James Webb Vesmírný dalekohled: datum zahájení, vybavení

Při každém dalším centimetru clony je každá další sekunda pozorovacího času a každý další atom atmosférického rušení odstraněna z pohledu dalekohledu, je lepší, hlouběji a srozumitelněji vidět vesmír.

25 let "Hubble"

Když Hubbleův dalekohled začal působit v roce 1990, otevřel novou éru v kosmické astronomii. Už nebylo nutné bojovat s atmosférou, starat se o mraky nebo elektromagnetické blikání. Všechno, co bylo nutné, bylo nasazení satelitu na cíl, stabilizaci a shromažďování fotonů. Po dobu 25 let se vesmírné teleskopy začaly pokrývat celé elektromagnetické spektrum, které nám umožnilo poprvé uvažovat o vesmíru při každé vlnové délce světla.

Ale když naše poznání vzrostlo, naše porozumění neznámému také narostlo. Čím více se podíváme do Vesmíru, tím hlubší minulost vidíme: konečné množství času od Velkého třesku v kombinaci s konečnou rychlostí světla poskytuje hranici toho, co můžeme pozorovat. Kromě toho expanze prostoru sama funguje proti nám, táhnoucí se vlnová délka světla hvězdy, zatímco cestuje vesmírem do očí. Dokonce i Hubbleův kosmický dalekohled, který nám dává nejhlubší a nejvíce vzrušující obraz vesmíru, který jsme kdy objevili, je v tomto ohledu omezené.

Nevýhody Hubbleu

Hubble je úžasný dalekohled, ale má řadu základních omezení:

• Pouze 2,4 m v průměru, což omezuje rozlišení.
• Přes povlak s reflexními materiály je stále vystaven přímému slunečnímu záření, které se ohřívá. To znamená, že vzhledem k tepelným účinkům nemůže pozorovat vlnovou délku světla více než 1,6 μm.
• Kombinace omezeného světla a vlnových délek, na které je citlivá, znamená, že dalekohled může vidět galaxie starší než 500 milionů let.

Tyto galaxie jsou krásné, vzdálené a existovaly, když vesmír byl jen asi 4% svého současného věku. Ale je známo, že hvězdy a galaxie existovaly ještě dříve.

Chcete-li vidět to, dalekohled musí mít vyšší citlivost. To znamená přechod na delší vlnové délky a nižší teploty než Hubble. Proto je vytvořen vesmírný dalekohled James Webb.

Vyhlídky pro vědu

James Webb Space Telescope (JWST) je určen k překonání těchto omezení je: 6,5 m Průměr dalekohledu sbírá 7 krát více světla než „Hubble“. To otevírá možnost ultra vysokým rozlišením spektroskopie od 600 nm do 6 mikronů (4 krát větší, než je vlnová délka, která je schopna vidět „HST“) pozorovat středu infračerveného pásma s vyšší citlivostí, než kdykoliv předtím. JWST využívá pasivní chlazení na teplotu povrchu Pluta a je schopen aktivně chladit mid-infračervená zařízení až do výše 7 K. teleskopu Jamese Webba umožní dělat vědu jako nikdo předtím, než se tak nestane.

Umožní:

• Sledujte nejčasnější galaxie, které se kdy vytvořily;
• prozkoumat neutrální plyn a vyzkoušet první hvězdy a reionizaci Vesmíru;
• provádět spektroskopickou analýzu prvních hvězd (populace III), která vznikla po Velkém třesku;
• získat úžasné překvapení, jako objev nejdříve supermasivní černé díry a kvazar ve vesmíru.

Úroveň vědeckého výzkumu JWST není podobná ničemu v minulosti, a proto byl dalekohled vybrán jako vlajková loď NASA v roce 2010.

Vědecké mistrovské dílo

Z technického hlediska je nový dalekohled společnosti James Webb skutečným uměleckým dílem. Projekt prošel dlouhou cestou: došlo k překročení rozpočtu, zpoždění a nebezpečí zrušení projektu. Po zásahu nového vedení se všechno změnilo. Projekt náhle pracoval jako hodiny, byly přiděleny finanční prostředky, byly vzaty v úvahu chyby, závady a problémy a tým JWST se začal hodit do všech podmínek, plánů a rozpočtových rámců. Spuštění je naplánováno na říjen 2018 na raketě Ariane-5. Tým neplní jen rozvrh, má zbývajících devíti měsíců, aby zohlednil všechny nepředvídané situace, takže je vše shromážděno a připraveno k tomuto datu.

