Ball Aerospace
suprafete
- MIRI
- NIRCam
- NIRSpec
- FGS/NIRISS
Inițial a fost numit Telescopul Spațial Noua Generație. Telescopul spațial de ultimă generație, NGST). În 2002, a fost redenumit în onoarea celui de-al doilea șef al NASA, James Webb (1906-1992), care a condus agenția în 1961-1968 în timpul implementării programului Apollo.
„James Webb” va avea o oglindă compozită de 6,5 metri în diametru, cu o suprafață colectoare de 25 m², ascunsă de radiațiile infraroșii de la Soare și Pământ printr-un ecran termic. Telescopul va fi plasat pe o orbită halo în punctul Lagrange L 2 al sistemului Soare-Pământ.
Proiectul este rezultatul cooperării internaționale dintre 17 țări, conduse de NASA, cu contribuții semnificative din partea agențiilor spațiale europene și canadiene.
Planurile actuale prevăd ca telescopul să fie lansat pe o rachetă Ariane 5 în martie 2021. În acest caz, primele studii științifice vor începe în toamna anului 2021. Durata de viață a telescopului va fi de cel puțin cinci ani.
Sarcini
Astrofizică
Obiectivele principale ale JWST sunt: detectarea luminii primelor stele și galaxii formate după Big Bang, studierea formării și dezvoltării galaxiilor, stelelor, sistemelor planetare și originii vieții. De asemenea, „Webb” va putea spune despre când și unde a început reionizarea Universului și ce a cauzat-o.
exoplanetologie
Telescopul va permite detectarea unor exoplanete relativ reci, cu o temperatură a suprafeței de până la 300 K (care este aproape egală cu temperatura suprafeței Pământului), situate mai departe de 12 UA. e. de stelele lor și departe de Pământ la o distanță de până la 15 ani lumină. Peste două duzini de stele cele mai apropiate de Soare vor cădea în zona de observație detaliată. Datorită JWST, se așteaptă o adevărată descoperire în exoplanetologie - capabilitățile telescopului vor fi suficiente nu numai pentru a detecta exoplanetele în sine, ci chiar și sateliții și liniile spectrale ale acestor planete (care vor fi un indicator de neatins pentru orice terestre și spațiale). telescop până în 2025, când va fi introdus Telescopul European Extrem de Mare cu diametrul oglinzii de 39,3 m). Căutarea de exoplanete va folosi și datele culese de telescopul Kepler din 2009. Cu toate acestea, capacitățile telescopului nu vor fi suficiente pentru a vizualiza exoplanetele găsite. O astfel de oportunitate nu va apărea decât la mijlocul anilor 2030, când va fi lansat telescopul succesor al lui James Webb, ATLAST.
Lumile de apă ale sistemului solar
Instrumentele în infraroșu ale telescopului vor fi folosite pentru a studia lumile de apă ale Sistemului Solar - luna Europa a lui Jupiter și luna Enceladus a lui Saturn. Instrumentul NIRSpec va fi folosit pentru a căuta biosemnături (metan, metanol, etan) în gheizerele ambelor luni.
Instrumentul NIRCam va putea obține imagini de înaltă rezoluție ale Europei, care vor fi folosite pentru a studia suprafața acesteia și a căuta regiuni cu gheizere și activitate geologică ridicată. Compoziția gheizerelor înregistrate va fi analizată folosind instrumentele NIRSpec și MIRI. Datele obținute din aceste studii vor fi folosite și în sondajul Europa Clipper din Europa.
Pentru Enceladus, din cauza depărtării și dimensiunilor sale reduse, nu se vor putea obține imagini de înaltă rezoluție, dar capacitățile telescopului ne vor permite să analizăm compoziția moleculară a gheizerelor sale.
Poveste
| An | Planificat data lansării |
Planificat buget (miliard de dolari) |
|---|---|---|
| 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 | nu mai devreme de septembrie 2015 | ≥6,5 |
| 2011 | 2018 | 8,7 |
| 2013 | 2018 | 8,8 |
| 2017 | primavara 2019 | 8,8 |
| 2018 | nu mai devreme de martie 2020 | ≥8,8 |
| 2018 | 30 martie 2021 | 9,66 |
Inițial, lansarea a fost programată pentru 2007, ulterior a fost amânată de mai multe ori (vezi tabel). Primul segment al oglinzii a fost instalat pe telescop abia la sfârșitul anului 2015, iar oglinda principală din compozit a fost asamblată complet abia în februarie 2016. Începând cu primăvara anului 2018, data de lansare planificată a fost mutată la 30 martie 2021.
Finanțare
Costul proiectului a crescut și el de mai multe ori. În iunie 2011, a devenit cunoscut faptul că costul telescopului a depășit estimările inițiale de cel puțin patru ori. Bugetul NASA propus în iulie 2011 de Congres a sugerat ca finanțarea construcției telescopului să fie întreruptă din cauza administrării proaste și a depășirii bugetului programului, dar bugetul a fost revizuit în septembrie a acelui an și proiectul a păstrat finanțarea. Decizia finală de a continua finanțarea a fost luată de Senat la 1 noiembrie 2011.
În 2013, 626,7 milioane de dolari au fost alocați pentru construcția telescopului.
Până în primăvara lui 2018, costul proiectului a crescut la 9,66 miliarde de dolari.
