Gilios erdvės vaiduokliai
Kažkas kartą pasakė: Hablo kūrėjams reikia pastatyti paminklą kiekviename didesniame Žemės mieste. Jis turi daug nuopelnų. Pavyzdžiui, šio teleskopo pagalba astronomai nufotografavo labai tolimą galaktiką UDFj-39546284. 2011 m. Sausio mėn. Mokslininkai sužinojo, kad jis yra maždaug 150 milijonų šviesmečių toliau nuo ankstesnio rekordininko - UDFy -38135539. „Galaxy UDFj-39546284“yra 13,4 milijardo šviesmečių atstumu nuo mūsų. Tai reiškia, kad Hablas pamatė žvaigždes, kurios egzistavo daugiau nei prieš 13 milijardų metų, praėjus 380 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Šie objektai tikriausiai ilgą laiką nėra „gyvi“: matome tik seniai mirusių žvaigždžių ir galaktikų šviesą.
Tačiau nepaisant visų nuopelnų, Hablo kosminis teleskopas yra praėjusio tūkstantmečio technologija: jis buvo paleistas 1990 m. Žinoma, per daugelį metų technologija padarė didžiulį žingsnį. Jei Hablo teleskopas atsirastų mūsų laikais, jo galimybės būtų kolosaliai pranokusios pradinę versiją. Taip atsirado Jamesas Webbas.
Kodėl „Jamesas Webbas“yra naudingas
Naujasis teleskopas, kaip ir jo protėvis, taip pat yra skriejanti infraraudonųjų spindulių observatorija. Tai reiškia, kad jo pagrindinė užduotis bus ištirti šiluminę spinduliuotę. Prisiminkite, kad iki tam tikros temperatūros įkaitinti objektai skleidžia energiją infraraudonųjų spindulių spektre. Bangos ilgis priklauso nuo kaitinimo temperatūros: kuo ji didesnė, tuo trumpesnis bangos ilgis ir intensyvesnė spinduliuotė.
Tačiau yra vienas koncepcinis skirtumas tarp teleskopų. Hablas yra žemoje Žemės orbitoje, tai yra, jis skrieja aplink Žemę maždaug 570 km aukštyje. Jamesas Webbas bus paleistas į aureolės orbitą Saulės ir Žemės sistemos L2 Lagrange taške. Jis suksis aplink Saulę ir, skirtingai nei situacija su Hablu, Žemė jai netrukdys. Problema iš karto kyla: kuo objektas yra toliau nuo Žemės, tuo sunkiau su juo susisiekti, todėl didesnė rizika jį prarasti. Todėl „Jamesas Webbas“judės aplink žvaigždę sinchroniškai su mūsų planeta. Šiuo atveju teleskopo atstumas nuo Žemės bus 1,5 milijono km priešinga kryptimi nuo Saulės. Palyginimui, atstumas nuo Žemės iki Mėnulio yra 384 403 km. Tai yra, jei „James Webb“įranga sugenda, greičiausiai jos nepavyks suremontuoti (išskyrus nuotoliniu būdu, o tai kelia rimtų techninių apribojimų). Todėl perspektyvus teleskopas yra ne tik patikimas, bet ir itin patikimas. Iš dalies taip yra dėl nuolatinio atidėjimo pradžios datos.
Jamesas Webbas turi dar vieną svarbų skirtumą. Įranga leis jam sutelkti dėmesį į labai senus ir šaltus objektus, kurių Hablas nematė. Tokiu būdu sužinosime, kada ir kur atsirado pirmosios žvaigždės, kvazarai, galaktikos, galaktikų spiečius ir supergrupės.
Įdomiausi radiniai, kuriuos gali padaryti naujasis teleskopas, yra egzoplanetos. Tiksliau tariant, mes kalbame apie jų tankio nustatymą, kuris leis mums suprasti, kokio tipo objektas yra priešais mus ir ar tokia planeta gali būti potencialiai tinkama gyventi. Padedami Jameso Webbo, mokslininkai taip pat tikisi surinkti duomenis apie tolimų planetų masę ir skersmenį, ir tai atvers naujų duomenų apie namų galaktiką.
