Bola Aeroespacial
superfícies
- MIRI
- NIRCam
- NIRSpec
- FGS/NIRISS
Foi originalmente chamado de Telescópio Espacial de Nova Geração. Telescópio espacial de próxima geração, NGST). Em 2002, foi renomeado em homenagem ao segundo chefe da NASA, James Webb (1906-1992), que liderou a agência em 1961-1968 durante a implementação do programa Apollo.
"James Webb" terá um espelho composto de 6,5 metros de diâmetro com uma superfície coletora de 25 m², escondido da radiação infravermelha do Sol e da Terra por uma tela térmica. O telescópio será colocado em uma órbita de halo no ponto de Lagrange L 2 do sistema Sol-Terra.
O projeto é resultado da cooperação internacional entre 17 países, liderada pela NASA, com contribuições significativas das Agências Espaciais Européias e Canadenses.
Os planos atuais exigem que o telescópio seja lançado em um foguete Ariane 5 em março de 2021. Nesse caso, os primeiros estudos científicos começarão no outono de 2021. A vida útil do telescópio será de pelo menos cinco anos.
Tarefas
Astrofísica
Os principais objetivos do JWST são: detectar a luz das primeiras estrelas e galáxias formadas após o Big Bang, estudar a formação e desenvolvimento de galáxias, estrelas, sistemas planetários e a origem da vida. Além disso, "Webb" poderá contar sobre quando e onde a reionização do Universo começou e o que a causou.
exoplanetologia
O telescópio permitirá detectar exoplanetas relativamente frios com uma temperatura de superfície de até 300 K (que é quase igual à temperatura da superfície da Terra), localizados a mais de 12 UA. e. de suas estrelas, e distantes da Terra a uma distância de até 15 anos-luz. Mais de duas dúzias de estrelas mais próximas do Sol cairão na zona de observação detalhada. Graças ao JWST, espera-se um verdadeiro avanço na exoplanetologia - as capacidades do telescópio serão suficientes não apenas para detectar os próprios exoplanetas, mas também os satélites e as linhas espectrais desses planetas (o que será um indicador inatingível para qualquer base terrestre e espacial). telescópio até 2025, quando será introduzido o European Extremely Large Telescope com um diâmetro de espelho de 39,3 m). A busca por exoplanetas também usará dados coletados pelo telescópio Kepler desde 2009. No entanto, as capacidades do telescópio não serão suficientes para obter imagens dos exoplanetas encontrados. Essa oportunidade não aparecerá até meados da década de 2030, quando o telescópio sucessor de James Webb, ATLAST, será lançado.
Mundos de água do sistema solar
Os instrumentos infravermelhos do telescópio serão usados para estudar os mundos aquáticos do Sistema Solar - a lua de Júpiter, Europa, e a lua de Saturno, Encélado. A ferramenta NIRSpec será usada para procurar bioassinaturas (metano, metanol, etano) nos gêiseres de ambas as luas.
A ferramenta NIRCam será capaz de obter imagens de alta resolução de Europa, que serão usadas para estudar sua superfície e buscar regiões com gêiseres e alta atividade geológica. A composição dos gêiseres registrados será analisada usando as ferramentas NIRSpec e MIRI. Os dados obtidos a partir desses estudos também serão utilizados na pesquisa Europa Clipper da Europa.
Para Enceladus, devido ao seu afastamento e pequeno tamanho, não será possível obter imagens de alta resolução, mas as capacidades do telescópio nos permitirão analisar a composição molecular de seus gêiseres.
História
| Ano | Planejado data de lançamento |
Planejado orçamento (bilhões de dólares) |
|---|---|---|
| 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 | não antes de setembro de 2015 | ≥6,5 |
| 2011 | 2018 | 8,7 |
| 2013 | 2018 | 8,8 |
| 2017 | primavera 2019 | 8,8 |
| 2018 | não antes de março de 2020 | ≥8,8 |
| 2018 | 30 de março de 2021 | 9,66 |
Inicialmente, o lançamento estava previsto para 2007, depois foi adiado várias vezes (ver tabela). O primeiro segmento do espelho foi instalado no telescópio apenas no final de 2015, e o espelho composto principal foi totalmente montado apenas em fevereiro de 2016. A partir da primavera de 2018, a data de lançamento planejada foi movida para 30 de março de 2021.
Financiamento
O custo do projeto também aumentou várias vezes. Em junho de 2011, soube-se que o custo do telescópio superou as estimativas originais em pelo menos quatro vezes. O orçamento da NASA proposto em julho de 2011 pelo Congresso sugeriu que o financiamento para a construção do telescópio fosse cortado devido à má gestão e superação do orçamento do programa, mas o orçamento foi revisado em setembro daquele ano e o projeto manteve o financiamento. A decisão final de continuar o financiamento foi tomada pelo Senado em 1º de novembro de 2011.
Em 2013, US$ 626,7 milhões foram alocados para a construção do telescópio.
Na primavera de 2018, o custo do projeto havia subido para US$ 9,66 bilhões.
