Bola Dirgantara
permukaan
- MIRI
- NIRCam
- spesifikasi NIRS
- FGS/NIRISS
Awalnya disebut Teleskop Luar Angkasa Generasi Baru. Teleskop ruang angkasa generasi berikutnya, NGST). Pada tahun 2002, namanya diubah untuk menghormati kepala kedua NASA, James Webb (1906-1992), yang mengepalai badan tersebut pada tahun 1961-1968 selama implementasi program Apollo.
"James Webb" akan memiliki cermin komposit berdiameter 6,5 meter dengan luas permukaan pengumpulan 25 m², tersembunyi dari radiasi inframerah dari Matahari dan Bumi oleh layar termal. Teleskop akan ditempatkan dalam orbit halo di titik Lagrange L 2 dari sistem Matahari-Bumi.
Proyek ini merupakan hasil kerjasama internasional antara 17 negara yang dipimpin oleh NASA, dengan kontribusi signifikan dari Badan Antariksa Eropa dan Kanada.
Rencana saat ini menyerukan teleskop untuk diluncurkan pada roket Ariane 5 pada Maret 2021. Dalam hal ini, studi ilmiah pertama akan dimulai pada musim gugur 2021. Masa pakai teleskop setidaknya lima tahun.
tugas
Astrofisika
Tujuan utama JWST adalah: mendeteksi cahaya bintang dan galaksi pertama yang terbentuk setelah Big Bang, mempelajari pembentukan dan perkembangan galaksi, bintang, sistem planet, dan asal usul kehidupan. Juga, "Webb" akan dapat memberi tahu tentang kapan dan di mana reionisasi Alam Semesta dimulai dan apa yang menyebabkannya.
eksoplanetologi
Teleskop akan memungkinkan mendeteksi exoplanet yang relatif dingin dengan suhu permukaan hingga 300 K (yang hampir sama dengan suhu permukaan bumi), yang terletak lebih jauh dari 12 AU. e.dari bintangnya, dan jauh dari Bumi pada jarak hingga 15 tahun cahaya. Lebih dari dua lusin bintang yang paling dekat dengan Matahari akan jatuh ke zona pengamatan terperinci. Berkat JWST, terobosan nyata dalam eksoplanetologi diharapkan - kemampuan teleskop akan cukup tidak hanya untuk mendeteksi eksoplanet itu sendiri, tetapi bahkan satelit dan garis spektral planet-planet ini (yang akan menjadi indikator yang tidak dapat dicapai untuk setiap berbasis darat dan luar angkasa teleskop sampai 2025, ketika Teleskop Sangat Besar Eropa dengan diameter cermin 39,3 m akan diperkenalkan). Pencarian exoplanet juga akan menggunakan data yang dikumpulkan oleh teleskop Kepler sejak 2009. Namun, kemampuan teleskop tidak akan cukup untuk memotret exoplanet yang ditemukan. Kesempatan seperti itu tidak akan muncul sampai pertengahan 2030-an, ketika teleskop penerus James Webb, ATLAST, akan diluncurkan.
Dunia air tata surya
Instrumen inframerah teleskop akan digunakan untuk mempelajari dunia air di Tata Surya - bulan Jupiter Europa dan bulan Saturnus Enceladus. Alat NIRSpec akan digunakan untuk mencari biosignatures (metana, metanol, etana) di geyser kedua bulan.
Alat NIRCam akan dapat memperoleh gambar Europa beresolusi tinggi, yang akan digunakan untuk mempelajari permukaannya dan mencari daerah dengan geyser dan aktivitas geologis yang tinggi. Komposisi geyser yang terekam akan dianalisis menggunakan alat NIRSpec dan MIRI. Data yang diperoleh dari studi ini juga akan digunakan dalam survei Europa Clipper di Europa.
Untuk Enceladus, karena keterpencilan dan ukurannya yang kecil, tidak mungkin mendapatkan gambar beresolusi tinggi, tetapi kemampuan teleskop akan memungkinkan analisis komposisi molekul geysernya.
Cerita
| Tahun | Berencana tanggal peluncuran |
Berencana anggaran (miliar dolar) |
|---|---|---|
| 1997 | 2007 | 0,5 |
| 1998 | 2007 | 1 |
| 1999 | 2007-2008 | 1 |
| 2000 | 2009 | 1,8 |
| 2002 | 2010 | 2,5 |
| 2003 | 2011 | 2,5 |
| 2005 | 2013 | 3 |
| 2006 | 2014 | 4,5 |
| 2008 | 2014 | 5,1 |
| 2010 | paling lambat September 2015 | ≥6,5 |
| 2011 | 2018 | 8,7 |
| 2013 | 2018 | 8,8 |
| 2017 | musim semi 2019 | 8,8 |
| 2018 | paling lambat Maret 2020 | ≥8,8 |
| 2018 | 30 Maret 2021 | 9,66 |
Awalnya, peluncuran dijadwalkan untuk 2007, kemudian ditunda beberapa kali (lihat tabel). Segmen pertama cermin dipasang pada teleskop hanya pada akhir 2015, dan cermin komposit utama dirakit sepenuhnya hanya pada Februari 2016. Pada musim semi 2018, tanggal peluncuran yang direncanakan telah dipindahkan ke 30 Maret 2021.
Pembiayaan
Biaya proyek juga meningkat beberapa kali. Pada Juni 2011, diketahui bahwa biaya teleskop melebihi perkiraan awal setidaknya empat kali lipat. Anggaran NASA yang diusulkan pada Juli 2011 oleh Kongres menyarankan agar pendanaan untuk konstruksi teleskop dihentikan karena salah urus dan pemborosan anggaran program, tetapi anggaran direvisi pada September tahun itu dan proyek tersebut mempertahankan pendanaan. Keputusan akhir untuk melanjutkan pendanaan dibuat oleh Senat pada 1 November 2011.
Pada tahun 2013, $626,7 juta dialokasikan untuk pembangunan teleskop.
Pada musim semi 2018, biaya proyek telah meningkat menjadi $9,66 miliar.