Fabricarea sistemului optic
Probleme
Sensibilitatea unui telescop și puterea sa de rezoluție sunt direct legate de dimensiunea zonei oglinzii care colectează lumina de la obiecte. Oamenii de știință și inginerii au stabilit că oglinda primară trebuie să aibă un diametru minim de 6,5 metri pentru a măsura lumina din cele mai îndepărtate galaxii. Pur și simplu realizarea unei oglinzi ca cea a telescopului Hubble, dar mai mare, era inacceptabilă, deoarece masa ei ar fi prea mare pentru a lansa un telescop în spațiu. O echipă de oameni de știință și ingineri trebuia să găsească o soluție astfel încât noua oglindă să aibă 1/10 din masa oglinzii telescopului Hubble pe unitate de suprafață.
Dezvoltare și testare
Productie
Un tip special de beriliu este folosit pentru oglinda „Webb”. Este o pulbere fină. Pulberea este plasată într-un recipient din oțel inoxidabil și presată într-o formă plată. După ce recipientul de oțel este îndepărtat, o bucată de beriliu este tăiată în jumătate pentru a face două semifabricate de oglindă de aproximativ 1,3 metri diametru. Fiecare semifabricat de oglindă este folosit pentru a crea un segment.
Procesul de formare a oglinzii începe prin tăierea excesului de material de pe spatele semifabricatului de beriliu, astfel încât să rămână o structură cu nervuri fine. Partea frontală a fiecărei piese de prelucrat este netezită, ținând cont de poziția segmentului într-o oglindă mare.
Apoi suprafața fiecărei oglinzi este șlefuită pentru a da o formă apropiată de cea calculată. După aceea, oglinda este netezită și lustruită cu grijă. Acest proces se repetă până când forma segmentului de oglindă este aproape de ideală. Apoi, segmentul este răcit la o temperatură de -240 °C, iar dimensiunile segmentului sunt măsurate folosind un interferometru laser. Apoi oglinda, ținând cont de informațiile primite, suferă o lustruire finală.
Când segmentul este terminat, partea din față a oglinzii este acoperită cu un strat subțire de aur pentru a reflecta mai bine radiația infraroșie în intervalul 0,6-29 microni, iar segmentul finit este retestat la temperaturi criogenice.
Testare
10 iulie 2017 - începerea testului criogenic final al telescopului la o temperatură de 37 la Centrul Spațial Johnson din Houston, care a durat 100 de zile.
Pe lângă testarea din Houston, vehiculul a fost supus unei serii de teste mecanice la Centrul de Zbor Spațial Goddard, care au arătat că poate rezista la lansare folosind un vehicul de lansare greu.
La începutul lunii februarie 2018, oglinzi gigantice și diverse instrumente au fost livrate la sediul Northrop Grumman din Redondo Beach pentru asamblarea finală a telescopului. Construcția modulului de propulsie al telescopului și a cremei sale solare este deja în derulare acolo. Când întreaga structură este asamblată, aceasta va fi trimisă cu o navă maritimă din California în Guyana Franceză.
Echipamente
JWST va avea următoarele instrumente științifice pentru a efectua explorarea spațiului:
- Cameră în infraroșu apropiat (ing. Cameră în infraroșu apropiat);
- Un dispozitiv pentru lucrul în intervalul mediu de radiație infraroșu (English Mid-Infrared Instrument, MIRI);
- spectrograf în infraroșu apropiat Spectrograf în infraroșu apropiat, NIRSpec);
- Senzor de ghidare fină (ing. Senzor de ghidare fină, FGS) și un dispozitiv de imagistică în domeniul infraroșu apropiat și un spectrograf fără fantă (ing. Near Infrared Imager și spectrograf fără fantă, NIRISS).
Aproape de cameră cu infraroșu
Camera cu infraroșu apropiat este unitatea principală de imagine a Webb și va consta dintr-o serie de mercur-cadmiu-telur detectoare. Intervalul de operare al dispozitivului este de la 0,6 la 5 µm. Dezvoltarea sa este încredințată Universității din Arizona și Centrului Lockheed Martin pentru Tehnologie Avansată.
Sarcinile dispozitivului includ:
- detectarea luminii din primele stele și galaxii în stadiul formării lor;
- studiul populațiilor stelare din galaxiile din apropiere;
- studiul stelelor tinere din Calea Lactee și obiecte din centura Kuiper;
- determinarea morfologiei și culorii galaxiilor la deplasare spre roșu ridicată;
- determinarea curbelor de lumină ale supernovelor îndepărtate;
- crearea unei hărți a materiei întunecate folosind lentile gravitaționale.
Multe dintre obiectele pe care le va studia Webb emit atât de puțină lumină încât telescopul trebuie să colecteze lumină de la ele timp de sute de ore pentru a analiza spectrul. Pentru a studia mii de galaxii în cei 5 ani de funcționare a telescopului, spectrograful a fost proiectat cu capacitatea de a observa 100 de obiecte într-o zonă a cerului de 3 × 3 minute de arc în același timp. Pentru a face acest lucru, oamenii de știință și inginerii lui Goddard au dezvoltat o nouă tehnologie de microobturatoare pentru a controla lumina care intră în spectrograf.
Esența tehnologiei care vă permite să primiți 100 simultan spectre, constă într-un sistem microelectromecanic numit „o matrice de microobturatoare” (ing. microobturatoare array). Celulele microobturatoare ale spectrografului NIRSpec au capace care se deschid și se închid sub influența unui câmp magnetic. Fiecare celulă de 100 pe 200 µm este controlată individual și poate fi deschisă sau închisă, furnizând sau, dimpotrivă, blocând o parte a cerului pentru spectrograf.