Fabricação do sistema óptico
Problemas
A sensibilidade de um telescópio e seu poder de resolução estão diretamente relacionados ao tamanho da área do espelho que coleta a luz dos objetos. Cientistas e engenheiros determinaram que o espelho primário deve ter um diâmetro mínimo de 6,5 metros para medir a luz das galáxias mais distantes. Simplesmente fazer um espelho como o do telescópio Hubble, mas maior, era inaceitável, pois sua massa seria muito grande para lançar um telescópio no espaço. Uma equipe de cientistas e engenheiros precisava encontrar uma solução para que o novo espelho tivesse 1/10 da massa do espelho do telescópio Hubble por unidade de área.
Desenvolvimento e testes
Produção
Um tipo especial de berílio é usado para o espelho "Webb". É um pó fino. O pó é colocado em um recipiente de aço inoxidável e prensado em uma forma plana. Depois que o recipiente de aço é removido, um pedaço de berílio é cortado ao meio para fazer dois espelhos em branco com cerca de 1,3 metros de diâmetro. Cada espelho em branco é usado para criar um segmento.
O processo de formação do espelho começa cortando o excesso de material na parte de trás do blank de berílio de modo que uma estrutura fina com nervuras permaneça. A parte frontal de cada peça de trabalho é suavizada, levando em consideração a posição do segmento em um grande espelho.
Em seguida, a superfície de cada espelho é retificada para dar uma forma próxima à calculada. Depois disso, o espelho é cuidadosamente alisado e polido. Este processo é repetido até que a forma do segmento do espelho esteja próxima do ideal. Em seguida, o segmento é resfriado a uma temperatura de -240 °C e as dimensões do segmento são medidas usando um interferômetro a laser. Em seguida, o espelho, levando em consideração as informações recebidas, passa pelo polimento final.
Quando o segmento é concluído, a frente do espelho é revestida com uma fina camada de ouro para refletir melhor a radiação infravermelha na faixa de 0,6 a 29 mícrons, e o segmento finalizado é testado novamente em temperaturas criogênicas.
Teste
10 de julho de 2017 - o início do teste criogênico final do telescópio a uma temperatura de 37 no Centro Espacial Johnson em Houston, que durou 100 dias.
Além dos testes em Houston, o veículo passou por uma série de testes mecânicos no Goddard Space Flight Center, que mostraram que ele poderia resistir ao lançamento usando um veículo de lançamento pesado.
No início de fevereiro de 2018, espelhos gigantes e vários instrumentos foram entregues nas instalações da Northrop Grumman em Redondo Beach para a etapa final da montagem do telescópio. A construção do módulo de propulsão do telescópio e seu protetor solar já estão em andamento por lá. Quando toda a estrutura estiver montada, ela será enviada por navio marítimo da Califórnia para a Guiana Francesa.
Equipamento
O JWST terá os seguintes instrumentos científicos para conduzir a exploração espacial:
- Câmera infravermelha próxima (eng. Câmera infravermelha próxima);
- Um dispositivo para trabalhar na faixa intermediária de radiação infravermelha (Instrumento de infravermelho médio em inglês, MIRI);
- espectrógrafo infravermelho próximo Espectrógrafo de infravermelho próximo, NIRSpec);
- Sensor de orientação fina (eng. Fine Guidance Sensor, FGS) e um dispositivo de imagem na faixa de infravermelho próximo e um espectrógrafo sem fenda (eng. Near InfraRed Imager e Slitless Spectrograph, NIRISS).
Câmera infravermelha próxima
A câmera de infravermelho próximo é a principal unidade de imagem do Webb e consistirá em uma série de mercúrio-cádmio-telúrio detectores. A faixa de operação do dispositivo é de 0,6 a 5 µm. Seu desenvolvimento é confiado à Universidade do Arizona e ao Lockheed Martin Center for Advanced Technology.
As tarefas do dispositivo incluem:
- detecção de luz das primeiras estrelas e galáxias no estágio de sua formação;
- estudo de populações estelares em galáxias próximas;
- estudo de estrelas jovens nos objetos da Via Láctea e do Cinturão de Kuiper;
- determinação da morfologia e cor de galáxias em alto redshift;
- determinação de curvas de luz de supernovas distantes;
- criando um mapa da matéria escura usando lentes gravitacionais.
Muitos dos objetos que Webb estudará emitem tão pouca luz que o telescópio precisa coletar luz deles por centenas de horas para analisar o espectro. Para estudar milhares de galáxias ao longo dos 5 anos de operação do telescópio, o espectrógrafo foi projetado com a capacidade de observar 100 objetos em uma área do céu de 3 × 3 minutos de arco ao mesmo tempo. Para fazer isso, os cientistas e engenheiros de Goddard desenvolveram uma nova tecnologia de microobturadores para controlar a luz que entra no espectrógrafo.
A essência da tecnologia que permite receber 100 simultâneos espectros, consiste em um sistema microeletromecânico chamado "um array de microshutters" (eng. microshutter array). As células microshutter do espectrógrafo NIRSpec possuem tampas que abrem e fecham sob a influência de um campo magnético. Cada célula de 100 por 200 µm é controlada individualmente e pode ser aberta ou fechada, proporcionando ou, inversamente, bloqueando uma parte do céu para o espectrógrafo, respectivamente.