Fabrikasi sistem optik
Masalah
Sensitivitas teleskop dan daya pisahnya berhubungan langsung dengan ukuran area cermin yang mengumpulkan cahaya dari objek. Para ilmuwan dan insinyur telah menentukan bahwa cermin utama harus memiliki diameter minimum 6,5 meter untuk mengukur cahaya dari galaksi yang paling jauh. Hanya membuat cermin seperti teleskop Hubble, tetapi lebih besar, tidak dapat diterima, karena massanya akan terlalu besar untuk meluncurkan teleskop ke luar angkasa. Sebuah tim ilmuwan dan insinyur perlu menemukan solusi agar cermin baru memiliki 1/10 massa cermin teleskop Hubble per satuan luas.
Pengembangan dan pengujian
Produksi
Jenis berilium khusus digunakan untuk cermin "Webb". Ini adalah bubuk halus. Bubuk ditempatkan dalam wadah stainless steel dan ditekan menjadi bentuk datar. Setelah wadah baja dilepas, sepotong berilium dipotong menjadi dua untuk membuat dua cermin kosong dengan lebar sekitar 1,3 meter. Setiap cermin kosong digunakan untuk membuat satu segmen.
Proses pembentukan cermin dimulai dengan memotong bahan berlebih di bagian belakang berilium kosong sehingga struktur bergaris halus tetap ada. Sisi depan setiap benda kerja dihaluskan, dengan mempertimbangkan posisi segmen di cermin besar.
Kemudian permukaan setiap cermin digiling untuk memberikan bentuk yang mendekati yang dihitung. Setelah itu, cermin dihaluskan dan dipoles dengan hati-hati. Proses ini diulangi sampai bentuk segmen cermin mendekati ideal. Selanjutnya, segmen didinginkan hingga suhu -240 °C, dan dimensi segmen diukur menggunakan interferometer laser. Kemudian cermin, dengan mempertimbangkan informasi yang diterima, mengalami pemolesan akhir.
Setelah menyelesaikan pemrosesan segmen, bagian depan cermin ditutupi dengan lapisan tipis emas untuk pantulan radiasi inframerah yang lebih baik dalam kisaran 0,6-29 mikron, dan segmen yang telah selesai diuji ulang pada suhu kriogenik.
Pengujian
10 Juli 2017 - awal dari tes kriogenik terakhir teleskop pada suhu 37 di Johnson Space Center di Houston, yang berlangsung selama 100 hari.
Selain pengujian di Houston, kendaraan tersebut menjalani serangkaian tes mekanis di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard, yang menunjukkan bahwa ia dapat menahan peluncuran menggunakan kendaraan peluncuran berat.
Pada awal Februari 2018, cermin raksasa dan berbagai instrumen dikirim ke fasilitas Northrop Grumman di Pantai Redondo untuk perakitan akhir teleskop. Konstruksi modul propulsi teleskop dan tabir suryanya sudah berlangsung di sana. Ketika seluruh struktur dirakit, itu akan dikirim dengan kapal laut dari California ke Guyana Prancis.
Peralatan
JWST akan memiliki instrumen ilmiah berikut untuk melakukan eksplorasi ruang angkasa:
- Kamera inframerah dekat (eng. Kamera inframerah dekat);
- Perangkat untuk bekerja di kisaran tengah radiasi inframerah (Instrumen Inframerah Pertengahan Bahasa Inggris, MIRI);
- spektrograf inframerah dekat Spektrograf Inframerah Dekat, NIRSpec);
- Sensor panduan halus (Ind. Fine Guidance Sensor, FGS) dan perangkat pencitraan dalam rentang inframerah dekat dan spektrograf tanpa celah (eng. Dekat Pencitra Inframerah dan Spektrograf Slitless, NIRISS).
Kamera Inframerah Dekat
Kamera inframerah-dekat adalah unit pencitraan utama Webb dan akan terdiri dari serangkaian: merkuri-kadmium-telurium detektor. Rentang pengoperasian perangkat adalah dari 0,6 hingga 5 m. Pengembangannya dipercayakan kepada University of Arizona dan Lockheed Martin Center for Advanced Technology.
Tugas perangkat meliputi:
- deteksi cahaya dari bintang dan galaksi paling awal pada tahap pembentukannya;
- studi populasi bintang di galaksi terdekat;
- studi bintang muda di Bima Sakti dan objek sabuk Kuiper;
- penentuan morfologi dan warna galaksi pada pergeseran merah tinggi;
- penentuan kurva cahaya supernova jauh;
- membuat peta materi gelap menggunakan lensa gravitasi.
Banyak objek yang akan dipelajari Webb memancarkan cahaya yang sangat sedikit sehingga teleskop perlu mengumpulkan cahaya dari objek tersebut selama ratusan jam untuk menganalisis spektrumnya. Untuk mempelajari ribuan galaksi selama 5 tahun pengoperasian teleskop, spektrograf dirancang dengan kemampuan untuk mengamati 100 objek di area langit 3 × 3 menit busur secara bersamaan. Untuk melakukan ini, para ilmuwan dan insinyur Goddard mengembangkan teknologi microshutter baru untuk mengontrol cahaya yang masuk ke spektrograf.
Inti dari teknologi yang memungkinkan Anda untuk menerima 100 simultan spectra, terdiri dari sistem mikroelektromekanis yang disebut "array of microshutters" (eng. microshutter array). Sel-sel microshutter dari spektrograf NIRSpec memiliki tutup yang membuka dan menutup di bawah pengaruh medan magnet. Setiap sel 100 kali 200 m dikontrol secara individual dan dapat dibuka atau ditutup, masing-masing menyediakan atau, sebaliknya, menghalangi bagian langit untuk spektrograf.
Penyesuaian inilah yang memungkinkan instrumen untuk melakukan spektroskopi dari begitu banyak objek secara bersamaan. Karena objek yang akan diperiksa oleh NIRSpec jauh dan redup, instrumen perlu menekan radiasi dari sumber terang yang lebih dekat. Microshutters bekerja dengan cara yang mirip dengan bagaimana orang menyipitkan mata untuk fokus pada objek dengan menghalangi sumber cahaya yang tidak diinginkan.