Teleskopo įranga leis aptikti šaltas egzoplanetas, kurių paviršiaus temperatūra yra iki 27 ° C (vidutinė temperatūra mūsų planetos paviršiuje yra 15 ° C).„Jamesas Webbas“galės rasti tokius objektus, esančius daugiau nei 12 astronominių vienetų (tai yra atstumas nuo Žemės iki Saulės) atstumu nuo jų žvaigždžių ir nutolusius nuo Žemės iki 15 šviesos atstumu metų. Rimti planai susiję su planetų atmosfera. Spitzerio ir Hablo teleskopai sugebėjo surinkti informaciją apie apie šimtą dujų vokų. Pasak ekspertų, naujasis teleskopas galės ištirti mažiausiai tris šimtus skirtingų egzoplanetų atmosferų.
Atskiras dalykas, kurį verta pabrėžti, yra hipotetinių III tipo žvaigždžių populiacijų, kurios turėtų sudaryti pirmąją žvaigždžių kartą, atsiradusią po Didžiojo sprogimo, paieška. Pasak mokslininkų, tai labai sunkūs šviestuvai, turintys trumpą tarnavimo laiką, kurių, žinoma, nebėra. Šie objektai turėjo didelę masę, nes trūko anglies, reikalingos klasikinei termobranduolinei reakcijai, kai sunkusis vandenilis paverčiamas lengvu heliu, o perteklinė masė - energija. Be viso to, naujasis teleskopas galės išsamiai ištirti anksčiau neištirtas vietas, kuriose gimsta žvaigždės, o tai taip pat labai svarbu astronomijai.
- Seniausių galaktikų paieška ir tyrimas;
- Žemę primenančių egzoplanetų paieška;
- trečiojo tipo žvaigždžių populiacijų aptikimas;
- „žvaigždžių lopšių“tyrinėjimas
Dizaino elementai
Prietaisą sukūrė dvi Amerikos kompanijos - „Northrop Grumman“ir „Bell Aerospace“. Jameso Webbo kosminis teleskopas yra inžinerijos šedevras. Naujasis teleskopas sveria 6, 2 tonas - palyginimui, Hablo masė yra 11 tonų. Bet jei senojo teleskopo dydį galima palyginti su sunkvežimiu, tai naujasis yra panašus į teniso kortą. Jo ilgis siekia 20 m, o aukštis yra toks pat kaip trijų aukštų pastato. Didžiausia Jameso Webbo kosminio teleskopo dalis yra didžiulis skydas nuo saulės. Tai yra visos struktūros, sukurtos iš polimerinės plėvelės, pagrindas. Vienoje pusėje jis padengtas plonu aliuminio sluoksniu, o kita - metaliniu siliciu.
Skydas nuo saulės turi kelis sluoksnius. Tuštumos tarp jų užpildomos vakuumu. Tai būtina norint apsaugoti įrangą nuo „šilumos smūgio“. Šis metodas leidžia atvėsinti itin jautrias matricas iki –220 ° C, o tai labai svarbu stebint tolimus objektus. Faktas yra tas, kad, nepaisant tobulų jutiklių, jie negalėjo matyti objektų dėl kitų „karštų“„Jameso Webbo“detalių.
Konstrukcijos centre yra didžiulis veidrodis. Tai yra „antstatas“, kurio reikia norint sufokusuoti šviesos spindulius - veidrodis juos ištiesina, sukurdamas aiškų vaizdą. Jameso Webbo teleskopo pagrindinio veidrodžio skersmuo yra 6,5 m. Jį sudaro 18 blokų: paleidžiant nešančiąją transporto priemonę, šie segmentai bus kompaktiškos formos ir atsidarys tik tada, kai erdvėlaivis įžengs į orbitą. Kiekvienas segmentas turi šešis kampus, kad būtų kuo geriau išnaudota turima erdvė. Suapvalinta veidrodžio forma leidžia geriausiai sufokusuoti šviesą detektoriuose.
Veidrodžio gamybai buvo pasirinktas berilis - palyginti kietas šviesiai pilkos spalvos metalas, kuriam, be kita ko, būdinga didelė kaina. Tarp šio pasirinkimo privalumų yra tai, kad berilis išlaiko savo formą net ir labai žemoje temperatūroje, o tai labai svarbu teisingam informacijos rinkimui.