Această ajustabilitate este cea care permite instrumentului să efectueze spectroscopie a atâtor obiecte simultan. Deoarece obiectele care urmează să fie examinate de NIRSpec sunt departe și slabe, instrumentul trebuie să suprima radiația de la sursele mai luminoase care sunt mai apropiate. Microobturatoarele funcționează într-un mod similar cu modul în care oamenii strabesc ochii pentru a se concentra asupra unui obiect, blocând o sursă de lumină nedorită.
Dispozitivul a fost deja dezvoltat și este în prezent testat în Europa.
Dispozitiv pentru lucrul în intervalul mediu al radiației infraroșii
Dispozitiv pentru funcționare în intervalul mediu de radiații infraroșii (5 - 28 µm) constă dintr-o cameră cu un senzor având o rezoluție de 1024×1024 pixeli și un spectrograf.
MIRI constă din trei rețele de detectoare de arsenic-siliciu. Detectoarele sensibile ale acestui dispozitiv vă vor permite să vedeți deplasarea către roșu a galaxiilor îndepărtate, formarea de noi stele și comete puțin vizibile, precum și obiectele din centura Kuiper. Modulul camerei oferă posibilitatea de a capta obiecte într-o gamă largă de frecvențe cu un câmp vizual mare, iar modulul spectrograf oferă spectroscopie de rezoluție medie cu un câmp vizual mai mic, ceea ce vă va permite să obțineți date fizice detaliate despre obiectele îndepărtate.
Temperatura nominală de funcţionare pentru MIRI-7. Astfel de temperaturi nu pot fi atinse folosind doar un sistem de răcire pasiv. În schimb, răcirea se face în două etape: o unitate de pre-răcire bazată pe un tub de impuls răcește dispozitivul la 18 K, apoi un schimbător de căldură cu reglare adiabatică (efect Joule-Thomson) scade temperatura la 7 K.
MIRI este dezvoltat de un grup numit Consorțiul MIRI, format din oameni de știință și ingineri din Europa, o echipă de angajați de la Jet Propulsion Laboratory din California și oameni de știință de la o serie de instituții din SUA.
FGS/NIRISS
Senzorul de ghidare fină (FGS) și dispozitivul de imagine în infraroșu apropiat și spectrograful fără fantă (NIRISS) vor fi ambalate împreună în Webb, dar sunt în esență două dispozitive diferite. Ambele dispozitive sunt dezvoltate de Agenția Spațială Canadiană și și-au câștigat deja porecla de „ochi canadian” prin analogie cu „mâna canadiană”. Acest instrument a fost deja integrat cu structura ISIMîn februarie 2013.
Senzor de ghidare fină
Senzor de ghidare fină ( FGS) va permite lui Webb să producă îndrumări precise, astfel încât să poată obține imagini de înaltă calitate.
aparat foto FGS poate forma o imagine din două secțiuni adiacente ale cerului cu o dimensiune de 2,4 × 2,4 minute arc fiecare și, de asemenea, poate citi informații de 16 ori pe secundă din grupuri mici de pixeli cu dimensiunea de 8 × 8, ceea ce este suficient pentru a găsi referința corespunzătoare stea cu o probabilitate de 95% în oriunde pe cer, inclusiv la latitudini mari.
Functii principale FGS include:
- obținerea unei imagini pentru a determina poziția telescopului în spațiu;
- obținerea de stele de referință preselectate;
- asigurarea unui sistem de control al poziției Sistem de control al atitudinii care măsoară centroidul stelelor de referință cu o rată de 16 ori pe secundă.
În timpul lansării telescopului FGS va raporta și abaterile la instalarea oglinzii principale.
Dispozitiv de imagine în infraroșu apropiat și spectrograf fără fante
Dispozitivul de imagistică în infraroșu apropiat și spectrograful fără fante (NIRISS) funcționează în intervalul 0,8 - 5,0 µmși este un instrument specializat cu trei moduri principale, fiecare dintre ele funcționând cu o gamă separată.
NIRISS va fi utilizat pentru a îndeplini următoarele sarcini științifice:
- primirea „prima lumină”;
- descoperirea exoplanetelor;
- obținerea caracteristicilor acestora;
- spectroscopie de tranzit.
Vezi si
Note
Note
Note de subsol
- Jim Bridenstine pe Twitter: „Telescopul spațial James Webb va produce prima știință de acest fel, de clasă mondială. Pe baza recomandărilor unui comitet independent de evaluare, n...
- Cu alte întârzieri, telescopul Webb riscă să-și vadă racheta retrasă | Ars Technica
- https://www.ama-science.org/proceedings/details/368
- NASA finalizează evaluarea telescopului Webb, se angajează să se lanseze la începutul lui 2021(Engleză) . NASA (27 iunie 2018). Preluat la 28 iunie 2018.
- Lunii de gheață, clustere de galaxie și lumi îndepărtate printre țintele selectate pentru telescopul spațial James Webb (nedefinit) (15 iunie 2017).
- https://nplus1.ru/news/2017/06/16/webb-telescope (nedefinit) (16 iunie 2017).
- Webb Science: Sfârșitul Evurilor Întunecate: Prima lumină și reionizare (nedefinit) . NASA. Consultat la 18 martie 2013. Arhivat din original pe 21 martie 2013.
- Un vârf de infinit (nedefinit) (25 martie 2013). Arhivat din original pe 4 aprilie 2013.
- Kepler a găsit zece noi posibili gemeni ai Pământului (nedefinit) (19 iunie 2017).
- Telescopul Webb al NASA va studia „lumile oceanice” ale sistemului nostru solar (nedefinit) (24 august 2017).