Perangkat telah dikembangkan dan saat ini sedang diuji di Eropa.
Perangkat untuk bekerja di kisaran tengah radiasi inframerah
Perangkat untuk operasi di kisaran tengah radiasi inframerah (5 - 28 m) terdiri dari kamera dengan sensor yang memiliki resolusi 1024x1024 piksel dan spektrograf.
MIRI terdiri dari tiga susunan detektor arsenik-silikon. Detektor sensitif perangkat ini akan memungkinkan Anda untuk melihat pergeseran merah galaksi jauh, pembentukan bintang baru dan komet yang terlihat samar, serta objek di sabuk Kuiper. Modul kamera memberikan kemampuan untuk menangkap objek dalam rentang frekuensi yang luas dengan bidang pandang yang luas, dan modul spektrograf menyediakan spektroskopi resolusi menengah dengan bidang pandang yang lebih kecil, yang memungkinkan Anda memperoleh data fisik terperinci tentang objek yang jauh.
Nilai suhu operasi untuk MIRI - 7 . Temperatur seperti itu tidak dapat dicapai hanya dengan menggunakan sistem pendingin pasif. Sebaliknya, pendinginan dilakukan dalam dua tahap: unit pra-pendinginan berdasarkan tabung pulsa mendinginkan perangkat hingga 18 K, kemudian penukar panas pelambatan adiabatik (efek Joule-Thomson) menurunkan suhu hingga 7 K.
MIRI sedang dikembangkan oleh kelompok yang disebut Konsorsium MIRI, yang terdiri dari ilmuwan dan insinyur dari Eropa, tim karyawan dari Jet Propulsion Laboratory di California, dan ilmuwan dari sejumlah institusi AS.
FGS/NIRISS
Fine Guidance Sensor (FGS) dan Near Infrared Imaging and Slitless Spectrograph (NIRISS) akan dikemas bersama dalam Webb, tetapi pada dasarnya adalah dua perangkat yang berbeda. Kedua perangkat sedang dikembangkan oleh Badan Antariksa Kanada, dan telah mendapat julukan "mata Kanada" dengan analogi dengan "tangan Kanada". Alat ini sudah terintegrasi dengan struktur ISIM pada bulan Februari 2013.
Sensor Bimbingan Halus
Sensor Panduan Halus ( FGS) akan memungkinkan Webb menghasilkan panduan yang tepat sehingga dapat memperoleh gambar berkualitas tinggi.
Kamera FGS dapat membentuk gambar dari dua bagian langit yang berdekatan dengan ukuran masing-masing 2,4 × 2,4 menit busur, dan juga membaca informasi 16 kali per detik dari kelompok kecil piksel berukuran 8 × 8, yang cukup untuk menemukan referensi yang sesuai bintang dengan probabilitas 95% di mana saja di langit, termasuk garis lintang tinggi.
Fungsi utama FGS termasuk:
- memperoleh gambar untuk menentukan posisi teleskop di luar angkasa;
- mendapatkan bintang referensi yang dipilih sebelumnya;
- penyediaan sistem kontrol posisi Sistem Kontrol Sikap mengukur pusat bintang referensi dengan kecepatan 16 kali per detik.
Selama peluncuran teleskop FGS juga akan melaporkan penyimpangan saat memasang cermin utama.
Perangkat pencitraan inframerah dekat dan spektrograf tanpa celah
Perangkat pencitraan inframerah dekat dan spektrograf tanpa celah (NIRISS) beroperasi dalam kisaran 0,8 - 5.0 m dan merupakan alat khusus dengan tiga mode utama, yang masing-masing bekerja dengan rentang terpisah.
NIRISS akan digunakan untuk melakukan tugas-tugas ilmiah berikut:
- menerima "cahaya pertama";
- penemuan exoplanet;
- memperoleh karakteristiknya;
- spektroskopi transit.
Lihat juga
Catatan
Catatan
Catatan kaki
- Jim Bridenstine on Twitter: "Teleskop Luar Angkasa James Webb akan menghasilkan ilmu pengetahuan kelas dunia yang pertama dari jenisnya. Berdasarkan rekomendasi dari Dewan Peninjau Independen, n...
- Dengan penundaan lebih lanjut, teleskop Webb berisiko melihat roketnya pensiun | Ars Technica
- https://www.ama-science.org/proceedings/details/368
- NASA Menyelesaikan Review Teleskop Webb, Berkomitmen untuk Meluncur pada Awal 2021(Bahasa inggris) . NASA (27 Juni 2018). Diakses pada 28 Juni 2018.
- Bulan Es, Gugus Galaksi, dan Dunia Jauh Di Antara Target Terpilih untuk Teleskop Luar Angkasa James Webb (tak terbatas) (15 Juni 2017).
- https://nplus1.ru/news/2017/06/16/webb-telescope (tak terbatas) (16 Juni 2017).
- Ilmu Webb: Akhir Abad Kegelapan: Cahaya Pertama dan Reionisasi (tak terbatas) . NASA. Diakses tanggal 18 Maret 2013. Diarsipkan dari versi asli tanggal 21 Maret 2013.
- Sejumput tak terhingga (tak terbatas) (25 Maret 2013). Diarsipkan dari versi asli tanggal 4 April 2013.
- Kepler telah menemukan sepuluh kemungkinan kembar baru Bumi (tak terbatas) (19 Juni 2017).
- Teleskop Webb NASA Akan Mempelajari "Dunia Laut" Tata Surya kita (tak terbatas) (24 Agustus 2017).
- Berardelli, Phil. Teleskop Luar Angkasa Generasi Berikutnya akan mengintip kembali ke awal ruang dan waktu, CBS (27 Oktober 1997).
- Teleskop Luar Angkasa Generasi Berikutnya (NGST) (tak terbatas) . Universitas Toronto (27 November 1998).
- Reichhardt, Tony. Astronomi AS: Apakah hal besar berikutnya terlalu besar? (Bahasa Inggris) // Alam. - 2006. - Maret (vol. 440, no. 7081). - H. 140-143. - DOI:10.1038/440140a. - Bibcode : 2006Natur.440..140R.
