Mély űr kísértetek
Valaki egyszer azt mondta: a Hubble alkotóinak emlékművet kell felállítaniuk a Föld minden nagyobb városában. Sok érdeme van. Például ennek a távcsőnek a segítségével a csillagászok lefényképezték a nagyon távoli UDFj-39546284 galaxist. 2011 januárjában a tudósok kiderítették, hogy körülbelül 150 millió fényévvel található a korábbi rekordtulajdonosnál - UDFy -38135539 -. A Galaxy UDFj-39546284 13,4 milliárd fényévnyire van tőlünk. Vagyis a Hubble olyan csillagokat látott, amelyek több mint 13 milliárd évvel ezelőtt léteztek, 380 millió évvel az ősrobbanás után. Ezek a tárgyak valószínűleg sokáig nem "élnek": csak a rég halott csillagok és galaxisok fényét látjuk.
De a Hubble űrteleszkóp minden érdeme ellenére az elmúlt évezred technológiája: 1990 -ben indult útjára. Természetesen a technológia nagyot lépett előre az évek során. Ha a Hubble távcső a mi korunkban jelent volna meg, képességei kolosszális módon felülmúlták volna az eredeti verziót. Így jött létre James Webb.
Miért hasznos a "James Webb"?
Az új távcső, akárcsak őse, szintén egy keringő infravörös obszervatórium. Ez azt jelenti, hogy fő feladata a hősugárzás tanulmányozása lesz. Emlékezzünk vissza, hogy egy bizonyos hőmérsékletre felmelegített tárgyak energiát bocsátanak ki az infravörös spektrumban. A hullámhossz a fűtési hőmérséklettől függ: minél magasabb, annál rövidebb a hullámhossz és annál intenzívebb a sugárzás.
Van azonban egy fogalmi különbség a teleszkópok között. A Hubble alacsony Föld körüli pályán van, vagyis körülbelül 570 km magasságban kering a Föld körül. James Webb a Nap-Föld rendszer L2-es Lagrange-pontjában glóriapályára kerül. A Nap körül fog forogni, és ellentétben a Hubble -val, a Föld nem fog beleavatkozni. A probléma azonnal felmerül: minél távolabb van egy tárgy a Földtől, annál nehezebb kapcsolatba lépni vele, ezért nagyobb a veszélye annak elvesztésére. Ezért "James Webb" bolygónkkal szinkronban mozog a csillag körül. Ebben az esetben a távcső távolsága a Földtől 1,5 millió km lesz a Naptól ellenkező irányba. Összehasonlításképpen: a Föld és a Hold közötti távolság 384 403 km. Vagyis, ha a James Webb berendezés meghibásodik, akkor nagy valószínűséggel nem lesz javítva (kivéve a távvezérlést, ami komoly technikai korlátokat szab). Ezért egy ígéretes távcső nemcsak megbízható, de szuper megbízható is. Ez részben annak köszönhető, hogy az indulási dátumot folyamatosan elhalasztják.
James Webbnek van még egy fontos különbsége. A berendezés lehetővé teszi számára, hogy olyan ősi és hideg tárgyakra koncentráljon, amelyeket Hubble nem látott. Így megtudjuk, mikor és hol jelentek meg az első csillagok, kvazárok, galaxisok, galaxishalmazok és szuperhalmazok.
Az új távcső legérdekesebb leletei az exobolygók. Pontosabban, a sűrűségük meghatározásáról beszélünk, amely lehetővé teszi számunkra, hogy megértsük, milyen típusú objektum áll előttünk, és hogy egy ilyen bolygó potenciálisan lakható -e. James Webb segítségével a tudósok abban is reménykednek, hogy adatokat gyűjtenek a távoli bolygók tömegeiről és átmérőiről, és ez új adatokat tár fel az otthoni galaxisról.
