Sügava ruumi kummitused
Keegi ütles kunagi: Hubble'i loojad peavad püstitama monumendi igasse maailma suurlinna. Tal on palju eeliseid. Näiteks on astronoomid selle teleskoobi abil pildistanud väga kauge galaktika UDFj-39546284. 2011. aasta jaanuaris avastasid teadlased, et see asub umbes 150 miljoni valgusaasta võrra kaugemal kui eelmine rekordiomanik - UDFy -38135539. Galaxy UDFj-39546284 on meist 13,4 miljardi valgusaasta kaugusel. See tähendab, et Hubble nägi tähti, mis eksisteerisid rohkem kui 13 miljardit aastat tagasi, 380 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. Need objektid pole ilmselt pikka aega "elusad": me näeme ainult kaua surnud tähtede ja galaktikate valgust.
Kuid Hubble'i kosmoseteleskoop on kõigi eeliste poolest eelmise aastatuhande tehnoloogia: see käivitati 1990. Muidugi on tehnoloogia aastate jooksul teinud suuri edusamme. Kui Hubble'i teleskoop ilmuks meie ajal, oleks selle võimalused ületanud kolossaalsel viisil algse versiooni. Nii tekkis James Webb.
Miks on James Webb kasulik?
Uus teleskoop, nagu ka tema esivanem, on ka orbiidil olev infrapuna -vaatluskeskus. See tähendab, et tema peamine ülesanne on soojuskiirguse uurimine. Tuletage meelde, et teatud temperatuurini kuumutatud objektid kiirgavad energiat infrapunaspektris. Lainepikkus sõltub kuumutamistemperatuurist: mida kõrgem see on, seda lühem lainepikkus ja intensiivsem kiirgus.
Siiski on teleskoopidel üks kontseptuaalne erinevus. Hubble asub madalal Maa orbiidil, see tähendab, et see tiirleb ümber Maa umbes 570 km kõrgusel. James Webb lastakse halo-orbiidile Päikese-Maa süsteemi L2 Lagrange punktis. See tiirleb ümber Päikese ja erinevalt olukorrast Hubble'iga ei sega Maa seda. Probleem tekib kohe: mida kaugemal on objekt Maast, seda raskem on sellega kontakti saada, seega on suurem oht selle kaotamiseks. Seetõttu liigub "James Webb" tähe ümber sünkroonis meie planeediga. Sel juhul on teleskoobi kaugus Maast 1,5 miljonit km Päikesest vastupidises suunas. Võrdluseks - kaugus Maast Kuuni on 384 403 km. See tähendab, et kui James Webbi seadmed ebaõnnestuvad, ei õnnestu neid tõenäoliselt parandada (välja arvatud kaugjuhtimine, mis seab tõsised tehnilised piirangud). Seetõttu on paljutõotav teleskoop mitte ainult usaldusväärne, vaid ka ülimalt usaldusväärne. See on osaliselt tingitud turuletoomise kuupäeva pidevast edasilükkamisest.
James Webbil on veel üks oluline erinevus. Seadmed võimaldavad tal keskenduda väga iidsetele ja külmadele objektidele, mida Hubble ei näinud. Nii saame teada, millal ja kus ilmusid esimesed tähed, kvasarid, galaktikad, galaktikate parved ja superparved.
Kõige huvitavamad leiud, mida uus teleskoop suudab teha, on eksoplaneetid. Täpsemalt öeldes räägime nende tiheduse määramisest, mis võimaldab meil mõista, mis tüüpi objekt on meie ees ja kas selline planeet võib olla potentsiaalselt elamiskõlblik. James Webbi abiga loodavad teadlased koguda andmeid ka kaugete planeetide masside ja läbimõõtude kohta ning see avab uusi andmeid kodugalaktika kohta.