- Penolakan Sinar Kosmik dengan NGST (tak terbatas) .
- Spektrometer MIRI untuk NGST (tak terbatas) (tautan tidak tersedia). Diarsipkan dari versi asli pada 27 September 2011.
- Misi Mingguan NGST (tak terbatas) (25 April 2002).
- NASA Memodifikasi Kontrak Teleskop Luar Angkasa James Webb (tak terbatas) (12 November 2003).
Cermin utama teleskop James Webb
NASA dan ESA telah merilis daftar target pertama Teleskop Luar Angkasa James Webb, yang akan diluncurkan pada 2018. Perangkat ini akan menjadi teleskop ruang angkasa terbesar yang beroperasi dalam rentang inframerah optik, dekat dan menengah - diameter cermin utamanya hampir tiga kali lipat dari Hubble - 6,5 meter. Di antara targetnya adalah planet dan benda kecil tata surya, planet ekstrasurya dan cakram protoplanet, galaksi dan gugus galaksi, quasar jauh. Demikian dilansir siaran pers NASA, daftar tersebut dipublikasikan di situs teleskop.
Teleskop James Webb telah dikembangkan sejak tahun 1996 - seharusnya, dalam arti tertentu, menggantikan Hubble dan memberikan resolusi dan sensitivitas yang jauh lebih besar daripada teleskop inframerah terestrial dan luar angkasa. Harapan untuk mempelajari galaksi awal (527-980 juta tahun setelah Big Bang) dikaitkan dengan pekerjaan teleskop. Pada saat itu, ada banyak hidrogen netral di luar angkasa, yang menyerap radiasi ultraviolet dari bintang-bintang.
Waktu instrumental teleskop didistribusikan sesuai dengan permintaan dari kelompok ilmiah. Prioritas dalam aplikasi dan sekitar 10 persen waktu dialokasikan untuk tim ilmiah yang membantu mengembangkan teleskop. Permintaan dari kelompok ilmiah ini baru-baru ini diterbitkan. Mereka dikelompokkan secara tematis menjadi: Objek Tata Surya, Eksoplanet, Katai Coklat, Protobintang, Disk Fragmentasi, Gugus Bintang dan Daerah Pembentukan Bintang, Galaksi, Gugus Galaksi dan Quasar, dan Survei Luar Angkasa.
Di antara benda-benda kecil, pengamatan Ceres, Pallas, asteroid Ryugu (yang akan dicapai oleh Hayabusa-2 dalam setahun), objek trans-Neptunus, dan beberapa komet direncanakan. Dari exoplanet, seseorang dapat membedakan HD189733b (pemilik), HAT-P-26b (di atasnya), TRAPPIST-1e (terletak di zona layak huni baru-baru ini dari sistem tujuh planet ekstrasurya), HD131399 (ini adalah sistem tiga bintang di mana). Secara total, studi tentang beberapa lusin planet ekstrasurya, termasuk atmosfernya, direncanakan. Objek lain termasuk sistem Beta Pictoris yang terkenal dengan piringan puingnya, Nebula Horsehead, sisa supernova SN 1987A, dan beberapa quasar yang kita lihat satu miliar tahun setelah Big Bang atau kurang. Secara total, lebih dari 2100 pengamatan sudah direncanakan.
Sekarang "Webb" berada pada tahap pengujian sistem utama. Cermin utamanya selesai pada Februari 2016 dan terdiri dari 18 segmen heksagonal. Luas totalnya adalah 25 meter persegi, berat - 705 kilogram. Setiap segmen seberat 20,1 kilogram terbuat dari berilium dan dilapisi dengan lapisan emas setebal 100 nanometer.
Vladimir Korolev
Teleskop James Webb
Teleskop luar angkasa akan selalu berada di garis depan pengetahuan tentang kosmos - mereka tidak terganggu baik oleh distorsi dan awannya, atau oleh getaran dan suara di permukaan planet ini. Itu adalah perangkat luar angkasa yang memungkinkan untuk memperoleh foto-foto detail dan indah dari nebula dan galaksi jauh yang bahkan tidak terlihat oleh mata manusia di langit malam. Namun, pada tahun 2018, era baru dalam studi ruang angkasa akan dimulai, yang akan mendorong batas-batas alam semesta yang terlihat lebih jauh - teleskop luar angkasa James Webb, pemegang rekor industri, akan diluncurkan. Selain itu, memecahkan rekor tidak hanya dalam hal karakteristik: biaya proyek hari ini mencapai 8,8 miliar dolar.
Sebelum berbicara tentang perangkat dan fungsionalitas "James Webb", ada baiknya memahami untuk apa itu. Tampaknya hanya satu atmosfer Bumi yang mengganggu studi Semesta, dan Anda dapat dengan mudah mengirimkan teleskop dengan kamera yang disekrup ke orbit dan menikmati kehidupan. Tetapi pada saat yang sama, James Webb telah dalam pengembangan selama lebih dari satu dekade, dan anggaran akhir, bahkan pada tahap proyeksi awal, melebihi biaya pendahulunya, ! Oleh karena itu, teleskop yang mengorbit adalah sesuatu yang lebih kompleks daripada teropong amatir di atas tripod, dan penemuannya akan ratusan kali lebih berharga. Tapi apa yang begitu istimewa yang bisa dijelajahi dengan teleskop, terutama teleskop luar angkasa?
Mengangkat kepala ke langit, semua orang bisa melihat bintang-bintang. Tetapi mempelajari objek yang jaraknya miliaran kilometer adalah tugas yang agak sulit. Cahaya bintang dan galaksi, yang telah bergerak selama jutaan bahkan miliaran tahun, mengalami perubahan signifikan - atau bahkan tidak mencapai kita sama sekali. Jadi, awan debu, yang sering terjadi di galaksi, mampu sepenuhnya menyerap semua radiasi yang terlihat dari sebuah bintang. Ekspansi Semesta yang tak henti-hentinya mengarah ke cahaya - gelombangnya menjadi lebih panjang, mengubah jangkauan ke arah merah, atau inframerah yang tidak terlihat. Dan pancaran bahkan objek terbesar, yang telah terbang sejauh miliaran tahun cahaya, menjadi seperti cahaya senter saku di antara ratusan lampu sorot - perangkat dengan sensitivitas yang belum pernah ada sebelumnya diperlukan untuk mendeteksi galaksi yang sangat jauh.
