S každým centimetrom apertúry navyše, každou ďalšou sekundou pozorovacieho času a každým ďalším atómom atmosférického neporiadku odstráneným zo zorného poľa ďalekohľadu možno vesmír vidieť lepšie, hlbšie a jasnejšie.
25 rokov Hubbleovho teleskopu
Keď v roku 1990 začal fungovať Hubblov teleskop, začala nová éra v astronómii – vesmír. Už nebol žiadny boj s atmosférou, žiadna starosť o mraky alebo elektromagnetické blikanie. Všetko, čo bolo potrebné, bolo rozmiestniť satelit k cieľu, stabilizovať ho a zbierať fotóny. V priebehu 25 rokov začali vesmírne teleskopy pokrývať celé elektromagnetické spektrum, čo po prvý raz umožnilo vidieť vesmír pri každej vlnovej dĺžke svetla.
Ako sa však naše vedomosti zväčšovali, narastalo aj naše chápanie neznámeho. Čím ďalej sa pozeráme do vesmíru, tým hlbšiu minulosť vidíme: konečný čas od Veľkého tresku v kombinácii s konečnou rýchlosťou svetla poskytuje hranicu toho, čo môžeme pozorovať. Navyše samotná expanzia priestoru pôsobí proti nám naťahovaním vlnovej dĺžkysvetlo hviezd, ktoré putuje vesmírom k našim očiam. Dokonca aj Hubbleov vesmírny teleskop, ktorý nám poskytuje najhlbší a najúchvatnejší obraz vesmíru, aký sme kedy objavili, je v tomto smere obmedzený.
Nevýhody Hubbleovho teleskopu
Hubble je úžasný ďalekohľad, ale má niekoľko základných obmedzení:
- Len 2,4m v priemere, čo obmedzuje jeho rozlíšenie.
- Napriek tomu, že je pokrytý reflexnými materiálmi, je neustále vystavený priamemu slnečnému žiareniu, ktoré ho zahrieva. To znamená, že kvôli tepelným účinkom nemôže pozorovať vlnové dĺžky svetla väčšie ako 1,6 µm.
- Kombinácia obmedzenej apertúry a vlnových dĺžok, na ktoré je citlivý, znamená, že teleskop môže vidieť galaxie nie staršie ako 500 miliónov rokov.
Tieto galaxie sú nádherné, vzdialené a existovali, keď mal vesmír len asi 4 % svojho súčasného veku. Ale je známe, že hviezdy a galaxie existovali ešte skôr.
Aby ste to videli, musí mať ďalekohľad vyššiu citlivosť. To znamená prechod na dlhšie vlnové dĺžky a nižšie teploty ako Hubbleov teleskop. Preto sa stavia vesmírny teleskop Jamesa Webba.
Vyhliadky pre vedu
Vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST) je navrhnutý tak, aby prekonal presne tieto obmedzenia: s priemerom 6,5 m zachytí teleskop 7-krát viac svetla ako Hubbleov teleskop. Otvára saultraspektroskopia s vysokým rozlíšením od 600 nm do 6 µm (4-násobok vlnovej dĺžky, ktorú môže vidieť Hubbleov teleskop), aby bolo možné vykonávať pozorovania v strednej infračervenej oblasti spektra s vyššou citlivosťou než kedykoľvek predtým. JWST využíva pasívne chladenie na povrchovú teplotu Pluta a je schopné aktívne chladiť stredné infračervené prístroje až na 7K.
Dovolí:
- pozorovať najskoršie galaxie, aké sa kedy vytvorili;
- vidieť cez neutrálny plyn a skúmať prvé hviezdy a reionizáciu vesmíru;
- vykonajte spektroskopickú analýzu úplne prvých hviezd (populácia III), ktoré vznikli po Veľkom tresku;
- získajte úžasné prekvapenia, ako je objavenie prvých supermasívnych čiernych dier a kvazarov vo vesmíre.
Úroveň vedeckého výskumu JWST sa nepodobá ničomu v minulosti, a preto bol teleskop vybraný ako vlajková loď NASA v roku 2010.
Vedecké majstrovské dielo
Z technického hľadiska je nový teleskop Jamesa Webba skutočným umeleckým dielom. Projekt prešiel dlhou cestou: došlo k prekročeniu rozpočtu, oneskoreniu harmonogramu a nebezpečenstvu zrušenia projektu. Po zásahu nového vedenia sa všetko zmenilo. Projekt zrazu fungoval ako hodinky, financie sa prideľovali, brali do úvahy chyby, zlyhania a problémy a tím JWST začal zapadať dovšetky termíny, harmonogramy a rozpočtové rámce. Štart zariadenia je naplánovaný na október 2018 na rakete Ariane-5. Tím sa nielen drží harmonogramu, ale má ešte deväť mesiacov na to, aby vyúčtoval všetky nepredvídané udalosti, aby sa uistil, že je všetko zbalené a pripravené na daný dátum.
