Teleskop James Webb adalah observatorium inframerah yang mengorbit untuk menggantikan Teleskop Luar Angkasa Hubble yang terkenal.
Ini adalah mekanisme yang sangat kompleks. Bekerja di atasnya telah berlangsung selama sekitar 20 tahun! "James Webb" akan memiliki cermin komposit berdiameter 6,5 meter dan menelan biaya sekitar 6,8 miliar dolar. Sebagai perbandingan, diameter cermin Hubble “hanya” 2,4 meter.
Ayo lihat?
1. Teleskop James Webb harus ditempatkan dalam orbit halo pada titik Lagrange L2 dari sistem Matahari-Bumi. Dan itu dingin di luar angkasa. Ditampilkan di sini adalah tes yang dilakukan pada 30 Maret 2012 untuk mempelajari kemampuan menahan suhu dingin ruang angkasa. (Foto oleh Chris Gunn | NASA):
2. "James Webb" akan memiliki cermin komposit berdiameter 6,5 meter dengan luas permukaan pengumpulan 25 m². Apakah banyak, atau sedikit? (Foto oleh Chris Gunn):
3. Bandingkan dengan Hubble. Cermin "Hubble" (kiri) dan "Webb" (kanan) dalam skala yang sama:
4. Model skala penuh Teleskop Luar Angkasa James Webb di Austin, Texas pada 8 Maret 2013. (Foto oleh Chris Gunn):
5. Proyek teleskop merupakan kerjasama internasional antara 17 negara yang dipimpin oleh NASA, dengan kontribusi signifikan dari Badan Antariksa Eropa dan Kanada. (Foto oleh Chris Gunn):
6. Awalnya, peluncuran dijadwalkan untuk 2007, kemudian ditunda hingga 2014 dan 2015. Namun, segmen pertama cermin dipasang di teleskop hanya pada akhir 2015, dan cermin komposit utama baru dipasang pada Februari 2016. (Foto oleh Chris Gunn):
7. 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. (Foto oleh Chris Gunn):
8. Tidak hanya di negara kita semuanya menjadi lebih mahal dari perkiraan awal. Dengan demikian, biaya teleskop James Webb melebihi perhitungan awal setidaknya 4 kali lipat. Direncanakan teleskop akan menelan biaya $1,6 miliar dan diluncurkan pada 2011, tetapi menurut perkiraan baru, biayanya bisa mencapai $6,8 miliar, dengan peluncuran tidak lebih awal dari 2018. (Foto oleh Chris Gunn):
9. Ini adalah spektrograf inframerah dekat. Ini akan menganalisis spektrum sumber, yang akan memungkinkan memperoleh informasi baik tentang sifat fisik objek yang diteliti (misalnya, suhu dan massa), dan tentang komposisi kimianya. (Foto oleh Chris Gunn):
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 "James Webb", terobosan nyata dalam eksoplanetologi diharapkan - kemampuan teleskop tidak hanya akan cukup untuk mendeteksi planet ekstrasurya itu sendiri, tetapi bahkan satelit dan garis spektral planet-planet ini.