Gagasan membangun teleskop ruang angkasa baru yang kuat muncul hampir 20 tahun yang lalu, pada tahun 1996, ketika para astronom Amerika merilis laporan HST and Beyond, yang membahas pertanyaan ke mana astronomi harus pergi selanjutnya. Sesaat sebelum itu, pada tahun 1995, planet ekstrasurya pertama ditemukan di sebelah bintang yang mirip dengan Matahari kita. Ini menggairahkan komunitas ilmiah - lagi pula, ada kemungkinan bahwa dunia yang menyerupai Bumi bisa ada di suatu tempat - sehingga para peneliti meminta NASA untuk membangun teleskop yang cocok, antara lain, untuk mencari dan mempelajari planet ekstrasurya. Di sinilah kisah "James Webb" dimulai. Peluncuran teleskop ini terus-menerus tertunda (awalnya direncanakan untuk dikirim ke luar angkasa pada tahun 2011), tetapi sekarang tampaknya memasuki garis finish. Tajuk rencana N+1 mencoba mencari tahu apa yang diharapkan para astronom untuk dipelajari dengan Webb, dan berbicara dengan mereka yang membuat alat ini.
Nama "James Webb" diberikan kepada teleskop pada tahun 2002, sebelum itu disebut Next Generation Space Telescope ("Teleskop Luar Angkasa Generasi Baru") atau disingkat NGST, karena instrumen baru tersebut harus melanjutkan penelitian yang dimulai oleh Hubble. Jika "" menjelajahi Semesta terutama dalam rentang optik, menangkap hanya inframerah dekat dan kisaran ultraviolet, yang berbatasan dengan radiasi yang terlihat, maka "James Webb" akan berkonsentrasi pada bagian inframerah dari spektrum, di mana objek yang lebih tua dan lebih dingin terlihat. Selain itu, ungkapan "generasi berikutnya" mengacu pada teknologi canggih dan solusi rekayasa yang akan digunakan dalam teleskop.
Proses pembuatan cermin teleskop
Fragmen cermin teleskop
Proses pembuatan cermin teleskop
Fragmen cermin teleskop
Fragmen cermin teleskop
Fragmen cermin teleskop
Mungkin yang paling tidak standar dan kompleks di antaranya adalah cermin utama "James Webb" dengan diameter 6,5 meter. Para ilmuwan tidak membuat versi yang lebih besar dari cermin Hubble karena beratnya terlalu banyak, dan menemukan jalan keluar yang elegan dari situasi tersebut: mereka memutuskan untuk membuat cermin dari 18 segmen terpisah. Bagi mereka, logam berilium yang ringan dan tahan lama digunakan, di mana lapisan tipis emas disimpan. Alhasil, cermin itu memiliki berat 705 kilogram, sedangkan luasnya 25 meter persegi. Cermin Hubble memiliki berat 828 kilogram dengan luas 4,5 meter persegi.
Komponen teleskop penting lainnya yang telah memberikan banyak masalah kepada para insinyur akhir-akhir ini adalah pelindung panas yang dapat dipasang yang diperlukan untuk melindungi instrumen James Webb dari panas berlebih. Di orbit Bumi, di bawah sinar matahari langsung, benda dapat memanas hingga 121 derajat Celcius. Instrumen James Webb dirancang untuk beroperasi pada suhu yang cukup rendah, itulah sebabnya pelindung panas diperlukan untuk melindunginya dari matahari.
Ukurannya sebanding dengan lapangan tenis, 21 x 14 meter, jadi tidak mungkin mengirimnya ke titik Lagrange L2 (tempat teleskop akan bekerja) dalam bentuk yang diperluas. Di sini kesulitan utama dimulai - bagaimana cara mengirimkan perisai ke tujuannya agar tidak rusak? Solusi paling logis adalah melipatnya selama penerbangan, dan kemudian menyebarkannya ketika James Webb berada di titik operasi.
Sisi luar perisai, tempat antena, komputer terpasang, giroskop, dan panel surya berada, akan memanas, seperti yang diperkirakan para ilmuwan, hingga 85 derajat Celcius. Tetapi di sisi "malam", di mana instrumen ilmiah utama berada, itu akan sangat dingin: sekitar 233 derajat di bawah nol. Berikan isolasi termal akan lima lapisan perisai - masing-masing lebih dingin dari yang sebelumnya.
Perisai yang dapat digunakan James Webb
Instrumen ilmiah apa yang perlu dilindungi dengan sangat hati-hati dari Matahari? Ada empat di antaranya: kamera inframerah-dekat NIRCam, instrumen inframerah-tengah MIRI, spektrograf inframerah-dekat NIRSpec, dan sistem FGS/NIRISS. Pada gambar di bawah, Anda dapat dengan jelas melihat dalam "cahaya" apa mereka akan melihat Semesta:
Gambar menunjukkan jangkauan yang akan ditangkap oleh instrumen teleskop.
Dengan bantuan instrumen ilmiah, para ilmuwan berharap dapat menjawab banyak pertanyaan mendasar. Pertama-tama, mereka menyangkut exoplanet.
Meskipun Kepler telah menemukan lebih dari 2.500 exoplanet hingga saat ini, perkiraan kepadatan hanya ada beberapa ratus. Sementara itu, perkiraan ini memungkinkan kita untuk memahami jenis planet ini. Jika kepadatannya rendah - jelas, kita memiliki raksasa gas di depan kita. Jika benda angkasa memiliki kepadatan tinggi, maka kemungkinan besar itu adalah planet berbatu yang menyerupai Bumi atau Mars. Para astronom berharap James Webb akan membantu mengumpulkan lebih banyak data tentang massa dan diameter planet, yang akan membantu menghitung kepadatannya dan menentukan jenisnya.