Teleskop Jamesa Webba sa skladá zo 4 hlavných častí.
Optický blok
Zahŕňa všetky zrkadlá, z ktorých osemnásť primárnych segmentových pozlátených zrkadiel je najúčinnejších. Budú použité na zber vzdialeného svetla hviezd a jeho zameranie na nástroje na analýzu. Všetky tieto zrkadlá sú teraz pripravené a bezchybné, vyrobené presne podľa plánu. Po zložení budú zložené do kompaktnej konštrukcie, ktorá bude vypustená viac ako 1 milión km zo Zeme do bodu L2 Lagrange a potom sa automaticky rozmiestni, aby vytvorila štruktúru včelieho plástu, ktorá bude zhromažďovať ultra dlhé roky svetlo. Toto je naozaj krásna vec a úspešný výsledok titánskeho úsilia mnohých špecialistov.
Infračervená kamera
Webb je vybavený štyrmi vedeckými prístrojmi, ktoré sú 100% kompletné. Hlavná kamera ďalekohľadu je blízka IR kamera od viditeľného oranžového svetla po hlboké infračervené svetlo. Poskytne bezprecedentné snímky najstarších hviezd, najmladších galaxií, ktoré sú ešte v procese formovania, mladých hviezd Mliečnej dráhy a blízkych galaxií, stoviek nových objektov v Kuiperovom páse. Ona jeoptimalizované na priame zobrazovanie planét okolo iných hviezd. Toto bude hlavný fotoaparát používaný väčšinou pozorovateľov.
Spektrograf v blízkej infračervenej oblasti
Tento nástroj nielenže rozdeľuje svetlo na samostatné vlnové dĺžky, ale je schopný to urobiť pre viac ako 100 samostatných objektov súčasne! Tento prístroj bude univerzálny Webba spektrograf schopný pracovať v 3 rôznych režimoch spektroskopie. Postavila ho Európska vesmírna agentúra, no mnohé komponenty vrátane detektorov a batérie s viacerými bránami poskytlo Centrum pre vesmírne lety. Goddard (NASA). Toto zariadenie bolo testované a je pripravené na inštaláciu.
Stredný infračervený prístroj
Zariadenie sa bude používať na širokopásmové zobrazovanie, to znamená, že bude produkovať najpôsobivejšie obrázky zo všetkých nástrojov Webb. Z vedeckého hľadiska bude najužitočnejší pri meraní protoplanetárnych diskov okolo mladých hviezd, meraní a zobrazovaní objektov Kuiperovho pásu a prachu zahrievaného svetlom hviezd s bezprecedentnou presnosťou. Bude to jediný prístroj, ktorý bude kryogénne chladený na 7 K. V porovnaní s vesmírnym teleskopom Spitzer to zlepší výsledky o faktor 100.
Slitless Near-IR Spectrograph (NIRISS)
Zariadenie vám umožní vyrábať:
- širokouhlá spektroskopia v blízkych infračervených vlnových dĺžkach (1,0 – 2,5 µm);
- grism spektroskopia jedného objektu vviditeľný a infračervený rozsah (0,6 – 3,0 mikrónov);
- interferometria maskujúca apertúru pri vlnových dĺžkach 3,8 – 4,8 µm (kde sa očakávajú prvé hviezdy a galaxie);
- snímanie celého zorného poľa so širokým rozsahom.
Tento nástroj vytvorila Kanadská vesmírna agentúra. Po prejdení kryogénnym testovaním bude tiež pripravený na integráciu do prístrojového priestoru ďalekohľadu.
Slnečný štít
Vesmírne teleskopy nimi ešte neboli vybavené. Jedným z najviac zastrašujúcich aspektov každého uvedenia na trh je použitie úplne nového materiálu. Namiesto aktívneho chladenia celej kozmickej lode pomocou jednorazového spotrebného chladiva využíva teleskop Jamesa Webba úplne novú technológiu, 5-vrstvovú slnečnú clonu, ktorá bude nasadená na odraz slnečného žiarenia z teleskopu. Päť 25-metrových plátov bude spojených titánovými tyčami a inštalovaných po nasadení ďalekohľadu. Ochrana bola testovaná v rokoch 2008 a 2009. Modely v plnom rozsahu, ktoré sa zúčastnili laboratórnych testov, robili všetko, čo tu na Zemi robiť mali. Toto je krásna inovácia.
Je to tiež neuveriteľný koncept: nielen blokovať svetlo zo Slnka a umiestniť teleskop do tieňa, ale urobiť to tak, aby všetko teplo bolo vyžarované v opačnom smere, ako je orientácia teleskopu. Každá z piatich vrstiev vo vesmírnom vákuu sa ochladzuje, keď sa vzďaľuje od vonkajšej strany, ktorá bude o niečo teplejšia ako teplota.povrch Zeme - asi 350-360 K. Teplota poslednej vrstvy by mala klesnúť na 37-40 K, čo je chladnejšie ako v noci na povrchu Pluta.