- Berardelli, Phil. Telescopul spațial de generație următoare va privi înapoi la începutul timpului și al spațiului, CBS (27 octombrie 1997).
- Telescopul spațial de generație următoare (NGST) (nedefinit) . Universitatea din Toronto (27 noiembrie 1998).
- Reichhardt, Tony. Astronomia SUA: Următorul mare lucru este prea mare? (engleză) // Natură. - 2006. - Martie (vol. 440, nr. 7081). - P. 140-143. - DOI:10.1038/440140a. - Bibcode : 2006Natur.440..140R.
- Respingerea razelor cosmice cu NGST (nedefinit) .
- Spectrometru MIRI pentru NGST (nedefinit) (link indisponibil). Arhivat din original pe 27 septembrie 2011.
- Misivă săptămânală NGST (nedefinit) (25 aprilie 2002).
- NASA modifică contractul cu telescopul spațial James Webb (nedefinit) (12 noiembrie 2003).
Oglinda principală a telescopului James Webb
NASA și ESA au lansat o listă cu primele ținte pentru telescopul spațial James Webb, care urmează să fie lansat în 2018. Dispozitivul va fi cel mai mare telescop spațial care operează în intervalele optice, infraroșu apropiat și mediu - diametrul oglinzii sale principale este de aproape trei ori mai mare decât cel al Hubble - 6,5 metri. Printre ținte se numără planete și corpuri mici ale sistemului solar, exoplanete și discuri protoplanetare, galaxii și grupuri de galaxii, quasari îndepărtați. Acest lucru este raportat de un comunicat de presă al NASA, lista fiind publicată pe site-ul telescopului.
Telescopul James Webb a fost dezvoltat din 1996 - ar trebui, într-un fel, să înlocuiască Hubble și să ofere o rezoluție și o sensibilitate mult mai mari decât telescoapele terestre și spațiale în infraroșu. Speranțele pentru studiul galaxiilor timpurii (527-980 de milioane de ani după Big Bang) sunt asociate cu munca telescopului. În acel moment, în spațiu era mult hidrogen neutru, absorbind radiația ultravioletă a stelelor.
Timpul instrumental al telescopului este distribuit în funcție de solicitările grupurilor științifice. Prioritate în aplicații și aproximativ 10 la sută din timp alocat echipelor științifice care au ajutat la dezvoltarea telescopului. Solicitările acestor grupuri științifice au fost publicate recent. Acestea sunt grupate tematic în: obiecte ale sistemului solar, exoplanete, pitici brune, protostele, discuri de fragmentare, aglomerații de stele și regiuni de formare a stelelor, galaxii, aglomerații și quasari de galaxii și sondaje în spațiu adânc.
Printre corpuri mici, sunt planificate observații ale lui Ceres, Pallas, asteroidul Ryugu (la care va fi atins Hayabusa-2 într-un an), obiecte trans-neptuniene și mai multe comete. Dintre exoplanete, se pot distinge HD189733b (proprietarul), HAT-P-26b (pe el), TRAPPIST-1e (situat recent în zona locuibilă a unui sistem de șapte exoplanete), HD131399 (acesta este un sistem de trei stele). in care). În total, sunt planificate studii pentru câteva zeci de exoplanete, inclusiv atmosferele acestora. Alte obiecte includ faimosul sistem Beta Pictoris cu discul său de resturi, Nebuloasa Cap de Cal, rămășița supernovei din SN 1987A și câțiva quasari pe care îi vedem așa cum au fost la un miliard de ani după Big Bang sau mai puțin. În total, sunt deja planificate peste 2100 de observații.
Acum „Webb” este în stadiul de testare a sistemelor principale. Oglinda sa principală a fost finalizată în februarie 2016 și este formată din 18 segmente hexagonale. Suprafața totală este de 25 de metri pătrați, greutatea - 705 kilograme. Fiecare segment care cântărește 20,1 kilograme este realizat din beriliu și acoperit cu un strat de aur de 100 de nanometri grosime.
Vladimir Korolev
Telescopul James Webb
Telescoapele spațiale vor fi mereu în fruntea cunoașterii cosmosului - nu sunt deranjate nici de distorsiunile și norii acestuia, nici de vibrațiile și zgomotele de pe suprafața planetei. Dispozitivele extraterestre au făcut posibilă obținerea de fotografii detaliate și frumoase ale nebuloaselor și galaxiilor îndepărtate, care nici măcar nu sunt vizibile pentru ochiul uman pe cerul nopții. Cu toate acestea, în 2018, va începe o nouă eră în studiul spațiului, care va împinge și mai mult granițele vizibile ale universului - telescopul spațial James Webb, deținătorul recordului în industrie, va fi lansat. Mai mult, bate recorduri nu doar în ceea ce privește caracteristicile: costul proiectului ajunge astăzi la 8,8 miliarde de dolari.
Înainte de a vorbi despre dispozitivul și funcționalitatea lui „James Webb”, merită să înțelegeți pentru ce este. S-ar părea că doar o atmosferă a Pământului interferează cu studiul Universului și poți pur și simplu să livrezi un telescop cu o cameră înșurubat pe orbită și să te bucuri de viață. Dar, în același timp, James Webb a fost în dezvoltare de mai bine de un deceniu, iar bugetul final, chiar și în stadiul de proiecție timpurie, a depășit costul predecesorului său, ! Prin urmare, un telescop în orbită este ceva mai complex decât o lunetă de amatori pe un trepied, iar descoperirile sale vor fi de sute de ori mai valoroase. Dar ce este atât de special încât să poată fi explorat cu un telescop, în special unul spațial?