Pusat Penerbangan Luar Angkasa NASA/Goddard dan Laboratorium Visualisasi Tingkat Lanjut di Pusat Nasional untuk Aplikasi Superkomputer
Pertanyaan penting lainnya menyangkut atmosfer planet ekstrasurya. Hubble dan Spitzer telah mengumpulkan data tentang selubung gas dari sekitar seratus planet. Alat James Webb akan memungkinkan untuk meningkatkan jumlah ini setidaknya tiga kali lipat. Berkat instrumen ilmiah dan mode pengamatan yang berbeda, para astronom akan dapat menentukan keberadaan sejumlah besar zat, termasuk air, metana, dan karbon dioksida - tidak hanya di planet besar, tetapi juga di planet terestrial. Salah satu target pengamatan adalah di mana tujuh planet mirip Bumi berada sekaligus.
Sebagian besar hasilnya diharapkan untuk Jupiter muda yang baru terbentuk, yang masih memancarkan inframerah. Secara khusus, di tata surya, ketika massa gas raksasa berkurang, kandungan logamnya (elemen yang lebih berat daripada hidrogen dan helium) meningkat. Hubble pernah menunjukkan bahwa tidak semua sistem planet mematuhi hukum ini, tetapi masih belum ada sampel yang dapat diandalkan secara statistik - James Webb akan mendapatkannya. Selain itu, teleskop tersebut juga diharapkan dapat mempelajari sub-Neptunus dan super-Bumi.
Target penting lain dari teleskop adalah galaksi kuno. Saat ini, kita telah mengetahui banyak tentang galaksi-galaksi di sekitarnya, tetapi masih sangat sedikit tentang galaksi-galaksi yang muncul di Alam Semesta yang masih sangat muda. Hubble dapat melihat alam semesta seperti 400 juta tahun setelah Big Bang, dan Observatorium Planck mengamati radiasi gelombang mikro kosmik yang berasal 400.000 tahun setelah Big Bang. James Webb harus mengisi celah di antara mereka dan mencari tahu seperti apa galaksi dalam 3 persen pertama sejarah kosmik.
Sekarang para astronom mengamati hubungan langsung antara ukuran galaksi dan usianya - semakin tua Semesta, semakin banyak galaksi kecil di dalamnya. Namun, tren ini sepertinya tidak akan berlanjut, dan para ilmuwan berharap dapat menentukan semacam "titik balik", untuk menemukan batas bawah ukuran galaksi. Dengan demikian, para astronom ingin menjawab pertanyaan kapan galaksi pertama kali muncul.
Item terpisah adalah studi tentang awan molekuler dan cakram protoplanet. Di masa lalu, Spitzer hanya bisa melihat ke sekitar tata surya. Webb jauh lebih sensitif dan akan benar-benar dapat melihat sisi lain dari Bima Sakti serta pusatnya.
Juga, "James Webb" akan mencari hipotetis populasi III bintang - ini adalah benda yang sangat berat di mana hampir tidak ada unsur yang lebih berat dari helium, hidrogen dan lithium. Diasumsikan bahwa bintang jenis ini akan terbentuk setelah Big Bang.
Sepasang galaksi yang berinteraksi dijuluki "Antena"
Hari ini, peluncuran "James Webb" dijadwalkan pada Juni 2019. Teleskop awalnya seharusnya dikirim ke luar angkasa pada awal musim semi, tetapi misi itu tertunda beberapa bulan karena masalah teknis. Christine Pulliam, Deputy Project Supervisor, menjawab pertanyaan N+1 tentang teleskop itu sendiri dan kesulitan dalam konstruksinya.
Saya kira saya mengajukan pertanyaan yang jelas, tetapi apa yang membuat "James Webb" unik?
Webb akan memungkinkan kita untuk melihat alam semesta seperti yang belum pernah kita lihat sebelumnya. Ini akan membuat pengamatan di inframerah, yaitu, pada panjang gelombang lain selain Hubble, akan dapat melihat lebih jauh dari Spitzer, dan ke area lain selain Herschel. Ini akan mengisi kesenjangan dan membantu menciptakan gambaran yang koheren tentang alam semesta. Pengamatan inframerah yang ekstensif akan membantu kita melihat bintang dan planet yang muncul. Kita akhirnya akan menemukan galaksi-galaksi pertama, dan ini akan membantu menyatukan seluruh sejarah kosmologis. Beberapa orang suka mengatakan bahwa teleskop adalah mesin waktu, yang merupakan ekspresi yang sangat bagus. Ketika kita melihat ke luar angkasa, kita melihat masa lalu karena butuh waktu bagi cahaya untuk mencapai Bumi. Kita akan melihat Semesta ketika masih sangat muda - dan ini akan membantu untuk memahami bagaimana kita muncul dan bagaimana Semesta bekerja. Jika kita berbicara tentang sesuatu yang lebih dekat dengan kemanusiaan, maka kita akan melihat bagaimana bintang muncul, bagaimana planet ekstrasurya terbentuk, dan kita bahkan dapat mengkarakterisasi atmosfernya.
Ya, pertanyaan tentang atmosfer planet yang jauh membuat banyak orang khawatir. Hasil apa yang Anda harapkan?
Kami memiliki misi seperti Kepler mencari kandidat. Berkat mereka, ribuan planet ekstrasurya dikenal oleh kita hari ini. Sekarang "James Webb" akan melihat objek yang sudah dikenal dan menjelajahi atmosfernya. Secara khusus, ini berlaku untuk planet raksasa - benda angkasa dalam ukuran yang terletak di antara Neptunus dan super-Jupiter. Penting bagi kita untuk memahami bagaimana objek tersebut terbentuk, bagaimana objek tersebut berevolusi, dan seperti apa sistem tempat objek tersebut terbentuk. Misalnya, jika kita melihat sistem beberapa planet, penting bagi kita untuk menentukan apakah ada air dan di mana mencarinya.
Sebenarnya menentukan zona layak huni?