11. Insinyur sedang menguji di dalam ruangan. sistem pengangkatan teleskop, 9 September 2014. (Foto oleh Chris Gunn):
12. Penelitian cermin, 29 September 2014. Bentuk heksagonal segmen tidak dipilih secara kebetulan. Ini memiliki faktor pengisian yang tinggi dan simetri urutan keenam. Faktor pengisian yang tinggi berarti bahwa segmen-segmen tersebut cocok bersama tanpa celah. Karena simetri, 18 segmen cermin dapat dibagi menjadi tiga kelompok, di mana masing-masing pengaturan segmen identik. Akhirnya, diinginkan bahwa cermin memiliki bentuk yang mendekati lingkaran untuk memfokuskan cahaya pada detektor sekompak mungkin. Cermin oval, misalnya, akan memberikan gambar memanjang, sedangkan cermin persegi akan mengirimkan banyak cahaya dari area pusat. (Foto oleh Chris Gunn):
13. Membersihkan cermin dengan es kering karbon dioksida. Tidak ada yang menggosok dengan kain di sini. (Foto oleh Chris Gunn):
14. Chamber A adalah ruang uji vakum raksasa yang akan mensimulasikan luar angkasa selama pengujian teleskop James Webb, 20 Mei 2015. (Foto oleh Chris Gunn):
17. Ukuran masing-masing dari 18 segmen heksagonal cermin adalah 1,32 meter dari ujung ke ujung. (Foto oleh Chris Gunn):
18. Massa cermin itu sendiri di setiap segmen adalah 20 kg, dan massa seluruh segmen sebagai rakitan adalah 40 kg. (Foto oleh Chris Gunn):
19. Jenis berilium khusus digunakan untuk cermin teleskop James 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. (Foto oleh Chris Gunn):
20. Kemudian permukaan masing-masing 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. (Foto oleh Chris Gunn):
21. 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. (Foto oleh Chris Gunn):
22. Bekerja pada teleskop pada November 2016. (Foto oleh Chris Gunn):
23. NASA menyelesaikan perakitan Teleskop Luar Angkasa James Webb pada tahun 2016 dan mulai mengujinya. Ini adalah foto dari 5 Maret 2017. Pada eksposur panjang, kendaraan terlihat seperti hantu. (Foto oleh Chris Gunn):
26. Pintu ke ruang A yang sama dari foto ke-14, di mana luar angkasa sedang dimodelkan. (Foto oleh Chris Gunn):
28. Rencana saat ini menyerukan agar teleskop diluncurkan pada roket Ariane 5 pada musim semi 2019. Ditanya apa yang para ilmuwan harapkan untuk dipelajari dengan teleskop baru, ilmuwan utama John Mather berkata: "Mudah-mudahan kita akan menemukan sesuatu yang tidak diketahui siapa pun." UPD. Peluncuran Teleskop James Webb telah ditunda hingga 2020.(Foto oleh Chris Gunn).
Dengan setiap tambahan sentimeter bukaan, setiap detik tambahan waktu pengamatan, dan setiap atom tambahan kebisingan atmosfer yang dihilangkan dari bidang pandang teleskop, Semesta akan menjadi lebih baik, lebih dalam, dan lebih jernih.
25 tahun Hubble
Ketika teleskop Hubble mulai beroperasi pada tahun 1990, teleskop ini mengantarkan era baru dalam astronomi - luar angkasa. Tidak ada lagi pertempuran dengan atmosfer, tidak ada lagi kekhawatiran tentang awan atau kedipan elektromagnetik. Yang diperlukan hanyalah menyebarkan satelit ke target, menstabilkannya, dan mengumpulkan foton. Dalam 25 tahun, teleskop ruang angkasa mulai mencakup seluruh spektrum elektromagnetik, memungkinkan untuk pertama kalinya melihat alam semesta pada setiap panjang gelombang cahaya.
Tetapi seiring dengan bertambahnya pengetahuan kita, demikian pula pemahaman kita tentang yang tidak diketahui. Semakin jauh kita melihat ke alam semesta, semakin dalam masa lalu yang kita lihat: jumlah waktu yang terbatas sejak Big Bang, dikombinasikan dengan kecepatan cahaya yang terbatas, memberikan batas untuk apa yang dapat kita amati. Terlebih lagi, perluasan ruang itu sendiri bekerja melawan kita, merentangkan bintang-bintang saat ia berjalan melalui alam semesta ke mata kita. Bahkan Teleskop Luar Angkasa Hubble, yang memberi kita gambaran alam semesta terdalam dan paling menakjubkan yang pernah kita temukan, terbatas dalam hal ini.
Kekurangan Hubble
Hubble adalah teleskop yang luar biasa, tetapi memiliki sejumlah keterbatasan mendasar:
- Diameternya hanya 2,4 m, yang membatasinya
- Meskipun ditutupi dengan bahan reflektif, ia terus-menerus terkena sinar matahari langsung, yang memanaskannya. Ini berarti bahwa karena efek termal, ia tidak dapat mengamati panjang gelombang cahaya yang lebih besar dari 1,6 mikron.
- Kombinasi aperture terbatas dan panjang gelombang yang sensitif berarti bahwa teleskop hanya dapat melihat galaksi yang tidak lebih tua dari 500 juta tahun.