Dalekohled James Webb se skládá ze 4 hlavních částí.

Optický blok

Zahrnuje všechny zrcadla, z nichž nejúčinnější osmnáct primárních segmentovaných zlacených zrcadel. Budou se využívat ke shromažďování vzdáleného hvězdného světla a zaměřují se na nástroje pro analýzu. Všechna tato zrcadla jsou nyní připravená a bezvadná, a to přesně podle plánu. Na konci sestavy budou složeny do kompaktní konstrukci má být spuštěn ve vzdálenosti více než 1 milion kilometrů od Země k L2 Lagrangeova bodu, a pak se automaticky zapne tvořit voštinovou strukturu, která po mnoho let bude shromažďovat Outbound světlo. To je opravdu krásná věc a úspěšný výsledek titanického úsilí mnoha odborníků.

Blízko infračervená kamera

"Webb" je vybaven čtyřmi vědeckými nástroji, které jsou již připraveny na 100%. Hlavním fotoaparátem dalekohledu je kamera blízké infračervené oblasti: od viditelného oranžového světla až po hluboké infračervené světlo. Bude poskytovat nebývalé obrazy nejstarších hvězd, nejmladších galaxií, které jsou stále v procesu formace, mladých hvězd Mléčné dráhy a blízkých galaxií, stovek nových objektů v pásmu Kuiper. Je optimalizován pro přímou vizualizaci planet kolem jiných hvězd. Bude to hlavní kamera používaná většinou pozorovatelů.

Spektrograf blízké infračervené

Tento nástroj nejen rozděluje světlo na samostatné vlnové délky, ale dokáže to udělat i pro více než 100 samostatných objektů najednou! Toto zařízení bude univerzální spektrograf "Webba", který je schopen pracovat ve třech různých režimech spektroskopie. Byl postaven Evropská kosmická agentura, ale mnoho prostředků, včetně detektorů a vícevrstvé baterie, je poskytováno Centrem letového provozu Space Flight Center. Goddard (NASA). Toto zařízení bylo testováno a je připraveno k instalaci.

Středně infračervený přístroj

Přístroj bude využíván pro širokopásmovou vizualizaci, což znamená, že s jeho pomocí získáte nejpozoruhodnější obrázky ze všech nástrojů Webb. Vědecky to bude nejužitečnější při měření protoplanetárních disků kolem mladých hvězd, měření a vizualizace bezprecedentní přesnosti objektů Kuiper Belt a prachu vyhřívaného světlem hvězd. Bude to jediný nástroj s kryogenním chlazením až na 7 K. Ve srovnání s vesmírným teleskopem Spitzer to zlepší výsledky 100krát.

Neutrální IR spektrograf (NIRISS)

Přístroj vytvoří:

• širokospektrální spektroskopie v rozsahu blízkých infračervených vlnových délek (1,0 - 2,5 μm);
• mizerná spektroskopie jednoho objektu ve viditelné a infračervené oblasti (0,6 - 3,0 μm);
• aperture maskování interferometrie při vlnových délkách 3,8-4,8 μm (kde se očekávají první hvězdy a galaxie);
• rozsáhlý průzkum celého zorného pole.

Tento nástroj byl vytvořen kanadskou kosmickou agenturou. Po absolvování kryogenního testu bude také připraven k integraci do přístrojové části dalekohledu.

Slunečník

Vesmírné dalekohledy ještě nebyly vybaveny. Jedním z nejstrašivějších aspektů každého startu je použití zcela nového materiálu. Místo toho, aby chladicí celou sondu aktivně na jedno použití spotřebního chladiva, James Webb dalekohled používá zcela novou technologii - 5-vrstva sluneční clona, ​​které mají být nasazeny tak, aby odrážel sluneční záření z dalekohledu. Pět 25metrových listů bude spojeno titanovými tyčemi a instalováno po nasazení dalekohledu. Ochrana byla testována v letech 2008 a 2009. Plné modely, které se účastnily laboratorních testů, dělaly vše, co zde musely udělat na Zemi. To je krásná inovace.

Kromě toho je také neuvěřitelná koncepce: není jen blokovat světlo ze slunce a dal dalekohled ve stínu, a to dělá tak, že veškeré teplo vyzařované ve směru opačném k orientaci dalekohledu. Každá z pěti vrstev ve vakuovém prostoru bude studená jako vzdálenost z vnějšku, aby něco teplejší, než je teplota povrchu - kolem 350 až 360 K. Teplota poslední vrstva by měla klesnout na 37-40 K, který je chladnější než povrch v noci Pluto.

