Novi teleskop James Webb. Nasljednik teleskopa Hubble, teleskop James Webb bit će spreman na vrijeme: potvrda iz NASA-e. Senzor za precizno navođenje

Web će zaviriti u bliski i srednji infracrveni spektar, uz pomoć njegovog položaja na L2 tački iza mjeseca i solarnih štitova koji blokiraju nametljivo svjetlo Sunca, Zemlje i Mjeseca, blagotvorno utičući na hlađenje uređaja. Naučnici se nadaju da će vidjeti prve zvijezde u svemiru, formiranje i sudar mladih galaksija i rođenje zvijezda u protoplanetarnim sistemima - koji mogu sadržavati hemijske komponente života.

Ove prve zvijezde možda sadrže ključ za razumijevanje strukture Univerzuma. Teoretski, gdje i kako nastaju direktno je povezano s prvim obrascima tamne materije - nevidljive, misteriozne supstance otkrivene gravitacijskim utjecajima - a njihovi ciklusi života i smrti uzrokuju povratne informacije koje su utjecale na formiranje prvih galaksija. A budući da su kratkovječne supermasivne zvijezde otprilike 30 do 300 puta veće od mase našeg Sunca (i milione puta svjetlije), ove prve zvijezde su mogle eksplodirati kao supernove, a zatim kolabirati i formirati crne rupe, koje su postepeno zauzele centre većine masivne galaksije.

Vidjeti sve ovo je svakako podvig za alate koje smo do sada napravili. Zahvaljujući novim instrumentima i svemirskim letjelicama, moći ćemo vidjeti još više.

Obilazak svemirskog teleskopa James Webb

Web izgleda kao splav u obliku dijamanta, opremljen debelim, zakrivljenim jarbolom i jedrom - ako su ga sagradile džinovske pčele koje jedu berilijum. Usmjeren donjim dijelom prema Suncu, „splav“ odozdo se sastoji od štita - slojeva kaptona, odvojenih prorezima. Svaki sloj je odvojen vakuumskim razmakom za efikasno hlađenje, a zajedno štite glavni reflektor i instrumente.

Kapton je vrlo tanak (mislim na ljudsku kosu) polimerni film napravljen od strane DuPont-a koji je sposoban održati stabilna mehanička svojstva u uvjetima ekstremne topline i vibracija. Ako želite, možete prokuvati vodu na jednoj strani štita, a dušik držati u tekućem obliku na drugoj. Takođe se prilično dobro sklapa, što je važno za pokretanje.

"Kobilica" broda se sastoji od strukture koja pohranjuje solarni štit tokom lansiranja i solarnih panela za napajanje vozila. U centru je kutija koja sadrži sve kritične funkcije podrške koje pokreću Webb, uključujući napajanje, kontrolu položaja, komunikacije, komandu, obradu podataka i termičku kontrolu. Antena uljepšava izgled kutije i pomaže da se osigura da je sve orijentirano u pravom smjeru. Na jednom kraju toplotnog štita, okomito na njega, nalazi se trimer obrtnog momenta, koji kompenzuje pritisak fotona na uređaj.

Na svemirskoj strani štita nalazi se „jedro“, ogromno Webb ogledalo, dio optičke opreme i kutija sa opremom. 18 heksagonalnih berilijumskih sekcija će se otvoriti nakon lansiranja i postati jedno veliko primarno ogledalo, prečnika 6,5 ​​metara.

Nasuprot ovom ogledalu, koje drže na mjestu tri nosača, nalazi se sekundarno ogledalo koje fokusira svjetlost iz primarnog ogledala u stražnji optički podsistem, klinasta kutija koja viri iz središta primarnog ogledala. Ova struktura odbija zalutalu svjetlost i usmjerava svjetlost od sekundarnog ogledala do instrumenata smještenih na stražnjoj strani "jarbola", koji također podržava segmentiranu strukturu primarnog ogledala.