Ridicând capul spre cer, toată lumea poate vedea stelele. Dar studiul obiectelor aflate la miliarde de kilometri distanță este o sarcină destul de dificilă. Lumina stelelor și galaxiilor, care se mișcă de milioane sau chiar miliarde de ani, suferă modificări semnificative – sau chiar nu ajunge deloc la noi. Deci, norii de praf, care sunt adesea obișnuiți în galaxii, sunt capabili să absoarbă complet toată radiația vizibilă a unei stele. Totuși, expansiunea neîncetată a Universului duce la lumină - undele sale devin mai lungi, schimbând gama spre roșu sau infraroșu invizibil. Iar strălucirea chiar și a celor mai mari obiecte, care au zburat pe o distanță de miliarde de ani lumină, devine ca lumina unei lanterne de buzunar printre sute de proiectoare - dispozitive de o sensibilitate fără precedent sunt necesare pentru a detecta galaxiile ultra-distante.
Ideea construirii unui nou telescop spațial puternic a apărut în urmă cu aproape 20 de ani, în 1996, când astronomii americani au lansat raportul HST and Beyond, care discuta problema unde ar trebui să meargă mai departe astronomia. Cu puțin timp înainte, în 1995, prima exoplanetă a fost descoperită lângă o stea asemănătoare cu Soarele nostru. Acest lucru a entuziasmat comunitatea științifică - până la urmă, exista șansa ca undeva să existe o lume asemănătoare Pământului - așa că cercetătorii au cerut NASA să construiască un telescop care să fie potrivit, printre altele, pentru căutarea și studiul exoplanetelor. Aici începe povestea lui „James Webb”. Lansarea acestui telescop a fost amânată constant (inițial era planificată trimiterea lui în spațiu încă din 2011), dar acum pare să intre pe linia de sosire. Editorial N+1 a încercat să descopere ce se așteaptă astronomii să învețe cu Webb și a vorbit cu cei care creează acest instrument.
Numele „James Webb” a fost dat telescopului în 2002, înainte de a fi numit Next Generation Space Telescope („New Generation Space Telescope”) sau pe scurt NGST, deoarece noul instrument ar trebui să continue cercetările începute de Hubble. Dacă „” explorează Universul în principal în domeniul optic, captând doar domeniul infraroșu apropiat și ultraviolet, care se învecinează cu radiația vizibilă, atunci „James Webb” se va concentra pe partea infraroșu a spectrului, unde sunt vizibile obiectele mai vechi și mai reci. În plus, expresia „generația următoare” se referă la tehnologiile avansate și soluțiile de inginerie care vor fi utilizate în telescop.
Procesul de fabricare a oglinzii telescopice
Fragment de oglindă a telescopului
Procesul de fabricare a oglinzii telescopice
Fragment de oglindă a telescopului
Fragment de oglindă a telescopului
Fragment de oglindă a telescopului
Poate cea mai nestandardă și complexă dintre ele este oglinda principală a „James Webb” cu un diametru de 6,5 metri. Oamenii de știință nu au construit o versiune mai mare a oglinzii Hubble pentru că ar cântări prea mult și au venit cu o modalitate elegantă de ieșire din situație: au decis să asambleze oglinda din 18 segmente separate. Pentru ei a fost folosit un metal beriliu ușor și durabil, pe care s-a depus un strat subțire de aur. Drept urmare, oglinda cântărește 705 kilograme, în timp ce suprafața sa este de 25 de metri pătrați. Oglinda Hubble cântărește 828 de kilograme cu o suprafață de 4,5 metri pătrați.
O altă componentă importantă a telescopului care le-a dat inginerilor o mulțime de probleme în ultima vreme este scutul termic desfășurabil necesar pentru a proteja instrumentele James Webb de supraîncălzire. Pe orbita Pământului, sub razele directe ale Soarelui, obiectele se pot încălzi până la 121 de grade Celsius. Instrumentele James Webb sunt concepute pentru a funcționa la temperaturi suficient de scăzute, motiv pentru care a fost nevoie de un scut termic pentru a le proteja de soare.
Este comparabil ca dimensiune cu un teren de tenis, 21 x 14 metri, deci este imposibil să-l trimiți la punctul Lagrange L2 (unde va funcționa telescopul) în formă extinsă. Aici încep principalele dificultăți - cum să livrezi scutul la destinație, astfel încât să nu fie deteriorat? Cea mai logică soluție a fost să-l pliați pe toată durata zborului și apoi să îl desfășurați când James Webb se afla la punctul de operare.
Partea exterioară a scutului, unde se află antena, computerul de bord, giroscoapele și panoul solar, se va încălzi, așa cum se așteaptă oamenii de știință, la 85 de grade Celsius. Dar pe partea „noaptei”, unde se află principalele instrumente științifice, va fi geros: aproximativ 233 de grade sub zero. Asigurați izolație termică va fi cinci straturi de scut - fiecare mai rece decât cel precedent.
Scut instalabil James Webb
Ce instrumente științifice trebuie să fie atât de atent protejate de Soare? Există patru dintre ele: camera în infraroșu apropiat NIRCam, instrumentul MIRI mid-IR, spectrograful NIRSpec aproape IR și sistemul FGS/NIRISS. În imaginea de mai jos, puteți vedea clar în ce „lumină” vor vedea Universul:
Imaginea arată intervalul pe care instrumentele telescopului o vor capta.
Cu ajutorul instrumentelor științifice, oamenii de știință speră să răspundă la multe întrebări fundamentale. În primul rând, se referă la exoplanete.