Navíc byla přijata významná opatření k ochraně proti nepříznivému prostředí hlubokého prostoru. Jednou z věcí, které se zde dotčeným jsou drobné kamínky velikosti oblázky, písek, prach a ještě méně do meziplanetárního prostoru letící rychlostí v řádu desítek či dokonce stovek tisíců km / h. Tyto mikrometeoritů jsou schopny prodelyvat malé, mikroskopické otvory ve všem, se kterými se setkávají: kosmické lodě, vesmírné obleky, zrcadla, dalekohledy a mnoho dalšího. V případě, že zrcadlo bude mít pouze promáčknutí nebo díry, mírné snížení množství dostupného „dobrého světla“, solární panel může být odtržena od okraje k okraji, který způsobí, že celá vrstva zbytečné. Na boj proti tomuto jevu se použil skvělý nápad.

Celý sluneční štít byl rozdělen na úseky takovým způsobem, že pokud je jedna, dvě nebo dokonce tři malá mezera, vrstva se nerozlomí dále, jako prasklina na čelním skle auta. Segmentace zachová celou strukturu celku, což je důležité pro prevenci degradace.

Kosmické lodě: montážní a řídicí systémy

Toto je nejběžnější složka, protože existují všechny vesmírné dalekohledy a vědecké mise. Na JWST je jedinečný, ale také zcela připravený. Všechno, co ještě musí udělat generální dodavatel projektu Northrop Grumman, je dokončit štít, sestavit dalekohled a otestovat ho. Zařízení bude připraveno začít za 2 roky.

10 let objevů

Pokud bude vše v pořádku, lidstvo bude na pokraji velkých vědeckých objevů. Závoj neutrálního plynu, který je stále ve stínu přehled prvních hvězd a galaxií, je vyřešen infračervené schopnosti „Webb“ a jeho enormní svítivostí. To bude největší, nejcitlivější dalekohled s velkým rozsahem vlnových délek od 0,6 do 28 mikrometrů (lidské oko vidí od 0,4 do 0,7 mikrometrů) z dob. Očekává se, že poskytne deset let pozorování.

Podle NASA bude termín "Webba" od 5,5 do 10 let. To je omezeno množstvím paliva, které je potřebné pro udržení oběžné dráhy a životnost elektroniky a zařízení v drsných podmínkách prostoru. Dalekohled společnosti James Webb bude obsahovat rezervu paliva po celé desetileté období a 6 měsíců po uvedení do provozu bude provedeno testování letové podpory, což zaručí 5 let vědecké práce.

Co se může pokazit?

Hlavním limitujícím faktorem je množství paliva na palubě. Když skončí, satelit se odtáhne z Lagrangianského bodu L2 a vstoupí na chaotickou oběžnou dráhu v bezprostřední blízkosti Země.

Kóma tohoto může být další potíže:

• zhoršení zrcadel, které ovlivní množství shromážděného světla a vytvoří artefakty obrazu, ale nepoškodí další provoz dalekohledu;
• selhání části nebo celé sluneční clony, což povede ke zvýšení teploty kosmické lodi a zužuje rozsah použitých vlnových délek na velmi blízké infračervené záření (2-3 μm);
• zhroucení chladicího systému prostředního prostředku IR, který znemožní použití, ale neovlivní jiné nástroje (od 0,6 do 6 mikronů).

Nejtěžší test, který dalekohled Jamese Webba očekává, je spuštění a spuštění do dané orbity. Právě tyto situace byly testovány a úspěšně prošly.

Revoluce ve vědě

Pokud dalekohled James Webb pracuje v normálním režimu, bude mít dostatek paliva, aby zajistila jeho provoz od roku 2018 do roku 2028. Kromě toho existuje potenciál doplňování paliva, který by mohl prodloužit životnost dalekohledu další dekádu. Stejně jako Hubble byl vykořisťován po dobu 25 let, JWST mohl poskytnout generaci revoluční vědy. V říjnu 2018 uvede raketoplán Ariane-5 do orbity budoucnost astronomie, která po více než deseti letech tvrdé práce bude připravena začít přinášet ovoce. Budoucnost vesmírných teleskopů už téměř přišla.