Kada vozilo završi šestomjesečni period puštanja u rad, radit će 5-10 godina, možda i duže, ovisno o potrošnji goriva, ali će biti predaleko da bi se popravilo. U stvari, Hubble je donekle izuzetak u tom pogledu. Ali kao i Hubble i druge zajedničke opservatorije, Webbova misija će biti rad sa konkurentno odabranim projektima naučnika iz cijelog svijeta. Rezultati će zatim pronaći put do istraživanja i podataka dostupnih na internetu.

Pogledajmo bliže alate koji omogućavaju sva ova istraživanja.

Instrumenti: van vidokruga

Iako vidi nešto u vizuelnom spektru (crveno i zlatno svjetlo), Webb je fundamentalno veliki infracrveni teleskop.

Njegov glavni termovizir, bliska infracrvena kamera NIRCam, vidi u rasponu od 0,6-5,0 mikrona (bliski infracrveni). Moći će detektirati infracrvenu svjetlost od rođenja prvih zvijezda i galaksija, provoditi istraživanja obližnjih galaksija i lokalnih objekata koji jure kroz Kuiperov pojas - prostranstvo ledenih tijela koje kruže iza Neptuna, a koje također sadrži Pluton i druge patuljke planete.

NIRCam je takođe opremljen koronografom, koji će omogućiti kameri da posmatra tanak oreol koji okružuje sjajne zvezde, blokirajući njihovu zaslepljujuću svetlost - osnovni alat za identifikaciju egzoplaneta.

Bliski infracrveni spektrograf radi u istom opsegu talasnih dužina kao NIRCam. Kao i drugi spektrografi, on analizira fizička svojstva objekata kao što su zvijezde, razdvajajući svjetlost koju emituju u spektre, čija se struktura mijenja ovisno o temperaturi, masi i kemijskom sastavu objekta.

NIRSpec će proučavati hiljade drevnih galaksija sa toliko slabom emisijom da će jednom spektrografu trebati stotine sati da obavi posao. Da bi se pojednostavio ovaj zastrašujući zadatak, spektrograf je opremljen izvanrednim uređajem: rešetkom od 62 000 pojedinačnih zavjesa, svaka veličine oko 100 puta 200 mikrona (širine nekoliko ljudskih vlasi), od kojih se svaka može otvoriti i zatvoriti kako bi se blokirala. svetlost svetlijih zvezda. Sa ovim nizom, NIRSpec će biti prvi svemirski spektrograf koji može istovremeno posmatrati stotine različitih objekata.

Senzor za fino navođenje i spektrograf bez proreza (FGS-NIRISS) su u suštini dva senzora spakovana zajedno. NIRISS uključuje četiri moda, od kojih je svaki povezan sa različitom talasnom dužinom. Oni se kreću od spektroskopije bez proreza, koja stvara spektar pomoću prizme i rešetke zvane grizma, koje zajedno stvaraju interferenčne obrasce koji mogu otkriti egzoplanetarnu svjetlost naspram svjetla zvijezde.

F.G.S. je osjetljiva kamera koja ne trepće i koja snima navigacijske slike i prenosi ih na sisteme kontrole položaja koji drže teleskop usmjeren u pravom smjeru.

Webbov najnoviji instrument proširuje svoj raspon od bliskog infracrvenog do srednjeg infracrvenog spektra, što je korisno za promatranje objekata s crvenim pomakom, kao i planeta, kometa, asteroida, prašine zagrijane Suncem i protoplanetarnih diskova. Budući da je i kamera i spektrograf, ovaj instrument MIRI pokriva najširi raspon talasnih dužina, 5-28 mikrona. Njegova širokopojasna kamera će moći da snimi više slika koje volimo kod Hubblea.

Takođe, infracrvena posmatranja imaju važne implikacije za razumevanje Univerzuma. Prašina i gas mogu blokirati vidljivu svjetlost zvijezda u zvjezdanom rasadniku, ali infracrveno svjetlo ne može. Štaviše, kako se svemir širi i galaksije se razmiču, njihova svjetlost se „rasteže“ i postaje crveno pomaknuta, prelazeći u dugotalasni spektar elektromagnetnih valova kao što je infracrveno. Što je galaksija udaljenija, to se brže povlači i njen crveni pomak postaje važniji - to je vrijednost Webb teleskopa.