Teleskoobi varustus võimaldab tuvastada külmi eksoplaneete, mille pinnatemperatuur on kuni 27 ° C (keskmine temperatuur meie planeedi pinnal on 15 ° C)."James Webb" suudab leida selliseid objekte, mis asuvad nende tähtedest rohkem kui 12 astronoomilise ühiku kaugusel (see tähendab kaugus Maast Päikeseni) ja kaugel Maast kuni 15 valguse kaugusel aastat. Tõsised plaanid puudutavad planeetide atmosfääri. Spitzeri ja Hubble'i teleskoobid suutsid koguda teavet umbes saja gaasikesta kohta. Ekspertide sõnul on uue teleskoobiga võimalik uurida vähemalt kolmsada atmosfääri erinevaid eksoplaneete.
Eraldi esiletõstmist vääriv punkt on hüpoteetiliste III tüüpi tähtede populatsioonide otsimine, mis peaks moodustama esimese Suure Paugu järel ilmunud tähtede põlvkonna. Teadlaste sõnul on need väga rasked lühikese elueaga valgustid, mida muidugi enam pole. Nendel objektidel oli suur mass, kuna puudus süsinik, mida oli vaja klassikalise termotuumareaktsiooni jaoks, mille käigus raske vesinik muundatakse heeliumiks ja liigne mass energiaks. Lisaks kõigele sellele saab uus teleskoop üksikasjalikult uurida varem uurimata kohti, kus tähed sünnivad, mis on astronoomia jaoks samuti väga oluline.
- Iidsete galaktikate otsing ja uurimine;
- Maa-sarnaste eksoplaneetide otsimine;
- kolmanda tüüpi tähepopulatsioonide tuvastamine;
- "Tähehällide" uurimine
Disaini omadused
Seadme töötasid välja kaks Ameerika ettevõtet - Northrop Grumman ja Bell Aerospace. James Webbi kosmoseteleskoop on inseneriteaduse meistriteos. Uus teleskoop kaalub 6, 2 tonni - võrdluseks võib tuua, et Hubble'i mass on 11 tonni. Aga kui vana teleskoopi saab võrrelda suurusega veoautoga, siis uus on võrreldav tenniseväljakuga. Selle pikkus ulatub 20 meetrini ja kõrgus on sama kui kolmekorruselise hoone oma. Suurim osa James Webbi kosmoseteleskoobist on tohutu päikesekaitse. See on kogu polümeerkilest loodud struktuuri alus. Ühel küljel on see kaetud õhukese alumiiniumikihiga ja teiselt poolt - metallist räni.
Päikesekaitsel on mitu kihti. Nendevahelised tühimikud täidetakse vaakumiga. See on vajalik seadmete kaitsmiseks "kuumarabanduse" eest. See lähenemine võimaldab jahutada ülitundlikke maatriksid temperatuurini –220 ° C, mis on väga oluline kaugete objektide vaatlemisel. Fakt on see, et vaatamata täiuslikele anduritele ei näinud nad objekte tänu James Webbi muudele "kuumadele" detailidele.
Konstruktsiooni keskel on suur peegel. See on "pealisehitus", mida on vaja valguskiirte fokuseerimiseks - peegel sirgendab neid, luues selge pildi. James Webbi teleskoobi peapeegli läbimõõt on 6,5 m. See sisaldab 18 plokki: kanderaketi stardi ajal on need segmendid kompaktsel kujul ja avanevad alles pärast kosmoselaeva orbiidile jõudmist. Igal segmendil on kuus nurka, et saadaolevat ruumi võimalikult hästi kasutada. Ja peegli ümar kuju võimaldab valguse parimat fokuseerimist detektoritele.
Peegli valmistamiseks valiti berüllium - helehalli värvi suhteliselt kõva metall, mida muu hulgas iseloomustab kõrge hind. Selle valiku eeliste hulgas on asjaolu, et berüllium säilitab oma kuju isegi väga madalatel temperatuuridel, mis on teabe korrektseks kogumiseks väga oluline.