É esta ajustabilidade que permite ao instrumento realizar a espectroscopia de tantos objetos simultaneamente. Como os objetos que o NIRSpec examinará estão distantes e escuros, o instrumento precisa suprimir a radiação de fontes mais brilhantes que estão mais próximas. Os microobturadores funcionam de maneira semelhante à forma como as pessoas apertam os olhos para focar em um objeto, bloqueando uma fonte de luz indesejada.
O dispositivo já foi desenvolvido e está sendo testado na Europa.
Dispositivo para trabalhar na faixa intermediária de radiação infravermelha
Dispositivo para operação na faixa intermediária de radiação infravermelha (5 - 28 µm) consiste em uma câmera com um sensor com resolução de 1024×1024 pixels e um espectrógrafo.
O MIRI consiste em três conjuntos de detectores de arsênico-silício. Os detectores sensíveis deste dispositivo permitirão que você veja o desvio para o vermelho de galáxias distantes, a formação de novas estrelas e cometas fracamente visíveis, bem como objetos no cinturão de Kuiper. O módulo de câmera oferece a capacidade de capturar objetos em uma ampla faixa de frequência com um grande campo de visão, e o módulo espectrógrafo fornece espectroscopia de resolução média com um campo de visão menor, o que permitirá obter dados físicos detalhados sobre objetos distantes.
Temperatura nominal de operação para MIRI-7. Tais temperaturas não podem ser alcançadas usando apenas um sistema de resfriamento passivo. Em vez disso, o resfriamento ocorre em dois estágios: uma unidade de pré-resfriamento baseada em um tubo de pulso resfria o dispositivo até 18 K e, em seguida, um trocador de calor de estrangulamento adiabático (efeito Joule-Thomson) reduz a temperatura para 7 K.
O MIRI está sendo desenvolvido por um grupo chamado MIRI Consortium, composto por cientistas e engenheiros da Europa, uma equipe do Jet Propulsion Laboratory na Califórnia e cientistas de várias instituições dos EUA.
FGS/NIRISS
O Fine Guidance Sensor (FGS) e o dispositivo de imagem infravermelho próximo e o espectrógrafo sem fenda (NIRISS) serão empacotados juntos no Webb, mas são essencialmente dois dispositivos diferentes. Ambos os dispositivos estão sendo desenvolvidos pela Agência Espacial Canadense, e já ganharam o apelido de "olhos canadenses" por analogia com a "mão canadense". Esta ferramenta já foi integrada à estrutura ISIM em fevereiro de 2013.
Sensor de orientação fina
Sensor de orientação fina ( FGS) permitirá que o Webb produza orientações precisas para que possa adquirir imagens de alta qualidade.
Câmera FGS pode formar uma imagem de duas seções adjacentes do céu com um tamanho de 2,4 × 2,4 minutos de arco cada, e também ler informações 16 vezes por segundo de pequenos grupos de pixels de 8 × 8 de tamanho, o que é suficiente para encontrar a referência correspondente estrela com 95% de probabilidade em qualquer lugar do céu, incluindo altas latitudes.
Funções principais FGS incluir:
- obter uma imagem para determinar a posição do telescópio no espaço;
- obtenção de estrelas de referência pré-selecionadas;
- fornecimento de um sistema de controle de posição Sistema de Controle de Atitude que mede o centroide das estrelas de referência a uma taxa de 16 vezes por segundo.
Durante o lançamento do telescópio FGS também relatará desvios ao implantar o espelho principal.
Dispositivo de imagem infravermelho próximo e espectrógrafo sem fenda
O dispositivo de imagem de infravermelho próximo e o espectrógrafo sem fenda (NIRISS) operam na faixa de 0,8 - 5,0 µm e é uma ferramenta especializada com três modos principais, cada um dos quais funciona com um intervalo separado.
O NIRISS será usado para realizar as seguintes tarefas científicas:
- recebendo "primeira luz";
- descoberta de exoplanetas;
- obtenção de suas características;
- espectroscopia de trânsito.
Veja também
Notas
Notas
Notas de rodapé
- Jim Bridenstine on Twitter: "O Telescópio Espacial James Webb produzirá a primeira ciência de seu tipo, de classe mundial. Com base nas recomendações de um Independent Review Board, o n...
- Com mais atrasos, telescópio Webb corre o risco de ver seu foguete aposentado | Ars Technica
- https://www.ama-science.org/proceedings/details/368
- NASA conclui revisão do telescópio Webb e se compromete a lançar no início de 2021(Inglês) . NASA (27 de junho de 2018). Recuperado em 28 de junho de 2018.
- Luas geladas, aglomerados de galáxias e mundos distantes entre os alvos selecionados para o telescópio espacial James Webb (indeterminado) (15 de junho de 2017).
- https://nplus1.ru/news/2017/06/16/webb-telescope (indeterminado) (16 de junho de 2017).
- Webb Science: The End of the Dark Ages: First Light and Reionization (indeterminado) . NASA. Recuperado em 18 de março de 2013. Arquivado do original em 21 de março de 2013.
- Uma pitada de infinito (indeterminado) (25 de março de 2013). Arquivado do original em 4 de abril de 2013.
- Kepler encontrou dez novos possíveis gêmeos da Terra (indeterminado) (19 de junho de 2017).
- Telescópio Webb da NASA estudará os “mundos oceânicos” do nosso Sistema Solar (indeterminado) (24 de agosto de 2017).