Galaksi-galaksi ini indah, jauh, dan ada ketika alam semesta hanya sekitar 4% dari usianya saat ini. Tetapi diketahui bahwa bintang dan galaksi ada lebih awal.
Untuk melihat harus memiliki kepekaan yang lebih tinggi. Ini berarti pindah ke panjang gelombang yang lebih panjang dan suhu yang lebih rendah dari Hubble. Itulah sebabnya Teleskop Luar Angkasa James Webb dibuat.
Prospek untuk Ilmu Pengetahuan
Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) dirancang untuk mengatasi keterbatasan ini dengan tepat: dengan diameter 6,5 m, teleskop mengumpulkan cahaya 7 kali lebih banyak daripada Hubble. Ini membuka kemungkinan ultra-spektroskopi resolusi tinggi dari 600nm hingga 6µm (4 kali panjang gelombang yang dapat dilihat Hubble), melakukan pengamatan di wilayah inframerah-tengah dengan sensitivitas lebih tinggi daripada sebelumnya. JWST menggunakan pendinginan pasif untuk suhu permukaan Pluto dan mampu secara aktif mendinginkan instrumen inframerah-tengah hingga 7 K. Teleskop James Webb akan memungkinkan sains dengan cara yang belum pernah dilakukan sebelumnya.
Ini akan memungkinkan:
- mengamati galaksi paling awal yang pernah terbentuk;
- melihat melalui gas netral dan menyelidiki bintang-bintang pertama dan reionisasi alam semesta;
- melakukan analisis spektroskopi bintang pertama (populasi III) yang terbentuk setelah Big Bang;
- dapatkan kejutan menakjubkan seperti penemuan paling awal dan quasar di alam semesta.
Tingkat penelitian ilmiah di JWST tidak seperti apa pun di masa lalu, itulah sebabnya teleskop dipilih sebagai misi unggulan NASA tahun 2010-an.
Karya ilmiah
Dari sudut pandang teknis, teleskop James Webb yang baru adalah karya seni sejati. Proyek telah berjalan jauh: telah terjadi pembengkakan anggaran, penundaan jadwal, dan bahaya proyek dibatalkan. Setelah intervensi kepemimpinan baru, semuanya berubah. Proyek tiba-tiba bekerja seperti jarum jam, dana dialokasikan, kesalahan, kegagalan dan masalah diperhitungkan, dan tim JWST mulai memenuhi semua tenggat waktu, jadwal, dan anggaran. Peluncuran perangkat dijadwalkan pada Oktober 2018 dengan roket Ariane-5. Tim tidak hanya berpegang pada jadwal, mereka memiliki waktu sembilan bulan untuk memperhitungkan semua kemungkinan untuk memastikan semuanya disatukan dan siap untuk tanggal tersebut.
Teleskop James Webb terdiri dari 4 bagian utama.
Blok optik
Termasuk semua cermin, di mana delapan belas cermin tersegmentasi utama adalah yang paling efektif. Mereka akan digunakan untuk mengumpulkan cahaya bintang yang jauh dan memfokuskannya pada instrumen untuk analisis. Semua cermin ini sekarang siap dan tanpa cacat, dibuat tepat waktu. Setelah dirakit, mereka akan dilipat menjadi struktur kompak untuk diluncurkan lebih dari 1 juta km dari Bumi ke titik Lagrange L2, dan kemudian secara otomatis disebarkan untuk membentuk struktur sarang lebah yang akan mengumpulkan cahaya jarak sangat jauh untuk tahun-tahun mendatang. Ini adalah hal yang sangat indah dan hasil yang sukses dari upaya raksasa dari banyak spesialis.