Infracrveni spektar takođe može pružiti obilje informacija o atmosferama egzoplaneta i da li one sadrže molekularne komponente povezane sa životom. Na Zemlji vodenu paru, metan i ugljični dioksid nazivamo "stakleničkim plinovima" jer apsorbiraju toplinu. Pošto ovaj trend važi svuda, naučnici mogu da koriste Weba da detektuju poznate supstance u atmosferama udaljenih svetova posmatrajući obrasce apsorpcije supstanci pomoću spektrografa.

Svemirski teleskop James Webb (JWST) je orbitalna infracrvena opservatorija za koju se očekuje da zamijeni svemirski teleskop Hubble. Planirano je da teleskop bude lansiran 2014.

Ideja o stvaranju svemirskog teleskopa sljedeće generacije (NGST) prvi put je objavljena u ljeto 1996. na sastanku posebnog odbora Nacionalne uprave za aeronautiku i svemir (NASA), u koji su bili uključeni vodeći američki astronomi i astrofizičari. Direktor NASA-e Sean O'Keefe je 10. septembra 2002. godine najavio da će novi teleskop dobiti ime po jednom od osnivača američkog Apollo lunarnog programa, Jamesu Edwinu Webbu (1906-1992), koji je vodio NASA-u od februara 1961. do oktobra 1968. .

Dizajn Jamesa Weba uključuje ogromno ogledalo prečnika 6,5 ​​metara (prečnik Hubbleovog ogledala je 2,4 metra) i štitnik od sunca veličine teniskog terena. Ogledalo i štit, zbog svojih dimenzija, biće isporučeni na raketu-nosač presavijeni, a zatim rasklopljeni nakon lansiranja teleskopa u svemir.

Glavna razlika između Hubblea i James Webb-a je opseg rada: Hubbleovi instrumenti prikupljaju informacije u infracrvenom, vidljivom i ultraljubičastom svjetlu, dok će James Webb raditi prvenstveno u infracrvenom. U tom smislu, novi teleskop se može smatrati i nasljednikom najveće svjetske svemirske infracrvene opservatorije, Spitzer, koju je NASA lansirala 25. avgusta 2003. godine.

Teleskop će se nalaziti u svemiru u Lagrangeovoj tački L2, udaljenoj 1,5 miliona km od naše planete. U njemu Zemlja gotovo potpuno zaklanja sunčevu svjetlost, ne ometajući posmatranja, budući da je okrenuta prema L2 svojom neosvijetljenom stranom. Gravitacijske sile Zemlje i Sunca će osigurati relativnu nepokretnost teleskopa u odnosu na ova dva nebeska tijela. Male promjene lokacije James Webb-a, koje sprječavaju da napusti zonu radijacijske sigurnosti, izvršit će se pomoću motora za korekciju. Biti u zemljinoj senci omogućiće teleskopu da radi bez veštačkog hlađenja.

Primarni ciljevi James Webb-a su otkrivanje prvih zvijezda i galaksija nastalih nakon Velikog praska, proučavanje nastanka i razvoja galaksija, zvijezda, planetarnih sistema i porijekla života, kao i povezanost Velikog praska sa našim Galaksija Mliječni put. To je razlog za infracrveni način rada teleskopa - najudaljeniji i najstariji objekti svemira ne mogu se otkriti u optičkom rasponu.

Teleskop ima niz instrumenata za istraživanje svemira, uključujući: uređaj za rad u srednjem infracrvenom opsegu (MIRI), kameru u bliskom infracrvenom opsegu (NIRCam), spektrograf u bliskom infracrvenom opsegu (Near - Infracrveni spektrograf, NIRSpec), senzor preciznog navođenja (do objekta posmatranja) sa prilagodljivim filterima (Senzor za fino navođenje/podesivi filter za snimanje, FGS/TFI).