- Berardelli, Phil. O Telescópio Espacial da Próxima Geração vai olhar de volta para o início do tempo e do espaço, CBS (27 de outubro de 1997).
- O Telescópio Espacial de Próxima Geração (NGST) (indeterminado) . Universidade de Toronto (27 de novembro de 1998).
- Reichhardt, Tony. Astronomia dos EUA: a próxima grande coisa é grande demais? (Inglês) // Natureza. - 2006. - Março (vol. 440, nº 7081). - P. 140-143. - DOI:10.1038/440140a. - Bibcode: 2006Natur.440..140R.
- Rejeição de raios cósmicos com NGST (indeterminado) .
- Espectrômetro MIRI para NGST (indeterminado) (link indisponível). Arquivado do original em 27 de setembro de 2011.
- Missiva Semanal NGST (indeterminado) (25 de abril de 2002).
- NASA modifica contrato do Telescópio Espacial James Webb (indeterminado) (12 de novembro de 2003).
O espelho principal do telescópio James Webb
A NASA e a ESA divulgaram uma lista dos primeiros alvos do Telescópio Espacial James Webb, que deve ser lançado em 2018. O aparelho será o maior telescópio espacial operando nas faixas óptica, infravermelho próximo e médio - o diâmetro de seu espelho principal é quase três vezes o do Hubble - 6,5 metros. Entre os alvos estão planetas e pequenos corpos do sistema solar, exoplanetas e discos protoplanetários, galáxias e aglomerados de galáxias, quasares distantes. Isto é relatado por um comunicado de imprensa da NASA, a lista é publicada no site do telescópio.
O telescópio James Webb foi desenvolvido desde 1996 - ele deve, em certo sentido, substituir o Hubble e fornecer resolução e sensibilidade muito maiores do que os telescópios infravermelhos terrestres e espaciais. As esperanças para o estudo das primeiras galáxias (527-980 milhões de anos após o Big Bang) estão associadas ao trabalho do telescópio. Naquele momento, havia muito hidrogênio neutro no espaço, absorvendo a radiação ultravioleta das estrelas.
O tempo instrumental do telescópio é distribuído de acordo com solicitações de grupos científicos. Prioridade nas aplicações e cerca de 10 por cento do tempo atribuído às equipas científicas que ajudaram a desenvolver o telescópio. Recentemente foram publicados pedidos destes grupos científicos. Eles são agrupados tematicamente em: Objetos do Sistema Solar, Exoplanetas, Anãs Marrons, Protoestrelas, Discos de Fragmentação, Aglomerados Estelares e Regiões de Formação de Estrelas, Galáxias, Aglomerados e Quasares de Galáxias e Pesquisas do Espaço Profundo.
Entre os pequenos corpos, estão previstas observações de Ceres, Pallas, o asteróide Ryugu (que será alcançado pela Hayabusa-2 em um ano), objetos transnetunianos e vários cometas. Dos exoplanetas, pode-se distinguir HD189733b (o proprietário), HAT-P-26b (sobre ele), TRAPPIST-1e (localizado na zona habitável recentemente de um sistema de sete exoplanetas), HD131399 (este é um sistema de três estrelas no qual). No total, estão planejados estudos de várias dezenas de exoplanetas, incluindo suas atmosferas. Outros objetos incluem o famoso sistema Beta Pictoris com seu disco de detritos, a Nebulosa Cabeça de Cavalo, o remanescente de supernova da SN 1987A e vários quasares que vemos como eram um bilhão de anos após o Big Bang ou menos. No total, mais de 2.100 observações já estão planejadas.
Agora "Webb" está na fase de testes dos principais sistemas. Seu espelho principal foi concluído em fevereiro de 2016 e é composto por 18 segmentos hexagonais. A área total é de 25 metros quadrados, peso - 705 kg. Cada segmento pesando 20,1 quilos é feito de berílio e coberto com uma camada de ouro de 100 nanômetros de espessura.
Vladimir Korolev
Telescópio James Webb
Os telescópios espaciais estarão sempre na vanguarda do conhecimento do cosmos - eles não são perturbados nem por suas distorções e nuvens, nem por vibrações e ruídos na superfície do planeta. Foram os dispositivos extraterrestres que possibilitaram a obtenção de belas e detalhadas fotografias de nebulosas e galáxias distantes que nem são visíveis ao olho humano no céu noturno. No entanto, em 2018, começará uma nova era no estudo do espaço, que ampliará ainda mais os limites visíveis do universo - o telescópio espacial James Webb, o recordista da indústria, será lançado. Além disso, bate recordes não apenas em termos de características: o custo do projeto hoje chega a 8,8 bilhões de dólares.
Antes de falar sobre o dispositivo e a funcionalidade do "James Webb", vale entender para que serve. Parece que apenas uma atmosfera da Terra interfere no estudo do Universo, e você pode simplesmente colocar um telescópio com uma câmera aparafusada em órbita e aproveitar a vida. Mas, ao mesmo tempo, James Webb está em desenvolvimento há mais de uma década, e o orçamento final, mesmo na fase de projeção inicial, superou o custo de seu antecessor, ! Portanto, um telescópio em órbita é algo mais complexo do que uma luneta amadora em um tripé, e suas descobertas serão centenas de vezes mais valiosas. Mas o que há de tão especial que pode ser explorado com um telescópio, especialmente um espacial?