Kamera Inframerah Dekat
Webb dilengkapi dengan empat instrumen ilmiah yang 100% lengkap. Kamera utama teleskop adalah kamera inframerah-dekat mulai dari cahaya oranye yang terlihat hingga inframerah dalam. Ini akan memberikan gambar yang belum pernah terjadi sebelumnya dari bintang paling awal, galaksi termuda yang masih dalam proses pembentukan, bintang muda Bima Sakti dan galaksi terdekat, ratusan objek baru di sabuk Kuiper. Ini dioptimalkan untuk pencitraan langsung planet di sekitar bintang lain. Ini akan menjadi kamera utama yang digunakan oleh sebagian besar pengamat.
spektrograf inframerah dekat
Alat ini tidak hanya memisahkan cahaya menjadi panjang gelombang yang terpisah, tetapi mampu melakukan ini untuk lebih dari 100 objek terpisah pada saat yang bersamaan! Instrumen ini akan menjadi spektrograf Webba universal yang mampu beroperasi dalam 3 mode spektroskopi berbeda. Itu dibangun tetapi banyak komponen, termasuk detektor dan baterai multi-gerbang, disediakan oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa. Dewi (NASA). Alat ini telah diuji dan siap dipasang.
instrumen inframerah tengah
Perangkat akan digunakan untuk pencitraan broadband, yaitu, akan menghasilkan gambar yang paling mengesankan dari semua instrumen Webb. Dari sudut pandang ilmiah, ini akan sangat berguna dalam mengukur cakram protoplanet di sekitar bintang muda, mengukur dan mencitrakan objek sabuk Kuiper dan debu yang dipanaskan oleh cahaya bintang dengan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Ini akan menjadi satu-satunya instrumen yang didinginkan secara kriogenik hingga 7 K. Dibandingkan dengan teleskop luar angkasa Spitzer, ini akan meningkatkan hasil dengan faktor 100.
Spektrograf Tanpa Celah IR Dekat (NIRISS)
Perangkat akan memungkinkan Anda untuk:
- spektroskopi sudut lebar di daerah inframerah dekat dari panjang gelombang (1,0 - 2,5 m);
- spektroskopi grism dari satu objek dalam rentang tampak dan inframerah (0,6 - 3,0 m);
- interferometri aperture-masking pada panjang gelombang 3,8 - 4,8 m (di mana bintang dan galaksi pertama diharapkan);
- pemotretan jarak jauh dari seluruh bidang pandang.
Instrumen ini dibuat oleh Badan Antariksa Kanada. Setelah melewati pengujian kriogenik, ia juga akan siap untuk diintegrasikan ke dalam kompartemen instrumen teleskop.
perangkat pelindung matahari
Teleskop luar angkasa belum dilengkapi dengan mereka. Salah satu aspek yang paling menakutkan dari setiap peluncuran adalah penggunaan materi yang benar-benar baru. Alih-alih secara aktif mendinginkan seluruh pesawat ruang angkasa dengan pendingin sekali pakai, teleskop James Webb menggunakan teknologi baru, pelindung matahari 5 lapis yang akan digunakan untuk memantulkan radiasi matahari dari teleskop. Lima lembar 25 meter akan dihubungkan dengan batang titanium dan dipasang setelah teleskop dikerahkan. Perlindungan diuji pada tahun 2008 dan 2009. Model skala penuh yang berpartisipasi dalam tes laboratorium melakukan semua yang seharusnya mereka lakukan di Bumi. Ini adalah inovasi yang indah.
Ini juga merupakan konsep yang luar biasa: tidak hanya untuk menghalangi cahaya dari Matahari dan menempatkan teleskop dalam bayangan, tetapi melakukannya sedemikian rupa sehingga semua panas terpancar ke arah yang berlawanan dengan orientasi teleskop. Masing-masing dari lima lapisan dalam ruang hampa akan menjadi dingin saat bergerak menjauh dari luar, yang akan sedikit lebih hangat daripada suhu permukaan bumi - sekitar 350-360 K. Suhu lapisan terakhir harus turun menjadi 37 -40 K, yang lebih dingin dari pada malam hari di permukaan Pluto.
Selain itu, tindakan pencegahan signifikan telah diambil untuk melindungi dari lingkungan luar angkasa yang keras. Salah satu hal yang perlu dikhawatirkan di sini adalah kerikil kecil seukuran kerikil, butiran pasir, bintik debu dan bahkan yang lebih kecil terbang melintasi ruang antarplanet dengan kecepatan puluhan atau bahkan ratusan ribu kilometer per jam. Mikrometeorit ini mampu membuat lubang mikroskopis kecil di segala hal yang mereka temui: pesawat ruang angkasa, pakaian astronot, cermin teleskop, dan banyak lagi. Jika cermin hanya mendapatkan penyok atau lubang, yang sedikit mengurangi jumlah "cahaya yang baik" yang tersedia, maka pelindung matahari dapat robek dari ujung ke ujung, membuat seluruh lapisan tidak berguna. Sebuah ide cemerlang digunakan untuk memerangi fenomena ini.