Tepat. Ini akan berbeda untuk bintang yang berbeda. James Webb akan membantu kita mengkarakterisasi planet yang jauh dan memahami betapa uniknya rumah kita.
Misi teleskop ini diperkirakan akan berlangsung sekitar sepuluh tahun. Namun, seperti apa prediksi sebenarnya? Kita semua ingat Voyagers, yang masih beroperasi dan mengirim data ke Bumi, meskipun tidak ada yang merencanakan ini.
Umur nominal alat ini adalah lima tahun, dan kami berharap alat ini dapat bekerja selama itu. Jika Anda memberikan penilaian yang lebih berani, maka itu adalah sepuluh tahun. Kami dibatasi oleh jumlah cairan pendingin yang dibutuhkan untuk menjaga sistem teleskop tetap berjalan. Saya tidak berpikir James Webb dapat, seperti Hubble, 29 tahun terakhir.
Ya, "James Webb" akan terlalu jauh dari Bumi, pada titik Lagrange kedua. Apakah menurut Anda teknologi akan memungkinkan kita di masa depan untuk terbang ke teleskop dan memperbaikinya jika rusak?
Kemungkinan seperti itu tidak dikecualikan. Dalam hal ini, teleskop memiliki dudukan untuk lengan robot yang dapat dipasang di Webb. Namun, sejak awal, pemeliharaan teleskop tidak disediakan, jadi Anda tidak boleh terlalu berharap pada hal ini. Mengingat alat itu hanya akan bekerja selama 5-10 tahun, kita tidak mungkin memiliki waktu untuk melangkah sejauh ini untuk mengirim pesawat ruang angkasa ke sana.
Akankah James Webb dapat bekerja bersama-sama dengan pesawat luar angkasa lainnya? Misalnya, Pusat Antariksa dan Astronomi Universitas Colorado mengusulkan untuk membangun koronograf eksternal untuk itu. Pada 2013, mereka berbicara tentang kemungkinan kolaborasi dengan teleskop - apakah ada rencana seperti itu dalam kenyataan?
Saya tidak akan mengatakan bahwa saat ini kami sedang mempertimbangkan kesempatan seperti itu. Jika saya tidak salah, Webb Cash bertanggung jawab atas proyek ini, tetapi ada proyek perisai bintang lain, serta beberapa grup lain yang membuat alat serupa. Saat ini tidak ada rencana konkret untuk menghubungkan James Webb dengan instrumen lain, meskipun secara hipotetis itu bisa bekerja sama dengan observatorium luar angkasa mana pun.
Bagaimana Anda berencana untuk mendistribusikan waktu observasi Anda?
Sekarang para astronom dari seluruh dunia mengirimkan aplikasi mereka kepada kami, dan setelah mereka lulus peninjauan, kami akan menerima rencana kasar. Ada "waktu pengamatan terjamin" yang disediakan untuk para ilmuwan yang membantu merancang dan membangun James Webb hari ini, semacam terima kasih atas pekerjaan mereka. Para peneliti ini akan mempelajari galaksi, exoplanet, seperti planet-planet sistem TRAPPIST. Sebagian, kami memilih target sendiri untuk menguji kemampuan James Web. Kami baru mulai berpikir tentang exoplanet ketika membangun teleskop, tetapi sekarang ini adalah area yang sangat menjanjikan dalam astronomi, dan kami perlu mencari cara untuk menggunakan James Webb untuk mempelajari planet di luar tata surya. Inilah yang akan dilakukan oleh tim yang akan melakukan observasi di tahun pertama. Di musim gugur, akan diketahui apa yang akan kita "lihat" di tahun pertama.
Medan Ultra Dalam Hubble
Mengapa tanggal peluncuran dimundurkan? Ada desas-desus tentang masalah keuangan dan masalah dengan sistem cermin.
Faktanya adalah bahwa Webb adalah teleskop yang sangat sulit, dan ini adalah pertama kalinya kami memecahkan masalah yang begitu rumit. Peralatan memiliki beberapa komponen utama: cermin, peralatan, perisai besar, dan mekanisme pendinginan. Semua elemen ini harus dibangun dan diuji, digabungkan, diuji lagi - tentu saja, ini membutuhkan waktu. Kami juga perlu memastikan bahwa kami melakukan segalanya dengan benar, bahwa semua bagian cocok bersama, peluncuran akan berhasil, dan semua elemen akan diterapkan dengan benar. Penundaan terjadi karena banyaknya tahapan dan perlunya verifikasi menyeluruh.
Artinya, sekarang Anda sedang melakukan tes, dan menyadari bahwa Anda tidak sesuai dengan jadwal semula?
Ya. Sebenarnya kita masih punya banyak waktu luang. Kami awalnya tahu bahwa semuanya akan beres, tetapi kami berasumsi bahwa persiapannya dapat tertunda karena suatu alasan. Selain itu, ketika kami siap meluncurkan kendaraan, kami juga perlu menyepakati tanggal tertentu dengan ESA, yang memiliki roket Ariane. Jadi kami pikir - ke mana harus bergegas?
Beri tahu kami tes apa yang harus dan tidak lulus teleskop?
Baru-baru ini, pengujian sistem OTISS (Optical Telescope and Instrument Assembly) di Lyndon Johnson Space Center telah selesai. Itu didinginkan hingga suhu operasi yang sangat rendah, semua optik dan teleskop itu sendiri diuji. Para ilmuwan baru-baru ini menghapus sistem dari ruang pendingin, memanaskannya lagi, dan sekarang OTISS akan pergi ke California, ke Taman Luar Angkasa di Pantai Redando, di mana ia akan dihubungkan ke pelindung matahari. Selain itu, pekerjaan sedang berlangsung pada perisai itu sendiri, para ahli sedang melakukan banyak pemeriksaan. Ketika semua elemen terpasang ke perisai, itu akan dilipat dan dibuka untuk memastikan itu bekerja dengan sempurna, dan kemudian tes lain akan dilakukan, termasuk tes untuk getaran yang akan ditemui teleskop selama penerbangan roket. Peluncuran ke luar angkasa adalah ujian serius bagi sebuah kendaraan, jadi para insinyur ingin memastikan bahwa semua komponennya bertahan dalam penerbangan. Para peneliti kemudian akan mempersiapkan James Webb untuk diluncurkan, memuatnya ke tongkang, dan mengirimkannya ke pelabuhan antariksa di Guyana Prancis sekitar awal 2019.