Levantando a cabeça para o céu, todos podem ver as estrelas. Mas o estudo de objetos a bilhões de quilômetros de distância é uma tarefa bastante difícil. A luz das estrelas e galáxias, que se move há milhões ou mesmo bilhões de anos, sofre mudanças significativas – ou até mesmo não chega até nós. Assim, as nuvens de poeira, muitas vezes comuns nas galáxias, são capazes de absorver completamente toda a radiação visível de uma estrela. Ainda assim, a expansão incessante do Universo leva à luz - suas ondas se tornam mais longas, mudando o alcance para o vermelho, ou infravermelho invisível. E o brilho mesmo dos maiores objetos, tendo voado uma distância de bilhões de anos-luz, torna-se como a luz de uma lanterna de bolso entre centenas de holofotes - dispositivos de sensibilidade sem precedentes são necessários para detectar galáxias ultradistantes.
A ideia de construir um novo e poderoso telescópio espacial surgiu há quase 20 anos, em 1996, quando astrônomos americanos divulgaram o relatório HST and Beyond, que discutia a questão de onde a astronomia deveria ir a seguir. Pouco antes disso, em 1995, o primeiro exoplaneta foi descoberto ao lado de uma estrela semelhante ao nosso Sol. Isso animou a comunidade científica – afinal, havia uma chance de que um mundo parecido com a Terra pudesse existir em algum lugar – então os pesquisadores pediram à NASA que construísse um telescópio que fosse adequado, entre outras coisas, para pesquisar e estudar exoplanetas. É aqui que começa a história de "James Webb". O lançamento deste telescópio tem sido constantemente adiado (foi originalmente planejado para enviá-lo ao espaço em 2011), mas agora parece estar entrando na reta final. Editorial N+1 tentou descobrir o que os astrônomos esperam aprender com o Webb e conversou com aqueles que criam essa ferramenta.
O nome "James Webb" foi dado ao telescópio em 2002, antes disso era chamado de Telescópio Espacial de Nova Geração ("Next Generation Space Telescope") ou NGST, uma vez que o novo instrumento deveria continuar a pesquisa iniciada pelo Hubble. Se "" explora o Universo principalmente na faixa óptica, capturando apenas a faixa do infravermelho próximo e ultravioleta, que fazem fronteira com a radiação visível, então "James Webb" se concentrará na parte infravermelha do espectro, onde objetos mais antigos e frios são visíveis. Além disso, a expressão "próxima geração" refere-se às tecnologias avançadas e soluções de engenharia que serão utilizadas no telescópio.
Processo de fabricação do espelho do telescópio
fragmento de espelho do telescópio
Processo de fabricação do espelho do telescópio
fragmento de espelho do telescópio
fragmento de espelho do telescópio
fragmento de espelho do telescópio
Talvez o mais fora do padrão e complexo deles seja o espelho principal do "James Webb" com um diâmetro de 6,5 metros. Os cientistas não construíram uma versão maior do espelho do Hubble porque pesaria muito e encontraram uma saída elegante para a situação: eles decidiram construir um espelho a partir de 18 segmentos separados. Para eles, foi usado um metal de berílio leve e durável, sobre o qual foi depositada uma fina camada de ouro. Como resultado, o espelho pesa 705 quilos, enquanto sua área é de 25 metros quadrados. O espelho do Hubble pesa 828 quilos com uma área de 4,5 metros quadrados.
Outro componente importante do telescópio que tem dado muitos problemas aos engenheiros ultimamente é o escudo térmico implantável necessário para proteger os instrumentos James Webb do superaquecimento. Na órbita da Terra, sob os raios diretos do Sol, os objetos podem aquecer até 121 graus Celsius. Os instrumentos James Webb são projetados para operar em temperaturas suficientemente baixas, razão pela qual foi necessário um escudo térmico para protegê-los do sol.
É comparável em tamanho a uma quadra de tênis, 21 x 14 metros, por isso é impossível enviá-lo para o ponto de Lagrange L2 (onde o telescópio funcionará) de forma expandida. Aqui começam as principais dificuldades - como entregar o escudo ao seu destino para que não seja danificado? A solução mais lógica era dobrá-lo durante o voo e, em seguida, implantá-lo quando o James Webb estivesse no ponto de operação.
O lado externo do escudo, onde estão localizados a antena, o computador de bordo, os giroscópios e o painel solar, aquecerá, como os cientistas esperam, a 85 graus Celsius. Mas no lado "noturno", onde estão localizados os principais instrumentos científicos, estará gelado: cerca de 233 graus abaixo de zero. Fornecer isolamento térmico serão cinco camadas do escudo - cada uma mais fria que a anterior.
Escudo implantável de James Webb
Que instrumentos científicos precisam ser tão cuidadosamente protegidos do Sol? Existem quatro deles: a câmera de infravermelho próximo NIRCam, o instrumento MIRI mid-IR, o espectrógrafo near-IR NIRSpec e o sistema FGS/NIRISS. Na imagem abaixo, você pode ver claramente em que "luz" eles verão o Universo:
A imagem mostra o alcance que os instrumentos do telescópio irão capturar.