Seluruh pelindung matahari dibagi menjadi beberapa bagian sedemikian rupa sehingga jika ada robekan kecil di salah satu, dua atau bahkan tiga di antaranya, lapisan itu tidak akan robek lebih jauh, seperti retakan pada kaca depan mobil. Partisi akan menjaga seluruh struktur tetap utuh, yang penting untuk mencegah degradasi.
Pesawat ruang angkasa: sistem perakitan dan kontrol
Ini adalah komponen yang paling umum, seperti yang dimiliki semua teleskop luar angkasa dan misi ilmiah. Di JWST, ini unik, tetapi juga sepenuhnya siap. Yang tersisa untuk kontraktor umum proyek, Northrop Grumman, adalah menyelesaikan perisai, merakit teleskop, dan mengujinya. Perangkat akan siap diluncurkan dalam 2 tahun.
10 tahun penemuan
Jika semuanya berjalan dengan baik, umat manusia akan berada di ambang penemuan ilmiah yang hebat. Selubung gas netral yang sejauh ini mengaburkan pandangan bintang dan galaksi paling awal akan dihilangkan oleh kemampuan inframerah Webb dan luminositasnya yang besar. Ini akan menjadi teleskop terbesar dan paling sensitif yang pernah dibuat, dengan rentang panjang gelombang besar 0,6 hingga 28 mikron (mata manusia melihat 0,4 hingga 0,7 mikron). Hal ini diharapkan untuk memberikan satu dekade pengamatan.
Menurut NASA, misi Webb akan berlangsung antara 5,5 dan 10 tahun. Hal ini dibatasi oleh jumlah propelan yang dibutuhkan untuk mempertahankan orbit dan masa pakai elektronik dan peralatan di lingkungan luar angkasa yang keras. Teleskop Orbital James Webb akan membawa bahan bakar untuk seluruh periode 10 tahun, dan 6 bulan setelah peluncuran, pengujian dukungan penerbangan akan dilakukan, yang menjamin 5 tahun karya ilmiah.
Apa yang bisa salah?
Faktor pembatas utama adalah jumlah bahan bakar di kapal. Ketika berakhir, satelit akan menjauh dari L2, memasuki orbit kacau di sekitar Bumi.
Selain itu, masalah lain dapat terjadi:
- degradasi cermin, yang akan memengaruhi jumlah cahaya yang dikumpulkan dan membuat artefak gambar, tetapi tidak akan merusak pengoperasian teleskop lebih lanjut;
- kegagalan sebagian atau seluruh layar surya, yang akan meningkatkan suhu pesawat ruang angkasa dan mempersempit rentang panjang gelombang yang dapat digunakan ke wilayah inframerah yang sangat dekat (2-3 mikron);
- kerusakan pada sistem pendingin instrumen IR-tengah, membuatnya tidak dapat digunakan tetapi tidak memengaruhi instrumen lain (0,6 hingga 6 m).
Tes paling sulit yang menunggu teleskop James Webb adalah peluncuran dan penyisipan ke orbit tertentu. Situasi ini diuji dan berhasil dilewati.
Revolusi dalam sains
Jika Teleskop Webb beroperasi, akan ada cukup bahan bakar untuk menyalakannya dari 2018 hingga 2028. Selain itu, ada potensi pengisian bahan bakar, yang dapat memperpanjang masa pakai teleskop hingga satu dekade lagi. Sama seperti Hubble telah beroperasi selama 25 tahun, JWST dapat memberikan generasi ilmu pengetahuan revolusioner. Pada Oktober 2018, kendaraan peluncuran Ariane 5 akan diluncurkan ke orbit masa depan astronomi, yang, setelah lebih dari 10 tahun kerja keras, siap untuk mulai berbuah. Masa depan teleskop luar angkasa hampir tiba.