Moksliniai instrumentai
Perspektyvaus teleskopo apžvalga būtų neišsami, jei nesikoncentruotume į pagrindinius jo instrumentus:
MIRI. Tai vidutinio infraraudonųjų spindulių įtaisas. Jame yra fotoaparatas ir spektrografas. MIRI apima keletą arseno-silicio detektorių. Šio prietaiso jutiklių dėka astronomai tikisi atsižvelgti į tolimų objektų raudonąjį poslinkį: žvaigždes, galaktikas ir net mažas kometas. Kosmologinis raudonasis poslinkis vadinamas radiacijos dažnių sumažėjimu, o tai paaiškinama dinamišku šaltinių atstumu vienas nuo kito dėl Visatos plėtimosi. Įdomiausia tai, kad kalbama ne tik apie to ar kito nuotolinio objekto sutvarkymą, bet ir apie didelio kiekio duomenų apie jo savybes gavimą.
„NIRCam“arba arti infraraudonųjų spindulių kamera yra pagrindinis teleskopo vaizdo įtaisas. „NIRCam“yra gyvsidabrio, kadmio ir telūro jutiklių kompleksas. NIRCam įrenginio veikimo diapazonas yra 0,6–5 mikronai. Sunku net įsivaizduoti, kokias paslaptis padės atskleisti NIRCam. Pavyzdžiui, mokslininkai nori jį panaudoti tamsiosios medžiagos žemėlapiui sukurti, vadinamuoju gravitacinio lęšio metodu, t.y. pagal gravitacinį lauką rasti tamsiosios medžiagos krešulių, pastebimų dėl netoliese esančios elektromagnetinės spinduliuotės trajektorijos kreivumo.
NIRSpec. Be beveik infraraudonųjų spindulių spektrografo būtų neįmanoma nustatyti astronominių objektų fizinių savybių, tokių kaip masė ar cheminė sudėtis. „NIRSpec“gali suteikti vidutinės skiriamosios gebos spektroskopiją 1–5 μm bangos ilgio diapazone ir mažos skiriamosios gebos spektroskopiją su 0,6–5 μm bangos ilgiu. Prietaisas susideda iš daugybės ląstelių, turinčių individualų valdymą, o tai leidžia sutelkti dėmesį į konkrečius objektus, „filtruojant“nereikalingą spinduliuotę.
FGS / NIRISS. Tai pora, susidedanti iš tikslaus taikymo jutiklio ir artimojo infraraudonųjų spindulių vaizdo įtaiso su beplyšiu spektrografu. Dėl tikslaus kreipiamojo jutiklio (FGS) teleskopas galės sufokusuoti kuo tiksliau, o NIRISS dėka mokslininkai ketina atlikti pirmuosius teleskopo orbitinius bandymus, kurie suteiks bendrą supratimą apie jo būklę. Taip pat manoma, kad vaizdavimo prietaisas atliks svarbų vaidmenį stebint tolimas planetas.
Formaliai jie ketina teleskopą valdyti nuo penkerių iki dešimties metų. Tačiau, kaip rodo praktika, šį laikotarpį galima pratęsti neribotą laiką. O „Jamesas Webbas“gali mums suteikti daug daugiau naudingos ir tiesiog įdomios informacijos, nei kas galėtų įsivaizduoti. Be to, dabar net neįmanoma įsivaizduoti, koks „monstras“pakeis „Jamesą Webbą“ir kiek kainuos jo statyba.
Dar 2018 m. Pavasarį projekto kaina padidėjo iki neįsivaizduojamų 9,66 mlrd. JAV dolerių. Palyginimui, NASA metinis biudžetas yra maždaug 20 mlrd. USD, o „Hubble“statybos metu - 2,5 mlrd. USD. Kitaip tariant, Jamesas Webbas jau įėjo į istoriją kaip brangiausias teleskopas ir vienas brangiausių projektų kosminių tyrimų istorijoje. Tik Mėnulio programa, Tarptautinė kosminė stotis, pervežimai ir GPS pasaulinė padėties nustatymo sistema kainuoja daugiau. Tačiau „Jamesas Webbas“turi viską į priekį: jo kaina gali dar labiau pakilti. Ir nors jo statyboje dalyvavo ekspertai iš 17 šalių, liūto dalis finansavimo vis dar gula ant JAV pečių. Tikėtina, kad taip bus ir toliau.