Com a ajuda de instrumentos científicos, os cientistas esperam responder a muitas questões fundamentais. Em primeiro lugar, dizem respeito aos exoplanetas.
Embora o Kepler tenha descoberto mais de 2.500 exoplanetas até o momento, as estimativas de densidade existem para apenas algumas centenas. Enquanto isso, essas estimativas nos permitem entender a que tipo o planeta pertence. Se tiver uma baixa densidade - obviamente, temos um gigante gasoso à nossa frente. Se o corpo celeste tiver uma alta densidade, provavelmente é um planeta rochoso parecido com a Terra ou Marte. Os astrônomos esperam que James Webb ajude a coletar mais dados sobre as massas e diâmetros dos planetas, o que ajudará a calcular sua densidade e determinar seu tipo.
NASA/Goddard Space Flight Center e Advanced Visualization Laboratory no National Center for Supercomputing Applications
Outra questão importante diz respeito às atmosferas dos exoplanetas. Hubble e Spitzer coletaram dados sobre os envelopes gasosos de cerca de cem planetas. As ferramentas de James Webb permitirão aumentar esse número em pelo menos três vezes. Graças a instrumentos científicos e diferentes modos de observação, os astrônomos poderão determinar a presença de um grande número de substâncias, incluindo água, metano e dióxido de carbono - não apenas em grandes planetas, mas também em planetas terrestres. Um dos alvos de observação será onde sete planetas semelhantes à Terra estão localizados ao mesmo tempo.
A maioria dos resultados são esperados para Júpiteres jovens e recém-formados, que ainda estão emitindo no infravermelho. Em particular, no sistema solar, à medida que a massa dos gigantes gasosos diminui, seu conteúdo de metais (elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio) aumenta. O Hubble mostrou uma vez que nem todos os sistemas planetários obedecem a essa lei, mas ainda não há uma amostra estatisticamente confiável - James Webb a entenderá. Além disso, espera-se que o telescópio também estude sub-Netunos e super-Terras.
Outro alvo importante do telescópio serão as galáxias antigas. Hoje já sabemos muito sobre as galáxias circundantes, mas ainda muito pouco sobre aquelas que surgiram em um Universo muito jovem. O Hubble pode ver o universo como era 400 milhões de anos após o Big Bang, e o Observatório Planck observou a radiação cósmica de microondas que se originou 400.000 anos após o Big Bang. James Webb terá que preencher a lacuna entre eles e descobrir como eram as galáxias nos primeiros 3% da história cósmica.
Agora os astrônomos estão observando uma relação direta entre o tamanho de uma galáxia e sua idade - quanto mais velho o Universo, mais pequenas galáxias nele. No entanto, é improvável que essa tendência continue, e os cientistas esperam determinar algum tipo de "ponto de virada", para encontrar um limite inferior no tamanho das galáxias. Assim, os astrônomos querem responder à pergunta de quando surgiram as primeiras galáxias.
Um item separado é o estudo de nuvens moleculares e discos protoplanetários. No passado, o Spitzer só podia olhar para a vizinhança imediata do sistema solar. Webb é muito mais sensível e realmente poderá ver a outra borda da Via Láctea, bem como seu centro.
Além disso, "James Webb" procurará estrelas hipotéticas de população III - esses são objetos muito pesados nos quais quase não há elementos mais pesados que hélio, hidrogênio e lítio. Supõe-se que estrelas desse tipo devem se formar após o Big Bang.
Um par de galáxias em interação apelidado de "Antenas"
Hoje, o lançamento de "James Webb" está previsto para junho de 2019. O telescópio deveria originalmente ser lançado ao espaço no início da primavera, mas a missão foi adiada por vários meses devido a problemas técnicos. Christine Pulliam, vice-supervisora de projetos, respondeu a perguntas N+1 sobre o próprio telescópio e as dificuldades em sua construção.
Acho que estou fazendo a pergunta óbvia, mas o que torna "James Webb" único?
Webb nos permitirá ver o universo como nunca vimos antes. Ele fará observações no infravermelho, ou seja, em outros comprimentos de onda além do Hubble, será capaz de olhar além do Spitzer e em outras áreas além do Herschel. Ele preencherá as lacunas e ajudará a criar uma imagem coerente do universo. Extensas observações infravermelhas nos ajudarão a ver estrelas e planetas emergentes. Finalmente descobriremos as primeiras galáxias, e isso ajudará a montar toda a história cosmológica. Algumas pessoas gostam de dizer que os telescópios são máquinas do tempo, o que é uma expressão muito boa. Quando olhamos para o espaço, vemos o passado porque leva tempo para a luz chegar à Terra. Veremos o Universo quando era extremamente jovem - e isso ajudará a entender como aparecemos e como o Universo funciona. Se falarmos de algo mais próximo da humanidade, veremos como as estrelas surgiram, como os exoplanetas se formaram e podemos até caracterizar suas atmosferas.
Sim, a questão das atmosferas de planetas distantes preocupa muita gente. Que resultados espera obter?