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 ("Next Generation Space Telescope") atau disingkat NGST, karena instrumen baru harus melanjutkan penelitian yang dimulai oleh Hubble. Jika "" menjelajahi Semesta terutama dalam rentang optik, hanya menangkap rentang inframerah dekat dan 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 akan terlalu berat, dan menemukan jalan keluar yang elegan dari situasi tersebut: mereka memutuskan untuk merakit 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 penting lain dari teleskop 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 lainnya dari teleskop adalah galaksi kuno. Hari ini kita sudah tahu 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 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 diluncurkan 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 kekosongan dan membantu menciptakan gambaran yang koheren tentang alam semesta. Pengamatan inframerah yang luas 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. Sangat penting bagi kita untuk memahami bagaimana objek tersebut terbentuk, bagaimana mereka berevolusi, dan seperti apa sistem tempat mereka berada. 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 bisa, 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 punya waktu untuk melangkah sejauh ini untuk mengirim pesawat ruang angkasa ke sana.
Akankah James Webb dapat bekerja 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 starshield lain, serta beberapa grup lain yang sedang membangun alat serupa. Saat ini tidak ada rencana konkret untuk menghubungkan James Webb dengan instrumen lain, meskipun secara hipotetis bisa bekerja sama dengan observatorium luar angkasa mana pun.
Bagaimana Anda berencana untuk mendistribusikan waktu pengamatan Anda?
Sekarang para astronom dari seluruh dunia mengirimkan aplikasi mereka kepada kami, dan setelah mereka lulus peninjauan, kami akan menerima rencana kasar. Ada "jaminan waktu pengamatan" 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 dari 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 Sangat 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, bahwa peluncuran akan berhasil, dan bahwa 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 memastikannya 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 bahwa teleskop telah 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-tama 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 UlasovichTeleskop Luar Angkasa James Webb. Kredit & Hak Cipta: NASA.
Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) belum menjalankan misinya, dan cermin emasnya yang berkilauan telah mencapai status kultus. Cermin tersegmentasi ini menyerupai mata serangga, dan di masa depan, ketika "mata" mulai bekerja di titik Lagrange (L2), itu akan memberi umat manusia data paling detail tentang Alam Semesta kita. Cermin teleskop telah dipasang dan berada di ruang bersih di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard, memberi kita gambaran sekilas tentang seperti apa teleskop itu saat memulai misinya.
Bahkan jika Anda tidak tahu apa-apa tentang JWST, apa fungsinya, atau apa fungsinya, Anda akan terkesan hanya dengan melihatnya. Jelas, ini adalah alat berteknologi tinggi dan satu-satunya. Bahkan, itu bahkan bisa dianggap sebagai karya seni. Saya, sayangnya, telah melihat kreasi seni modern yang kurang menarik, bukan?
Tentu saja, banyak dari Anda menyadari fakta bahwa JWST akan mengungguli pendahulunya, Teleskop Luar Angkasa Hubble. Dan ini cukup bisa dimengerti, mengingat fakta bahwa Hubble diluncurkan pada bulan April tahun 1990 yang jauh. Tapi bagaimana tepatnya JWST bisa mengungguli Hubble, dan apa tujuan utamanya?
Tugas utama misi JWST dapat dibagi menjadi empat bidang:
- Pengamatan inframerah yang dapat dibandingkan dengan mesin waktu. Mereka memungkinkan kita untuk melihat bintang dan galaksi pertama yang terbentuk di alam semesta, lebih dari 13 miliar tahun yang lalu;
- Studi perbandingan galaksi spiral dan elips yang terang, serta galaksi awal yang lebih redup;
- Suara luar angkasa, yang memungkinkan kita untuk melihat melalui awan gas dan debu untuk mempelajari proses pembentukan bintang dan planet;
- Studi tentang exoplanet dan atmosfernya, serta penemuan biomarker di sana.
Artinya, ini adalah daftar yang cukup mengesankan, bahkan di era di mana orang menganggap remeh kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan. Namun seiring dengan tujuan yang direncanakan ini, tidak diragukan lagi akan ada beberapa kejutan. Menebak bahwa ini mungkin hal yang bodoh untuk dilakukan, tetapi mari kita coba saja.