Bagaimana dengan sisa alat? Sejauh yang saya tahu, Anda belum menyebutkan semuanya. Apakah mereka sudah disaring sebelumnya?
Ya, mereka telah lulus semua tes dan sekarang dipasang di teleskop. Ini adalah perangkat terpisah yang akan melakukan banyak studi ilmiah - spektrograf yang mempelajari langit dalam kisaran IR menengah, kamera. Selain itu, semua alat memiliki mode yang berbeda, jadi kita perlu memeriksa apakah alat tersebut benar-benar berfungsi seperti yang kita inginkan. Ini sangat penting - Anda perlu "mengguncang" perangkat dan memastikan sudut pandang tetap sama.
Kapan kita harus mengharapkan hasil pertama?
Kemungkinan besar, data pertama baru akan datang pada akhir tahun depan atau awal tahun 2020. Antara peluncuran dan penerimaan informasi pertama, sekitar enam bulan akan berlalu. Selama waktu ini, teleskop akan berputar, dan kami akan memastikan teleskop itu terbuka dan berfungsi dengan baik. Maka perangkat perlu didinginkan, yang akan memakan banyak waktu. Di Bumi, James Webb berada pada suhu kamar, tetapi ketika kami meluncurkannya ke luar angkasa, perlu menunggu instrumennya mencapai suhu operasi. Kemudian kami akan mengoperasikannya: sejumlah "latihan" sudah direncanakan - beberapa pengamatan dan pemeriksaan terencana dari berbagai mode operasi, yang akan memastikan bahwa semuanya berfungsi sebagaimana mestinya. Karena kami tidak memiliki tanggal peluncuran, dan, sebagai hasilnya, kami tidak tahu apa yang akan jatuh ke bidang pandang teleskop, objek tertentu untuk pengamatan belum dipilih. Kemungkinan besar, kami akan mengkalibrasi instrumen teleskop pada beberapa bintang yang jauh. Ini semua adalah proses internal - pertama kita harus memastikan bahwa kita dapat melihat semuanya.
Namun, setelah kami memastikan bahwa semua alat berfungsi, kami akan melanjutkan langsung ke eksperimen ilmiah. Sebuah tim ilmuwan yang berspesialisasi dalam gambar akan menentukan target mana yang akan terlihat benar-benar memukau dan memikat penonton. Pekerjaan akan dilakukan oleh seniman yang sama yang bekerja dengan gambar Hubble - ini adalah orang-orang dengan pengalaman bertahun-tahun dalam memproses gambar astronomi. Selain itu, pengujian peralatan tambahan akan dilakukan.
Setelah gambar pertama keluar, kita akan memiliki lebih dari satu tahun untuk pengamatan ilmiah. Ini termasuk program yang sudah dikenal untuk mempelajari galaksi yang sangat jauh, quasar, exoplanet dan Jupiter. Secara umum, para astronom akan mengamati segala sesuatu yang mungkin - mulai dari area pembentukan bintang aktif hingga es di piringan protoplanet. Studi ini penting bagi kita semua: komunitas ilmiah lainnya akan dapat melihat hasil tim lain dan memahami ke mana mereka harus pergi selanjutnya.
Kristina UlasovichNASA hari ini mengkonfirmasi rencana untuk proyek Teleskop James Webb. Manajemen mengatakan bahwa anggaran saat ini dan rencana peluncuran teleskop luar angkasa untuk 2018 sudah mutakhir. Perlu dicatat bahwa agensi itu sendiri menganggap teleskop ini lebih seperti model Hubble berikutnya daripada penggantinya.
Kemampuan teleskop jauh melebihi Hubble. James Webb akan memiliki cermin majemuk dengan diameter 6,5 meter (cermin Hubble berdiameter 2,4 meter) dengan luas permukaan pengumpulan 25 m² dan pelindung matahari seukuran lapangan tenis. Teleskop akan ditempatkan di titik Lagrange L2 dari sistem Matahari-Bumi. 
James Webb akan dapat melakukan perjalanan ke masa lalu yang jauh dari alam semesta - dari 100 hingga 250 juta tahun setelah Big Bang. Dengan kata lain, teleskop baru akan dapat melihat lebih jauh ke kedalaman luar angkasa daripada Hubble, yang dapat "berjalan" tidak lebih dari 800 juta hingga 1 miliar tahun setelah Big Bang. Selain itu, Webb tidak "dipertajam" untuk cahaya tampak, spesialisasinya adalah spektrum inframerah. Namun, James Webb juga dapat mendeteksi radiasi yang terlihat oleh mata manusia.
Simulasi dari apa yang "dilihat" oleh teleskop James Webb dan apa yang dilihat Hubble pada titik yang sama di luar angkasa
Kesulitan dalam implementasi proyek
Masalah utama dari proyek besar seperti James Webb dan Hubble adalah anggaran. Bahwa yang pertama, bahwa proyek kedua melampaui anggaran. Namun, karena sebagian besar anggaran telah dihabiskan, tidak ada yang tersisa selain melanjutkan implementasi rencana.
Dalam kasus Hubble, situasinya semakin diperumit oleh fakta bahwa cermin itu awalnya tidak dipasang dengan benar. Ini memengaruhi kemampuan teleskop, dan butuh waktu lama sebelum kesalahan diperbaiki oleh ekspedisi eksternal, di mana lensa korektif dipasang.
Sejauh menyangkut James Webb, kesalahan di sini tidak bisa dimaafkan. Seperti disebutkan di atas, teleskop baru direncanakan akan dipasang di titik Lagrange L2. Jika terjadi kesalahan, proyek harus dilupakan. Namun, peluang keberhasilan pelaksanaan proyek cukup signifikan.