Tínhamos missões como Kepler procurando candidatos. Graças a eles, milhares de exoplanetas são conhecidos por nós hoje. Agora "James Webb" vai olhar para objetos já conhecidos e explorar suas atmosferas. Em particular, isso se aplica a planetas gigantes - corpos celestes de tamanho localizado entre Netuno e super-Júpiter. É vital para nós entendermos como esses objetos são formados, como eles evoluem e como são os sistemas dos quais eles fazem parte. Por exemplo, se vemos um sistema de vários planetas, é importante para nós determinar se a água pode estar lá e onde procurá-la.
Realmente definir a zona habitável?
Exatamente. Será diferente para diferentes estrelas. James Webb nos ajudará a caracterizar planetas distantes e entender como nossa casa é única.
A missão do telescópio deve durar cerca de dez anos. No entanto, quais são as previsões reais? Todos nos lembramos das Voyagers, que ainda estão em operação e enviam dados para a Terra, embora ninguém tenha planejado isso.
A vida nominal da ferramenta é de cinco anos, e esperamos que ela funcione por tanto tempo. Se você der uma avaliação mais ousada, então são dez anos. Estamos limitados pela quantidade de refrigerante necessária para manter os sistemas do telescópio funcionando. Não acho que James Webb possa, como Hubble, durar 29 anos.
Sim, "James Webb" estará muito longe da Terra, no segundo ponto de Lagrange. Você acha que a tecnologia nos permitirá no futuro voar para um telescópio e consertá-lo se ele quebrar?
Tal possibilidade não está excluída. Neste caso, o telescópio possui um suporte para um braço robótico que pode ser instalado no Webb. No entanto, desde o início, a manutenção do telescópio não foi fornecida, portanto, você não deve colocar muita esperança nisso. Dado que a ferramenta funcionará apenas por 5 a 10 anos, é improvável que tenhamos tempo de avançar tanto para enviar uma espaçonave para ela.
James Webb será capaz de trabalhar em conjunto com outras naves espaciais? Por exemplo, o Centro Espacial e Astronômico da Universidade do Colorado está propondo a construção de um coronógrafo externo para ele. Em 2013, eles falaram sobre uma possível colaboração com o telescópio - existem tais planos na realidade?
Eu não diria que no momento estamos considerando essa oportunidade. Se não me engano, Webb Cash é o responsável por este projeto, mas existe outro projeto starshield, além de vários outros grupos que estão construindo ferramentas semelhantes. Atualmente, não há planos concretos para vincular o James Webb a outro instrumento, embora hipoteticamente possa funcionar em conjunto com qualquer observatório espacial.
Como você planeja distribuir seu tempo de observação?
Agora, astrônomos de todo o mundo nos enviam suas inscrições e, depois de passarem na revisão, receberemos um plano aproximado. Há um "tempo de observação garantido" reservado para os cientistas que ajudam a projetar e construir o James Webb hoje, uma espécie de agradecimento por seu trabalho. Esses pesquisadores estudarão galáxias, exoplanetas, como os planetas do sistema TRAPPIST. Em parte, nós mesmos escolhemos os alvos para testar os recursos da James Web. Estávamos começando a pensar em exoplanetas quando construímos o telescópio, mas agora esta é uma área muito promissora na astronomia, e precisamos descobrir como usar James Webb para estudar planetas fora do sistema solar. É exatamente isso que as equipes que farão as observações no primeiro ano farão. No outono, será conhecido o que “veremos” no primeiro ano.
Campo Ultra Profundo do Hubble
Por que a data de lançamento está sendo adiada? Há rumores de problemas financeiros e problemas com o sistema espelho.
O fato é que o Webb é um telescópio muito difícil, e esta é a primeira vez que resolvemos um problema tão complexo. O aparelho tem vários componentes principais: espelhos, ferramentas, um enorme escudo e mecanismos de refrigeração. Todos esses elementos devem ser construídos e testados, combinados, testados novamente - é claro, isso leva tempo. Também precisamos ter certeza de que fizemos tudo certo, que todas as partes se encaixam, que o lançamento será bem-sucedido e que todos os elementos serão implantados corretamente. Atrasos ocorrem devido ao grande número de etapas e à necessidade de verificação minuciosa.
Ou seja, agora você estava realizando testes e percebeu que não se encaixava no cronograma original?
Sim. Na verdade, ainda temos muito tempo livre. Inicialmente sabíamos que tudo estaria em ordem, mas assumimos que a preparação poderia ser adiada por algum motivo. Além disso, quando estivermos prontos para lançar o veículo, também precisaremos acordar uma data específica com a ESA, proprietária do foguete Ariane. Então pensamos - onde nos apressar?
Diga-nos quais testes o telescópio deve e passa?
Mais recentemente, foi concluído o teste do sistema OTISS (Optical Telescope and Instrument Assembly) no Centro Espacial Lyndon Johnson. Foi resfriado a temperaturas operacionais extremamente baixas, todas as óticas e o próprio telescópio foram testados. Os cientistas recentemente retiraram o sistema da câmara de resfriamento, aqueceram-no novamente, e agora o OTISS irá para a Califórnia, para o Parque Espacial em Redando Beach, onde será conectado a um protetor solar. Além disso, o trabalho está em andamento no próprio escudo, os especialistas estão realizando várias verificações. Quando todos os elementos estiverem presos ao escudo, ele será dobrado e desdobrado para garantir que funcione perfeitamente e, em seguida, outros testes serão realizados, incluindo um teste para a vibração que o telescópio encontrará durante o vôo do foguete. O lançamento no espaço é um teste sério para um veículo, então os engenheiros querem garantir que todos os seus componentes sobrevivam ao voo. Os pesquisadores prepararão o James Webb para o lançamento, o carregarão em uma barcaça e o enviarão para um espaçoporto na Guiana Francesa no início de 2019.