Deși Kepler a descoperit până în prezent peste 2.500 de exoplanete, estimările de densitate există doar pentru câteva sute. Între timp, aceste estimări ne permit să înțelegem ce tip de planetă aparține. Dacă are o densitate scăzută – evident, avem un gigant gazos în fața noastră. Dacă corpul ceresc are o densitate mare, atunci cel mai probabil este o planetă stâncoasă asemănătoare Pământului sau Marte. Astronomii speră că James Webb va ajuta la colectarea mai multor date despre masele și diametrele planetelor, ceea ce va ajuta la calcularea densității și la determinarea tipului lor.
Centrul de zbor spațial NASA/Goddard și Laboratorul de vizualizare avansată de la Centrul Național pentru Aplicații de Supracalculare
O altă întrebare importantă se referă la atmosferele exoplanetelor. Hubble și Spitzer au colectat date despre învelișurile gazoase a aproximativ o sută de planete. Instrumentele lui James Webb vor face posibilă creșterea acestui număr de cel puțin trei ori. Datorită instrumentelor științifice și diferitelor moduri de observare, astronomii vor putea determina prezența unui număr imens de substanțe, inclusiv apă, metan și dioxid de carbon - nu numai pe planetele mari, ci și pe planetele terestre. Una dintre țintele de observație va fi locul în care șapte planete asemănătoare Pământului sunt situate simultan.
Cele mai multe dintre rezultate sunt așteptate pentru Jupiteri tineri, nou formați, care încă emit în infraroșu. În special, în sistemul solar, pe măsură ce masa giganților gazosi scade, conținutul lor de metale (elemente mai grele decât hidrogenul și heliul) crește. Hubble a arătat odată că nu toate sistemele planetare respectă această lege, dar încă nu există un eșantion de încredere statistic - James Webb îl va obține. În plus, se așteaptă ca telescopul să studieze și sub-Neptunurile și super-Pământurile.
O altă țintă importantă a telescopului vor fi galaxiile antice. Astăzi știm deja multe despre galaxiile din jur, dar încă foarte puține despre cele care au apărut într-un Univers foarte tânăr. Hubble poate vedea universul așa cum a fost la 400 de milioane de ani după Big Bang, iar Observatorul Planck a observat radiația cosmică cu microunde care a apărut la 400.000 de ani după Big Bang. James Webb va trebui să umple golul dintre ele și să-și dea seama cum arătau galaxiile în primele 3% din istoria cosmică.
Acum, astronomii observă o relație directă între dimensiunea unei galaxii și vârsta acesteia - cu cât Universul este mai vechi, cu atât mai multe galaxii mici în el. Cu toate acestea, este puțin probabil ca această tendință să continue, iar oamenii de știință speră să determine un fel de „punct de cotitură”, pentru a găsi o limită inferioară a dimensiunii galaxiilor. Astfel, astronomii vor să răspundă la întrebarea când au apărut primele galaxii.
Un element separat este studiul norilor moleculari și al discurilor protoplanetare. În trecut, Spitzer putea privi doar în imediata apropiere a sistemului solar. Webb este mult mai sensibil și va putea de fapt să vadă cealaltă margine a Căii Lactee, precum și centrul acesteia.
De asemenea, „James Webb” va căuta stele ipotetice ale populației III – acestea sunt obiecte foarte grele în care aproape că nu există elemente mai grele decât heliul, hidrogenul și litiul. Se presupune că stelele de acest tip ar trebui să se formeze după Big Bang.
O pereche de galaxii care interacționează numite „Antene”
Astăzi, lansarea „James Webb” este programată pentru iunie 2019. Inițial, telescopul trebuia să fie lansat în spațiu la începutul primăverii, dar misiunea a fost amânată cu câteva luni din cauza unor probleme tehnice. Christine Pulliam, supervizor adjunct de proiect, a răspuns la întrebări N+1 despre telescop în sine și dificultățile în construcția lui.
Bănuiesc că pun întrebarea evidentă, dar ce face „James Webb” unic?
Webb ne va permite să vedem universul așa cum nu l-am mai văzut până acum. Va efectua observații în infraroșu, adică la alte lungimi de undă decât Hubble, va putea privi mai departe decât Spitzer și în alte zone decât Herschel. Va umple golurile și va ajuta la crearea unei imagini coerente a universului. Observațiile extinse în infraroșu ne vor ajuta să vedem stelele și planetele emergente. Vom descoperi în sfârșit primele galaxii, iar acest lucru va ajuta la punerea laolaltă a întregii istorii cosmologice. Unora le place să spună că telescoapele sunt mașini ale timpului, ceea ce este o expresie foarte bună. Când privim în spațiu, vedem trecutul, deoarece este nevoie de timp pentru ca lumina să ajungă pe Pământ. Vom vedea Universul când era extrem de tânăr - și asta ne va ajuta să înțelegem cum am apărut și cum funcționează Universul. Dacă vorbim despre ceva mai aproape de umanitate, atunci vom vedea cum au apărut stelele, cum s-au format exoplanetele și chiar le putem caracteriza atmosferele.
Da, întrebarea atmosferelor planetelor îndepărtate îngrijorează mulți oameni. Ce rezultate vă așteptați să obțineți?
