke: under opsendelsen af affyringsvognen vil disse segmenter være i en kompakt form og åbnes først, efter at rumfartøjet er kommet i kredsløb. Hvert segment har seks hjørner for bedst muligt at udnytte den tilgængelige plads. Og spejlets afrundede form giver den bedste fokusering af lys på detektorerne.
Til fremstilling af spejlet blev beryllium valgt - et relativt hårdt metal af lysegrå farve, der blandt andet er præget af en høj pris. Blandt fordelene ved dette valg er det faktum, at beryllium bevarer sin form selv ved meget lave temperaturer, hvilket er meget vigtigt for den korrekte indsamling af oplysninger.
Videnskabelige instrumenter
Gennemgangen af et lovende teleskop ville være ufuldstændig, hvis vi ikke fokuserede på dets vigtigste instrumenter:
MIRI. Dette er en melleminfrarød enhed. Det indeholder et kamera og et spektrograf. MIRI indeholder flere arrays af arsen-silicium detektorer. Takket være sensorerne på denne enhed håber astronomer at overveje rødforskydning af fjerne objekter: stjerner, galakser og endda små kometer. Det kosmologiske rødforskydning kaldes et fald i strålingsfrekvenser, hvilket forklares med den dynamiske afstand mellem kilder fra hinanden på grund af universets ekspansion. Det mest interessante er, at det ikke kun handler om at rette dette eller det fjerntliggende objekt, men om at indhente en stor mængde data om dets egenskaber.
NIRCam, eller i nærheden af infrarødt kamera, er teleskopets vigtigste billedenhed. NIRCam er et kompleks af kviksølv-cadmium-telluriumsensorer. NIRCam-enhedens arbejdsområde er 0,6-5 mikrometer. Det er svært at forestille sig, hvilke hemmeligheder NIRCam vil hjælpe med at opklare. Forskere vil for eksempel bruge det til at oprette et kort over mørkt stof ved hjælp af den såkaldte gravitationslinsemetode, dvs. at finde blodpropper af mørkt stof ved deres tyngdefelt, mærkbart ved krumningen af banen for nærliggende elektromagnetisk stråling.
NIRSpec. Uden et nær-infrarødt spektrograf ville det være umuligt at bestemme de fysiske egenskaber ved astronomiske objekter, såsom masse eller kemisk sammensætning. NIRSpec kan levere spektroskopi med medium opløsning i 1-5 μm bølgelængdeområdet og lav opløsning spektroskopi med 0,6-5 μm bølgelængder. Enheden består af mange celler med individuel kontrol, som giver dig mulighed for at fokusere på bestemte objekter og "filtrere" unødvendig stråling ud.
FGS / NIRISS. Det er et par, der består af en præcisionsorienteret sensor og en nær infrarød billeddannelsesenhed med et spalteløst spektrograf. Takket være præcisionsstyringssensoren (FGS) vil teleskopet være i stand til at fokusere så præcist som muligt, og takket være NIRISS har forskerne til hensigt at udføre de første orbitale test af teleskopet, hvilket vil give en generel idé om dets tilstand. Det menes også, at billeddannelsesindretningen vil spille en vigtig rolle ved observation af fjerne planeter.
Formelt har de til hensigt at betjene teleskopet i fem til ti år. Men som praksis viser, kan denne periode forlænges på ubestemt tid. Og "James Webb" kan give os meget mere nyttig og simpelthen interessant information, end nogen kunne forestille sig. Desuden er det nu umuligt at forestille sig hvilken slags "monster" der vil erstatte "James Webb", og hvor meget dens konstruktion vil koste.
Tilbage i foråret 2018 steg prisen på projektet til ufattelige 9,66 milliarder dollars. Til sammenligning er NASAs årlige budget cirka 20 milliarder dollars, og Hubble på opførelsestidspunktet var 2,5 milliarder dollars værd. Med andre ord, James Webb er allerede gået over i historien som det dyreste teleskop og et af de dyreste projekter i rumforskningens historie. Kun måneprogrammet, den internationale rumstation, pendulkørslerne og GPS -globale positioneringssystemet koster mere. Imidlertid har "James Webb" alt forude: prisen kan stige endnu mere. Og selvom eksperter fra 17 lande deltog i konstruktionen, hviler størstedelen af finansieringen stadig på skuldrene i USA. Formentlig vil dette fortsat være sådan.