E o resto das ferramentas? Até onde eu sei, você não mencionou tudo. Já foram pré-selecionados?
Sim, eles já passaram em todos os testes e agora estão instalados no telescópio. Estes são dispositivos separados que realizarão vários estudos científicos - um espectrógrafo que estuda o céu na faixa de infravermelho médio, uma câmera. Além disso, todas as ferramentas têm modos diferentes, por isso precisamos verificar se elas realmente funcionam da maneira que pretendíamos. Isso é muito importante - você precisa "agitar" o dispositivo e garantir que o ângulo de visão permaneça o mesmo.
Quando devemos esperar os primeiros resultados?
Muito provavelmente, os primeiros dados chegarão apenas no final do próximo ano ou no início de 2020. Entre o lançamento e o recebimento das primeiras informações, cerca de seis meses se passarão. Durante este tempo, o telescópio irá girar, e nos certificaremos de que ele se abriu e está funcionando corretamente. Em seguida, os dispositivos precisarão esfriar, o que levará muito tempo. Na Terra, James Webb está em temperatura ambiente, mas quando o lançarmos ao espaço, será necessário esperar que seus instrumentos atinjam as temperaturas de operação. Então vamos colocá-los em operação: uma série de "exercícios de treinamento" já estão planejados - várias observações e verificações planejadas de vários modos de operação, que garantirão que tudo funcione como deveria. Como não temos uma data de lançamento e, como resultado, não sabemos o que cairá no campo de visão do telescópio, não foi selecionado um objeto específico para observações. Muito provavelmente, vamos calibrar os instrumentos do telescópio em alguma estrela distante. Todos esses são processos internos - primeiro temos que ter certeza de que podemos ver qualquer coisa.
No entanto, depois de nos certificarmos de que todas as ferramentas funcionam, prosseguiremos diretamente para os experimentos científicos. Uma equipe de cientistas especializados em imagens determinará quais alvos parecerão realmente fascinantes e cativarão o público. O trabalho será feito pelos mesmos artistas que trabalharam com as imagens do Hubble - são pessoas com muitos anos de experiência no processamento de imagens astronômicas. Além disso, serão realizados testes de equipamentos adicionais.
Depois que as primeiras imagens saírem, teremos um pouco mais de um ano para observações científicas. Estes incluem programas já conhecidos para estudar galáxias muito distantes, quasares, exoplanetas e Júpiter. Em geral, os astrônomos observarão tudo o que for possível - desde áreas de formação estelar ativa até gelo em discos protoplanetários. Esses estudos são importantes para todos nós: o restante da comunidade científica poderá ver os resultados de outras equipes e entender para onde devem ir em seguida.
Kristina UlasovichA NASA confirmou hoje os planos para o projeto do Telescópio James Webb. A administração disse que tanto o orçamento atual quanto os planos de lançamento do telescópio espacial para 2018 estão atualizados. Vale ressaltar que a própria agência considera este telescópio mais como o próximo modelo do Hubble do que seu substituto.
As capacidades do telescópio excedem em muito as do Hubble. James Webb terá um espelho composto de 6,5 metros de diâmetro (o espelho Hubble tem 2,4 metros de diâmetro) com uma superfície coletora de 25 m² e um escudo solar do tamanho de uma quadra de tênis. O telescópio estará localizado no ponto de Lagrange L2 do sistema Sol-Terra. 
James Webb poderá viajar para o passado distante do universo - de 100 a 250 milhões de anos após o Big Bang. Em outras palavras, o novo telescópio será capaz de olhar muito mais longe nas profundezas do espaço sideral do que o Hubble, que pode "viajar" não mais do que 800 milhões a 1 bilhão de anos após o Big Bang. Além disso, Webb não é "afiado" para luz visível, sua especialidade é o espectro infravermelho. No entanto, James Webb também pode detectar radiação visível ao olho humano.
Simulação do que o telescópio James Webb "vê" e o que o Hubble vê no mesmo ponto no espaço
Dificuldades na implementação do projeto
O principal problema de projetos grandes como James Webb e Hubble é o orçamento. Que o primeiro, que o segundo projeto foi além do orçamento. Mas, como uma parte significativa do orçamento já foi gasta, não resta senão continuar a implementação dos planos.
No caso do Hubble, a situação se complicou ainda mais pelo fato de o espelho ter sido inicialmente instalado incorretamente. Isso afetou as capacidades do telescópio e levou muito tempo até que o erro fosse corrigido por uma expedição externa, durante a qual foram instaladas lentes corretivas.
No que diz respeito a James Webb, o erro aqui é imperdoável. Como mencionado acima, o novo telescópio está planejado para ser instalado no ponto de Lagrange L2. Se algo der errado, o projeto terá que ser esquecido. No entanto, as chances de implementação bem-sucedida do projeto são bastante significativas.