Prvobitno se pretpostavljalo da će stvaranje James Webba koštati samo 0,5 milijardi dolara, odnosno tri puta jeftinije od proizvodnje Hubblea. Trenutno je projektna cijena teleskopa 4-4,5 milijardi dolara. Uprkos činjenici da su tokom krize sredstva za neke svemirske programe smanjena, projekat James Webb, prema riječima direktora NASA-e Michaela Griffina, i dalje je jedan od glavnih prioriteta američke administracije za svemir.

Svemirski teleskop James Webb. Kredit: NASA.

Svemirski teleskop James Webb (JWST) još uvijek je daleko od lansiranja svoje misije, ali njegovo svjetlucavo zlatno ogledalo je već postiglo status ikone. Ovo segmentirano ogledalo podsjeća na oko insekta, a u budućnosti, kada "oko" počne raditi u Lagrangeovoj tački (L2), ono će čovječanstvu pružiti detaljne podatke o našem Univerzumu. Ogledalo teleskopa je već sastavljeno i nalazi se u sterilnoj prostoriji u Centru za svemirske letove Godard, dajući nam uvid u to kako će teleskop izgledati kada započne svoju misiju.

Čak i ako ne znate ništa o JWST-u, njegovim mogućnostima ili misiji, bit ćete impresionirani samo ako ga pogledate. Očigledno je da se radi o visokotehnološkom i jedinstvenom instrumentu. Zapravo, može se čak zamijeniti za primjer umjetnosti. Nažalost, ja sam vidio manje atraktivne kreacije moderne umjetnosti, a vi?

Naravno, mnogi od vas su svjesni činjenice da će JWST nadmašiti svog prethodnika, svemirski teleskop Hubble. I to je sasvim razumljivo, s obzirom na činjenicu da je Hubble lansiran još u aprilu 1990. godine. Ali kako tačno JWST može pobijediti Hubble i koji su mu glavni ciljevi?

Glavni ciljevi JWST misije mogu se podijeliti u četiri područja:

1. Infracrvena zapažanja koja se mogu uporediti sa vremeplovom. Oni nam daju uvid u prve zvijezde i galaksije koje su nastale u Univerzumu prije više od 13 milijardi godina;
2. Komparativna studija svijetlih spiralnih i eliptičnih galaksija, kao i slabijih ranih galaksija;
3. Ispitivanje svemira, omogućavajući nam da provirimo kroz oblake gasa i prašine kako bismo proučavali formiranje zvijezda i planeta;
4. Proučavanje egzoplaneta i njihovih atmosfera, kao i otkrivanje biomarkera na njima.

Odnosno, ovo je prilično impresivna lista, čak i u eri kada ljudi tehnološki i naučni napredak uzimaju zdravo za gotovo. Ali uz ove planirane ciljeve, nesumnjivo će biti iznenađenja. Pretpostavljanje da bi ovo moglo biti glupo, ali hajde da ipak pokušamo.

Vjerujemo da se proces abiogeneze na Zemlji odvijao prilično brzo, ali, nažalost, nemamo s čim da se poredimo. Hoćemo li pronaći analogije kada proučavamo udaljene egzoplanete i njihove atmosfere, hoćemo li rasvijetliti uslove neophodne za nastanak života? Deluje neverovatno, ali ko zna.

Uvjereni smo da se Univerzum širi, a za to postoje prilično uvjerljivi dokazi. Hoćemo li naučiti nešto novo o ovom procesu? Ili ćemo pronaći nešto što baca svjetlo na tamnu materiju ili tamnu energiju i njihovu ulogu u životu ranog svemira?

Naravno, ne mora sve da bude neverovatno da bi bilo uzbudljivo. Pronalaženje dokaza koji bi podržali postojeće teorije je također intrigantno. I “James Webb” nam mora pružiti ovaj dokaz.

Nema sumnje da će JWST moći nadmašiti Hubble teleskop. Ali za generaciju ili dvije ljudi, Hubble će uvijek imati posebno mjesto. On je mnoge od nas zadivio i zaintrigirao svojim zadivljujućim slikama maglina, galaksija i drugih objekata tokom svoje čuvene misije Deep Field, i, naravno, svojim naučnim istraživanjima. Hubble je vjerovatno prvi teleskop koji je postigao status slavne ličnosti.