Aveam misiuni precum Kepler care caută candidați. Datorită lor, mii de exoplanete ne sunt cunoscute astăzi. Acum, „James Webb” se va uita la obiecte deja cunoscute și va explora atmosfera lor. În special, acest lucru se aplică planetelor gigantice - corpuri cerești de dimensiuni situate între Neptun și super-Jupiteri. Este vital pentru noi să înțelegem cum se formează astfel de obiecte, cum evoluează și cum sunt sistemele din care fac parte. De exemplu, dacă vedem un sistem de mai multe planete, este important pentru noi să stabilim dacă apă poate fi acolo și unde să o căutăm.
Definiți de fapt zona locuibilă?
Exact. Va fi diferit pentru stele diferite. James Webb ne va ajuta să caracterizăm planetele îndepărtate și să înțelegem cât de unică este casa noastră.
Se preconizează că misiunea telescopului va dura aproximativ zece ani. Cu toate acestea, care sunt previziunile reale? Cu toții ne amintim de Voyager, care sunt încă în funcțiune și trimit date pe Pământ, deși nimeni nu a planificat acest lucru.
Durata nominală de viață a instrumentului este de cinci ani și sperăm că va putea funcționa atât de mult. Dacă dai o evaluare mai îndrăzneață, atunci sunt zece ani. Suntem limitați de cantitatea de lichid de răcire necesară pentru a menține sistemele telescopului în funcțiune. Nu cred că James Webb poate, ca Hubble, să reziste 29 de ani.
Da, „James Webb” va fi prea departe de Pământ, în al doilea punct Lagrange. Crezi că tehnologia ne va permite în viitor să zburăm la un telescop și să-l reparăm dacă se strica?
O astfel de posibilitate nu este exclusă. În acest caz, telescopul are o montură pentru un braț robotic care poate fi instalat pe Webb. Cu toate acestea, încă de la început, întreținerea telescopului nu a fost asigurată, așa că nu ar trebui să puneți prea multe speranțe în acest lucru. Având în vedere că instrumentul va funcționa doar 5-10 ani, este puțin probabil să avem timp să mergem atât de mult înainte pentru a trimite o navă spațială la el.
Va putea James Webb să lucreze în tandem cu alte nave spațiale? De exemplu, Centrul Spațial și Astronomic al Universității din Colorado își propune să construiască un coronograf extern pentru acesta. În 2013, s-a vorbit despre o posibilă colaborare cu telescopul – există astfel de planuri în realitate?
Nu aș spune că în acest moment luăm în considerare o astfel de oportunitate. Dacă nu mă înșel, Webb Cash este responsabil pentru acest proiect, dar există un alt proiect Starshield, precum și alte câteva grupuri care construiesc instrumente similare. În prezent, nu există planuri concrete de a lega James Webb la un alt instrument, deși ipotetic ar putea funcționa împreună cu orice observator spațial.
Cum plănuiți să vă distribuiți timpul de observație?
Acum astronomii din întreaga lume ne trimit cererile lor, iar după ce trec de revizuire, vom primi un plan brut. Există un „timp de observare garantat” rezervat oamenilor de știință care ajută astăzi la proiectarea și construirea James Webb, un fel de mulțumire pentru munca lor. Acești cercetători vor studia galaxiile, exoplanetele, precum planetele sistemului TRAPPIST. În parte, alegem noi înșine ținte pentru a testa capacitățile James Web. Tocmai începusem să ne gândim la exoplanete când construim telescopul, dar acum acesta este un domeniu foarte promițător în astronomie și trebuie să ne dăm seama cum să folosim James Webb pentru a studia planetele din afara sistemului solar. Exact asta vor face echipele care vor face observații în primul an. În toamnă, se va ști ce vom „vedea” în primul an.
Câmp ultra profund Hubble
De ce data lansării este amânată? Există zvonuri despre probleme financiare și probleme cu sistemul oglinzilor.
Cert este că Webb este un telescop foarte dificil și este prima dată când rezolvăm o problemă atât de complexă. Aparatul are mai multe componente principale: oglinzi, unelte, un scut imens și mecanisme de răcire. Toate aceste elemente trebuie construite și testate, combinate, testate din nou - desigur, acest lucru necesită timp. De asemenea, trebuie să ne asigurăm că am făcut totul corect, că toate piesele se potrivesc împreună, că lansarea va avea succes și că toate elementele se vor implementa corect. Întârzierile apar din cauza numărului mare de etape și a necesității unei verificări amănunțite.
Adică acum făceai teste și ți-ai dat seama că nu te încadrai în programul inițial?
Da. De fapt, mai avem mult timp liber. Inițial știam că totul va fi în regulă, dar am presupus că pregătirea ar putea fi amânată din anumite motive. În plus, atunci când suntem gata să lansăm vehiculul, va trebui și să cădem de acord asupra unei anumite date cu ESA, care deține racheta Ariane. Așa că ne-am gândit - unde să ne grăbim?
Spuneți-ne ce teste trebuie și trece telescopul?
Cel mai recent, a fost finalizat testul sistemului OTISS (Optical Telescope and Instrument Assembly) la Centrul Spațial Lyndon Johnson. S-a răcit la temperaturi de funcționare extrem de scăzute, au fost testate toată optica și telescopul în sine. Oamenii de știință au scos recent sistemul din camera de răcire, l-au încălzit din nou, iar acum OTISS va merge în California, în Parcul Spațial de pe plaja Redando, unde va fi conectat la un scut solar. În plus, acum se lucrează la scutul în sine, experții efectuând numeroase verificări. Când toate elementele sunt atașate de scut, acesta va fi pliat și desfășurat pentru a se asigura că funcționează impecabil, iar apoi vor fi efectuate alte teste, inclusiv un test pentru vibrația pe care telescopul o va întâlni în timpul zborului rachetei. Lansarea în spațiu este un test serios pentru un vehicul, așa că inginerii vor să se asigure că toate componentele sale supraviețuiesc zborului. Cercetătorii vor pregăti apoi James Webb pentru lansare, îl vor încărca pe o barjă și îl vor expedia într-un spațial port din Guyana Franceză la începutul lui 2019.