Kami percaya bahwa proses abiogenesis di Bumi terjadi cukup cepat, tetapi, sayangnya, kami tidak dapat membandingkannya. Akankah kita menemukan analogi dalam studi tentang planet ekstrasurya yang jauh dan atmosfernya, akankah kita menjelaskan kondisi yang diperlukan untuk munculnya kehidupan? Tampaknya luar biasa, tapi siapa yang tahu.
Kami yakin bahwa Alam Semesta mengembang, dan ada bukti yang cukup kuat untuk ini. Akankah kita belajar sesuatu yang baru tentang proses ini? Atau akankah kita menemukan sesuatu yang akan menjelaskan materi gelap atau energi gelap, dan peran mereka dalam kehidupan alam semesta awal?
JWST. Kredit & Hak Cipta: NASA.Tentu saja, tidak semuanya harus luar biasa untuk menjadi menarik. Menemukan bukti yang akan mendukung teori saat ini juga menarik. Dan "James Webb" harus memberi kita bukti ini.
Tidak ada keraguan bahwa JWST akan mampu mengalahkan teleskop Hubble. Tetapi untuk satu atau dua generasi manusia, Hubble akan selalu menempati tempat yang istimewa. Dia mengejutkan dan membuat penasaran banyak dari kita dengan gambar nebula, galaksi, dan objek lainnya yang menakjubkan, selama misi Deep Field-nya yang terkenal, dan, tentu saja, dengan penelitian ilmiahnya. Hubble mungkin adalah teleskop pertama yang mencapai status selebriti.
"James Webb" mungkin tidak akan pernah menerima status khusus yang diperoleh "Hubble". Itu seperti: "Hanya ada satu Beatles" atau "satu-satunya dari jenisnya." Tetapi JWST akan menjadi alat yang jauh lebih kuat, dan akan mengungkapkan kepada kita banyak hal yang tidak tersedia untuk Hubble.
Jika semua berjalan sesuai rencana, maka JWST akan menjadi pencapaian teknologi besar bagi seluruh umat manusia. Kemampuannya untuk melihat menembus awan gas dan debu, atau melihat ke masa lalu untuk menunjukkan kepada kita hari-hari awal alam semesta, akan menjadikannya alat ilmiah yang kuat.
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 memimpin 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 exoplanetology diharapkan - kemampuan teleskop akan cukup tidak hanya untuk mendeteksi exoplanet itu sendiri, tetapi bahkan satelit dan garis spektral dari 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 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 letaknya yang terpencil dan ukurannya yang kecil, tidak mungkin mendapatkan gambar beresolusi tinggi, tetapi kemampuan teleskop akan memungkinkan kita untuk menganalisis komposisi molekuler dari 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 dipotong 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.
Ketika segmen selesai, bagian depan cermin dilapisi dengan lapisan tipis emas untuk lebih mencerminkan radiasi inframerah dalam kisaran 0,6-29 mikron, dan segmen 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 Goddard Space Flight Center, 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 tahap akhir perakitan 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. Near InfraRed Imager dan Slitless Spectrograph, 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 sangat sedikit cahaya sehingga teleskop perlu mengumpulkan cahaya dari mereka selama ratusan jam untuk menganalisis spektrum. 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 sebagian langit untuk spektrograf.
Penyesuaian inilah yang memungkinkan instrumen untuk melakukan spektroskopi dari begitu banyak objek secara bersamaan. Karena objek yang akan diperiksa 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 1024×1024 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.
Suhu operasi terukur untuk MIRI - 7 . Temperatur seperti itu tidak dapat dicapai hanya dengan menggunakan sistem pendingin pasif. Sebagai gantinya, 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 dari Jet Propulsion Laboratory di California, dan ilmuwan dari sejumlah institusi AS.
FGS/NIRISS
Fine Guidance Sensor (FGS) dan perangkat pencitraan inframerah-dekat dan spektrograf tanpa celah (NIRISS) akan dikemas bersama dalam Webb, tetapi pada dasarnya mereka 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 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 Tinjauan Teleskop Webb, Berkomitmen untuk Diluncurkan 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).