Teaduslikud vahendid
Paljutõotava teleskoobi ülevaade oleks puudulik, kui me ei keskenduks selle peamistele instrumentidele:
MIRI. See on keskmise infrapuna seade. See sisaldab kaamerat ja spektrograafi. MIRI sisaldab mitmeid arseen-räni detektorite massiive. Tänu selle seadme anduritele loodavad astronoomid arvestada kaugete objektide punase nihkega: tähed, galaktikad ja isegi väikesed komeedid. Kosmoloogilist punanihet nimetatakse kiirgussageduste vähenemiseks, mis on seletatav allikate dünaamilise kaugusega üksteisest Universumi paisumise tõttu. Kõige huvitavam on see, et see ei puuduta ainult selle või selle kaugobjekti parandamist, vaid suure hulga andmete saamist selle omaduste kohta.
NIRCam ehk infrapunakaamera on teleskoobi peamine kujutiseade. NIRCam on elavhõbe-kaadmium-telluuri andurite kompleks. Seadme NIRCam tööpiirkond on 0,6-5 mikronit. Raske on isegi ette kujutada, milliseid saladusi aitab NIRCam välja selgitada. Teadlased soovivad seda näiteks kasutada tumeda aine kaardi loomiseks, kasutades nn gravitatsiooniläätsemeetodit, s.t. tumeda aine hüübide leidmine nende gravitatsioonivälja järgi, mis on märgatav lähedalasuva elektromagnetilise kiirguse trajektoori kõveruse järgi.
NIRSpec. Ilma infrapuna-lähedase spektrograafita oleks võimatu kindlaks teha astronoomiliste objektide füüsikalisi omadusi, näiteks massi või keemilist koostist. NIRSpec suudab pakkuda keskmise eraldusvõimega spektroskoopiat lainepikkuste vahemikus 1-5 μm ja madala eraldusvõimega spektroskoopiat 0,6-5 μm lainepikkustega. Seade koosneb paljudest rakkudest, millel on individuaalne juhtimine, mis võimaldab keskenduda konkreetsetele objektidele, "filtreerides" ära tarbetu kiirguse.
FGS / NIRISS. See on paar, mis koosneb täpsest sihtimisandurist ja pilu spektrograafiga lähedase infrapuna pildistamisseadmest. Tänu täppisjuhtimisandurile (FGS) saab teleskoop võimalikult täpselt fokuseerida ning tänu NIRISSile kavatsevad teadlased viia läbi teleskoobi esimesed orbitaaltestid, mis annavad üldise ettekujutuse selle seisundist. Samuti arvatakse, et pildistamisseadmel on oluline roll kaugete planeetide vaatlemisel.
Ametlikult kavatsevad nad teleskoopi kasutada viis kuni kümme aastat. Kuid nagu näitab praktika, võib seda perioodi lõputult pikendada. Ja "James Webb" võib meile pakkuda palju kasulikumat ja lihtsalt huvitavat teavet, kui keegi arvata oskab. Veelgi enam, praegu on võimatu isegi ette kujutada, milline "koletis" asendab "James Webbi" ja kui palju selle ehitamine maksma läheb.
Veel 2018. aasta kevadel tõusis projekti hind kujuteldamatult 9,66 miljardi dollarini. Võrdluseks - NASA aastaeelarve on ligikaudu 20 miljardit dollarit ja Hubble oli ehitamise ajal 2,5 miljardit dollarit. Teisisõnu, James Webb on juba ajalukku läinud kui kõige kallim teleskoop ja üks kallimaid projekte kosmoseuuringute ajaloos. Ainult kuuprogramm, rahvusvaheline kosmosejaam, süstikud ja GPS -i globaalne positsioneerimissüsteem maksavad rohkem. James Webbil on aga kõik ees: selle hind võib veelgi tõusta. Ja kuigi selle ehitamisel osalesid eksperdid 17 riigist, jääb lõviosa rahastusest siiski USA õlgadele. Arvatavasti jääb see nii ka edaspidi.