Dar restul instrumentelor? Din câte știu eu, nu ați menționat totul. Au fost deja verificate în prealabil?
Da, au trecut deja toate testele și acum sunt instalate pe telescop. Acestea sunt dispozitive separate care vor efectua numeroase studii științifice - un spectrograf care studiază cerul în intervalul IR mediu, o cameră. În plus, toate instrumentele au moduri diferite, așa că trebuie să verificăm dacă funcționează într-adevăr așa cum ne-am propus. Acest lucru este foarte important - trebuie să „agitați” dispozitivul și să vă asigurați că unghiul de vedere rămâne același.
Când ar trebui să ne așteptăm la primele rezultate?
Cel mai probabil, primele date vor veni abia la sfârșitul anului viitor sau la începutul lui 2020. Între lansare și primirea primelor informații vor trece aproximativ șase luni. În acest timp, telescopul se va întoarce și ne vom asigura că s-a deschis și funcționează corect. Apoi dispozitivele vor trebui să se răcească, ceea ce va dura mult timp. Pe Pământ, James Webb se află la temperatura camerei, dar când îl lansăm în spațiu, va fi necesar să așteptăm ca instrumentele sale să atingă temperaturile de funcționare. Apoi le vom pune în funcțiune: sunt deja planificate o serie de „exerciții de antrenament” - mai multe observații planificate și verificări ale diferitelor moduri de operare, care se vor asigura că totul funcționează așa cum ar trebui. Deoarece nu avem o dată de lansare și, ca urmare, nu știm ce va intra în câmpul vizual al telescopului, nu a fost selectat un obiect specific pentru observații. Cel mai probabil, vom calibra instrumentele telescopului pe o stea îndepărtată. Acestea sunt toate procese interne - mai întâi trebuie să ne asigurăm că putem vedea orice.
Cu toate acestea, după ce ne asigurăm că toate instrumentele funcționează, vom trece direct la experimente științifice. O echipă de oameni de știință specializați în imagini va determina care ținte vor arăta cu adevărat fascinante și vor captiva publicul. Lucrarea va fi realizată de aceiași artiști care au lucrat cu imaginile Hubble - aceștia sunt oameni cu mulți ani de experiență în procesarea imaginilor astronomice. În plus, vor fi efectuate teste suplimentare ale echipamentelor.
După ce vor ieși primele imagini, vom avea la dispoziție puțin mai mult de un an pentru observații științifice. Acestea includ programe deja cunoscute pentru a studia galaxii foarte îndepărtate, quasari, exoplanete și Jupiter. În general, astronomii vor observa tot ceea ce este posibil - de la zonele de formare a stelelor active până la gheața din discurile protoplanetare. Aceste studii sunt importante pentru noi toți: restul comunității științifice va putea vedea rezultatele altor echipe și va înțelege unde ar trebui să meargă în continuare.
Kristina UlasoviciNASA a confirmat astăzi planurile pentru proiectul telescopului James Webb. Conducerea a spus că atât bugetul actual, cât și planurile de lansare a telescopului spațial pentru 2018 sunt la zi. Este demn de remarcat faptul că agenția însăși consideră acest telescop mai mult ca următorul model Hubble decât înlocuitorul său.
Capacitățile telescopului le depășesc cu mult pe cele ale lui Hubble. James Webb va avea o oglindă compusă de 6,5 metri în diametru (diametrul oglinzii Hubble este de 2,4 metri) cu o suprafață de colectare de 25 m² și un scut solar de dimensiunea unui teren de tenis. Telescopul va fi situat în punctul Lagrange L2 al sistemului Soare-Pământ. 
James Webb va putea călători în trecutul îndepărtat al universului - de la 100 la 250 de milioane de ani după Big Bang. Cu alte cuvinte, noul telescop va putea privi mult mai departe în adâncurile spațiului cosmic decât Hubble, care poate „călătorește” nu mai mult de 800 de milioane până la 1 miliard de ani după Big Bang. În plus, Webb nu este „ascuțit” pentru lumina vizibilă, specialitatea lui este spectrul infraroșu. Cu toate acestea, James Webb poate detecta și radiații vizibile pentru ochiul uman.
Simularea a ceea ce „vede” telescopul James Webb și a ceea ce vede Hubble în același punct din spațiu
Dificultăți în implementarea proiectului
Principala problemă a unor proiecte atât de mari precum James Webb și Hubble este bugetul. Că primul, că al doilea proiect a depășit bugetul. Dar, din moment ce o parte semnificativă a bugetului a fost deja cheltuită, nu mai rămâne altceva decât să se continue implementarea planurilor.
În cazul lui Hubble, situația s-a complicat și mai mult de faptul că oglinda a fost inițial instalată incorect. Acest lucru a afectat capacitățile telescopului și a durat mult timp până când eroarea a fost corectată de o expediție externă, în timpul căreia au fost instalate lentile corective.
În ceea ce îl privește pe James Webb, greșeala de aici este de neiertat. După cum sa menționat mai sus, noul telescop este planificat să fie instalat în punctul Lagrange L2. Dacă ceva nu merge bine, proiectul va trebui să fie uitat. Cu toate acestea, șansele de implementare cu succes a proiectului sunt destul de semnificative.