A távcső felszerelése lehetővé teszi a hideg exobolygók észlelését, amelyek felületi hőmérséklete legfeljebb 27 ° C (bolygónk felszínének átlagos hőmérséklete 15 ° C). A "James Webb" képes lesz megtalálni az ilyen objektumokat, amelyek több mint 12 csillagászati egységnyi távolságra (vagyis a Földtől a Napig) vannak a csillagoktól, és távol vannak a Földtől, legfeljebb 15 fény távolságban évek. Komoly tervek érintik a bolygók légkörét. A Spitzer és a Hubble távcsövek mintegy száz gázburokról tudtak információt gyűjteni. Szakértők szerint az új teleszkóp képes lesz legalább háromszáz különböző exobolygó atmoszférájának felfedezésére.
Külön kiemelendő pont a hipotetikus III. Típusú csillagpopulációk keresése, amelyeknek az ősrobbanás után megjelent első csillaggenerációt kell képezniük. A tudósok szerint ezek nagyon nehéz, rövid élettartamú világítótestek, amelyek természetesen már nem léteznek. Ezeknek az objektumoknak nagy tömege volt a klasszikus termonukleáris reakcióhoz szükséges szénhiány miatt, amelyben a nehéz hidrogén könnyű héliummá alakul, a felesleges tömeg pedig energiává. Mindezek mellett az új teleszkóp részletesen tanulmányozhatja a korábban feltáratlan helyeket, ahol csillagok születnek, ami a csillagászat szempontjából is nagyon fontos.
- A legősibb galaxisok keresése és tanulmányozása;
- Földszerű exobolygók keresése;
- A harmadik típusú csillagpopulációk kimutatása;
- A "csillagbölcsők" feltárása
Tervezési jellemzők
A készüléket két amerikai cég - a Northrop Grumman és a Bell Aerospace - fejlesztette ki. A James Webb űrtávcső a mérnöki munka remekműve. Az új teleszkóp súlya 6, 2 tonna - összehasonlításképpen a Hubble tömege 11 tonna. Hossza eléri a 20 métert, magassága megegyezik egy háromszintes épületével. A James Webb űrtávcső legnagyobb része hatalmas napvédő. Ez az alapja az egész szerkezetnek, polimer filmből. Az egyik oldalon vékony alumíniumréteg borítja, a másik oldalon pedig fém szilícium.
A napvédő többrétegű. A köztük lévő üregeket vákuum tölti ki. Erre azért van szükség, hogy megvédje a berendezést a „hőgutától”. Ez a megközelítés lehetővé teszi az ultraérzékeny mátrixok lehűtését –220 ° C -ra, ami nagyon fontos a távoli tárgyak megfigyelésekor. A tény az, hogy a tökéletes érzékelők ellenére nem láthattak tárgyakat a "James Webb" egyéb "forró" részletei miatt.
A szerkezet közepén egy hatalmas tükör található. Ez egy "felépítmény", amelyre szükség van a fénysugarak fókuszálásához - a tükör kiegyenesíti őket, tiszta képet alkotva. A James Webb távcső fő tükrének átmérője 6,5 m. 18 blokkot tartalmaz: a hordozórakéta indítása során ezek a szegmensek kompakt formában lesznek, és csak az űrhajó pályára lépése után nyílnak meg. Minden szegmensnek hat sarka van, hogy a lehető legjobban kihasználják a rendelkezésre álló helyet. A tükör lekerekített alakja pedig lehetővé teszi a fény legjobb fókuszálását az érzékelőkre.
A tükör gyártásához a berilliumot választották - viszonylag kemény, világos szürke színű fém, amelyet többek között magas költségek jellemeznek. Ennek a választásnak az előnyei közé tartozik, hogy a berillium még nagyon alacsony hőmérsékleten is megőrzi alakját, ami nagyon fontos a helyes információgyűjtéshez.