Džejms Veb verovatno nikada neće dobiti poseban status koji je Habl stekao. To je nešto poput: “Može postojati samo jedan Beatle” ili “jedan od vrste”. Ali JWST će biti mnogo moćniji instrument i otkrit će nam mnogo toga što Hubbleu nije bilo dostupno.

Ako sve bude išlo po planu, JWST će biti monumentalno tehnološko dostignuće za cijelo čovječanstvo. Njegova sposobnost da proviri kroz oblake gasa i prašine, ili da se osvrne u prošlost da nam pokaže rane dane univerzuma, učiniće ga moćnim naučnim oruđem.

Teleskop James Webb

Svemirski teleskopi će uvijek biti na čelu istraživanja svemira – neće ih ometati izobličenja i oblačnost, niti vibracije i buka na površini planete. Upravo su vanzemaljski uređaji omogućili dobivanje detaljnih i prekrasnih fotografija udaljenih maglina i galaksija koje nisu vidljive ni ljudskom oku na noćnom nebu. Međutim, 2018. godine počinje nova era u istraživanju svemira, koja će dalje pomicati vidljive granice svemira - bit će lansiran svemirski teleskop James Webb, rekorder u industriji. Štaviše, obara rekorde ne samo u pogledu karakteristika: cijena projekta danas dostiže 8,8 milijardi dolara.

Prije nego što govorimo o strukturi i funkcionalnosti James Webb-a, vrijedi razumjeti čemu služi. Čini se da je proučavanje svemira otežano samo zbog Zemljine atmosfere, a možete jednostavno isporučiti teleskop sa kamerom pričvršćenom na njega u orbitu i uživati ​​u životu. Ali u isto vrijeme, “James Webb” je u razvoju više od jedne decenije, a konačni budžet, čak iu ranoj fazi projekcije, premašio je cijenu svog prethodnika! Stoga je orbitalni teleskop nešto složenije od amaterskog teleskopa na stativu, a njegova otkrića bit će stotine puta vrijednija. Ali šta je tako posebno što se može istražiti teleskopom, posebno svemirskim?

Podižući glavu prema nebu, svi mogu vidjeti zvijezde. Ali proučavanje objekata udaljenih milijardama kilometara prilično je težak zadatak. Svjetlost zvijezda i galaksija, koja putuje milionima ili čak milijardama godina, prolazi kroz značajne promjene - ili čak do nas uopće ne dopire. Dakle, oblaci prašine, koji su često uobičajeni u galaksijama, mogu u potpunosti apsorbirati sve vidljivo zračenje zvijezde. Konstantno širenje Univerzuma dovodi do svjetlosti - njeni valovi postaju duži, mijenjajući raspon prema crvenoj, odnosno nevidljivoj infracrvenoj. A sjaj čak i najvećih objekata, koji su preletjeli udaljenost od milijardi svjetlosnih godina, postaje poput svjetla baterijske lampe među stotinama reflektora - otkrivanje ultra-udaljenih galaksija zahtijeva uređaje neviđene osjetljivosti.

Ilustracija copyright NASA Naslov slike Od oktobra prošle godine, naučni instrumenti teleskopa testirani su u vakuumskoj komori Centra Godard.

Rad na pripremi za lansiranje nasljednika Hubble orbitalnog teleskopa, svemirske opservatorije James Webb, ušao je u odlučujuću fazu.

NASA-ini inženjeri završavaju sastavljanje glavnog ogledala novog teleskopa. Lansiranje novog teleskopa sada je planirano za oktobar 2018.

Završavaju se i kriogena ispitivanja i kalibracija četiri glavna bloka naučne opreme teleskopa.

NASA-in projekat lansiranja nove orbitalne opservatorije je tako ušao u svoju završnu fazu, a preostale faze prije lansiranja mogu se očekivati ​​brzo okončati u narednim mjesecima.

Planirano je da teleskop bude lansiran pomoću lansirne rakete European Ariane 5, što je odredilo mnoge dizajnerske karakteristike teleskopa, a posebno činjenicu da se njegovo glavno ogledalo sastoji od segmenata.