Okrem toho boli prijaté významné opatrenia na ochranu pred drsným prostredím hlbokého vesmíru. Jednou z vecí, ktorých sa tu treba obávať, sú drobné kamienky veľkosti kamienkov, zrnká piesku, zrnká prachu a ešte menšie, ktoré lietajú medziplanetárnym priestorom rýchlosťou desiatok či dokonca stoviek tisíc kilometrov za hodinu. Tieto mikrometeority sú schopné vytvárať drobné mikroskopické diery vo všetkom, s čím sa stretnú: kozmické lode, obleky astronautov, zrkadlá teleskopov a ďalšie. Ak sú na zrkadlách iba priehlbiny alebo diery, čo mierne znižuje množstvo dostupného „dobrého svetla“, solárny štít sa môže roztrhnúť od okraja k okraju, čím sa celá vrstva stane zbytočnou. Na boj proti tomuto fenoménu bol použitý skvelý nápad.
Celý solárny štít je rozdelený na sekcie tak, že ak je v jednej, dvoch alebo aj troch z nich malá medzera, vrstva sa ďalej neroztrhne ako prasklina na čelnom skle. auto. Rozdelenie udrží celú štruktúru neporušenú, čo je dôležité, aby sa zabránilo degradácii.
Vesmírna loď: montážne a riadiace systémy
Toto je najbežnejší komponent, ako majú všetky vesmírne teleskopy a vedecké misie. V JWST je jedinečný, ale aj kompletne pripravený. Generálnemu dodávateľovi projektu, spoločnosti Northrop Grumman, zostávalo len dokončiť štít, zostaviť teleskop a otestovať ho. Stroj bude pripravený naspustenie o 2 roky.
10 rokov objavovania
Ak všetko pôjde správne, ľudstvo bude na prahu veľkých vedeckých objavov. Závoj neutrálneho plynu, ktorý doteraz zakrýval pohľad na najskoršie hviezdy a galaxie, bude eliminovaný infračervenými schopnosťami Webb a jeho obrovskou svietivosťou. Bude to najväčší, najcitlivejší ďalekohľad, aký bol kedy vyrobený, s obrovským rozsahom vlnových dĺžok 0,6 až 28 mikrónov (ľudské oko vidí 0,4 až 0,7 mikrónu). Očakáva sa, že poskytne desaťročie pozorovaní.
Podľa NASA bude životnosť misie Webb od 5,5 do 10 rokov. Je obmedzená množstvom paliva potrebného na udržanie obežnej dráhy a životnosťou elektroniky a vybavenia v drsnom vesmírnom prostredí. Orbitálny teleskop Jamesa Webba ponesie palivo počas celého 10-ročného obdobia a 6 mesiacov po štarte prebehne testovanie podpory letu, čo zaručuje 5 rokov vedeckej práce.
Čo sa môže pokaziť?
Hlavným limitujúcim faktorom je množstvo paliva na palube. Keď skončí, satelit sa vzdiali od bodu L2 Lagrange a vstúpi na chaotickú obežnú dráhu v bezprostrednej blízkosti Zeme.
Poďte s tým, môžu nastať ďalšie problémy:
- degradácia zrkadiel, ktorá ovplyvní množstvo zhromaždeného svetla a vytvorí obrazové artefakty, ale nepoškodí ďalšiu prevádzku ďalekohľadu;
- zlyhanie časti alebo celej solárnej clony, čo povedie k jej zvýšeniuteplota kozmickej lode a zúženie použiteľného rozsahu vlnových dĺžok na veľmi blízke infračervené (2-3 µm);
- Zlyhanie systému chladenia prístroja v strednom IR, čo ho robí nepoužiteľným, ale neovplyvňuje iné prístroje (0,6 až 6 µm).
Najťažšou skúškou, ktorá čaká teleskop Jamesa Webba, je štart a vloženie na danú obežnú dráhu. Tieto situácie boli testované a úspešne dokončené.
Revolúcia vo vede
Ak bude teleskop Jamesa Webba funkčný, bude k dispozícii dostatok paliva na jeho pohon v rokoch 2018 až 2028. Okrem toho je tu potenciál na doplnenie paliva, čo by mohlo predĺžiť životnosť teleskopu o ďalšie desaťročie. Tak ako Hubbleov teleskop funguje už 25 rokov, JWST môže poskytnúť generáciu revolučnej vedy. V októbri 2018 odštartuje nosná raketa Ariane 5 na obežnú dráhu astronómie budúcnosti, ktorá je po viac ako 10 rokoch tvrdej práce pripravená začať prinášať ovocie. Budúcnosť vesmírnych teleskopov je takmer tu.