Tudományos eszközök
Egy ígéretes távcső felülvizsgálata hiányos lenne, ha nem a fő műszereire összpontosítanánk:
MIRI. Ez egy közepes infravörös eszköz. Tartalmaz egy kamerát és egy spektrográfot. A MIRI többféle arzén-szilícium érzékelőt tartalmaz. Ennek az eszköznek az érzékelőinek köszönhetően a csillagászok remélik, hogy figyelembe veszik a távoli objektumok vörös eltolódását: csillagokat, galaxisokat és még kis üstökösöket is. A kozmológiai vöröseltolódást a sugárzási frekvenciák csökkenésének nevezik, amit a világegyetem tágulása miatt a források egymástól való dinamikus távolsága magyaráz. A legérdekesebb az, hogy nem csak az adott vagy másik távoli objektum javításáról van szó, hanem arról, hogy nagy mennyiségű adatot szerezzünk be a tulajdonságairól.
A NIRCam vagy a közeli infravörös kamera a távcső fő képalkotó egysége. A NIRCam a higany-kadmium-tellúr érzékelők komplexuma. A NIRCam eszköz működési tartománya 0,6-5 mikron. Nehéz elképzelni, hogy a NIRCam milyen titkokat segít feltárni. A tudósok például ezzel szeretnék létrehozni a sötét anyag térképét az úgynevezett gravitációs lencsés módszerrel, azaz gravitációs mezőjük alapján találják meg a sötét anyag vérrögét, ami a közeli elektromágneses sugárzás pályájának görbületén észlelhető.
NIRSpec. Közeli infravörös spektrográf nélkül lehetetlen lenne meghatározni a csillagászati tárgyak fizikai tulajdonságait, például a tömeget vagy a kémiai összetételt. A NIRSpec képes 1-5 μm hullámhossztartományban közepes felbontású spektroszkópiát és 0,6-5 μm hullámhosszú kis felbontású spektroszkópiát biztosítani. A készülék sok, egyedi vezérlésű cellából áll, amely lehetővé teszi, hogy bizonyos tárgyakra összpontosítson, "kiszűrje" a felesleges sugárzást.
FGS / NIRISS. Ez egy pár, amely egy precíziós célzó érzékelőből és egy közeli infravörös képalkotó eszközből áll, résmentes spektrográffal. A precíziós irányító szenzornak (FGS) köszönhetően a távcső a lehető legpontosabban képes fókuszálni, és a NIRISS -nek köszönhetően a tudósok a távcső első pályatesztjeit kívánják elvégezni, amelyek általános képet adnak állapotáról. Azt is gondolják, hogy a képalkotó eszköz fontos szerepet játszik a távoli bolygók megfigyelésében.
Formálisan öt -tíz évig kívánják üzemeltetni a távcsövet. Amint azonban a gyakorlat azt mutatja, ez az időszak a végtelenségig meghosszabbítható. A "James Webb" pedig sokkal hasznosabb és egyszerűen érdekesebb információkkal szolgálhat, mint bárki el tudná képzelni. Sőt, most már elképzelni sem lehet, hogy milyen "szörny" fogja felváltani "James Webb" -t, és mennyibe kerül az építése.
Még 2018 tavaszán a projekt ára elképzelhetetlen 9,66 milliárd dollárra emelkedett. Összehasonlításképpen: a NASA éves költségvetése körülbelül 20 milliárd dollár, a Hubble pedig az építés idején 2,5 milliárd dollárt ért. Más szóval, James Webb már a legdrágább távcsőként és az egyik legdrágább projektként vonult be a történelembe az űrkutatás történetében. Csak a holdprogram, a Nemzetközi Űrállomás, a transzferek és a GPS globális helymeghatározó rendszer kerül többe. A „James Webb” -nek azonban minden előtte áll: ára még tovább emelkedhet. És bár 17 ország szakértői vettek részt az építkezésben, a finanszírozás oroszlánrésze továbbra is az Egyesült Államok vállán nyugszik. Feltehetően ez így is lesz a továbbiakban.