Orbitalni teleskop James Webb, nazvan po drugom šefu NASA-e, finansiraju Američka svemirska agencija, Evropska svemirska agencija i Kanadska svemirska agencija.

Primarni ciljevi novog teleskopa su otkrivanje svjetlosti prvih zvijezda i galaksija nastalih nakon Velikog praska, proučavanje formiranja i razvoja galaksija, zvijezda, planetarnih sistema i porijekla života. Web će također moći govoriti o tome kada i gdje je počela rejonizacija Univerzuma i šta ju je izazvalo.

Teleskop će omogućiti da se detektuju relativno hladne egzoplanete s površinskom temperaturom do 300 K (što je gotovo jednako površinskoj temperaturi Zemlje), koje se nalaze dalje od 12 astronomskih jedinica (AJ) od svojih zvijezda i na udaljenosti od do 15 svetlosnih godina od Zemlje.

Više od dvadesetak zvijezda najbližih Suncu pasti će u zonu detaljnog posmatranja. Zahvaljujući novom teleskopu očekuje se pravi iskorak u egzoplanetologiji - sposobnosti teleskopa bit će dovoljne ne samo da otkrije same egzoplanete, već čak i satelite i spektralne linije ovih planeta, što će biti nedostižan pokazatelj za bilo koje tlo -bazirani i orbitalni teleskop do ranih 2020-ih, kada je pušten u rad Evropski ekstremno veliki teleskop sa prečnikom ogledala 39,3 m.

Teleskop će raditi najmanje pet godina.

Poslednjih nedelja, NASA inženjeri su bili zauzeti lepljenjem primarnih segmenata ogledala od berilijuma na noseću strukturu ogledala.

U narednih nekoliko dana posljednja dva osmougaona segmenta će biti ugrađena u željenu poziciju za pričvršćivanje.

U međuvremenu, u susednoj prostoriji Godard centra u Merilendu, pored montažne radnje, završavaju se kriogeno-vakumska ispitivanja naučne opreme budućeg teleskopa.

James Webb će imati sljedeće naučne instrumente za istraživanje svemira:

• Blizu infracrvenu kameru;
• Uređaj za rad u srednjem opsegu infracrvenog zračenja (Mid-Infrared Instrument);
• Near-Infrared Spectrograph;
• Senzor za fino navođenje/bliski infracrveni imidžer i spektrograf bez proreza.

Od oktobra prošle godine ovi uređaji se nalaze u vakuum komori, u kojoj je temperatura smanjena na minus 233 stepena Celzijusa.

Podaci o kalibraciji instrumenta su već dobijeni, što će biti od velike važnosti za upravljanje teleskopom u dubokom svemiru.

Ovi testovi su pomogli u identifikaciji brojnih kvarova i zamjeni nepouzdane opreme i dijelova. Teleskop ima 250 hiljada poklopaca i kapaka, od kojih neki imaju neprijatan nedostatak da se "zalijepe" u vakuum pod uticajem vibracija kada se lansiraju sa Zemlje.

Vibracije lansirne rakete simulirane su tokom tekućih ispitivanja, a zamijenjeni dijelovi su se pokazali povećanom pouzdanošću.

Ostaje da se izvrše općenitija optička, vibracijska i akustička ispitivanja svih teleskopskih sistema.

Ogledalo i naučni instrumenti će zatim biti prevezeni u Džonson centar na dalje kriogeno-vakuumsko testiranje u komori koja je izgrađena 1960-ih za testiranje rakete Apolo. Ovi testovi će početi za otprilike godinu dana.

Nakon njihovog završetka, na teleskop će biti priključen modul upravljačkih sistema u koji će biti ugrađeni kompjuteri i komunikacioni sistemi.

Posljednji korak će biti postavljanje džinovskog solarnog štita veličine teniskog terena na teleskop, koji će štititi optičke sisteme od izlaganja sunčevoj svjetlosti.

Nije dugo čekati do oktobra 2018.