تلسکوپ جدید جیمز وب تلسکوپ فضایی جیمز وب: هر آنچه که باید در مورد جانشین هابل بدانید. چرا تلسکوپ فضایی مورد نیاز است؟

تلسکوپ فضایی جیمز وب اعتبار و حق چاپ: ناسا.

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) هنوز ماموریت خود را انجام نداده است و آینه طلایی پر زرق و برق آن در حال حاضر به جایگاه مذهبی رسیده است. این آینه تقسیم شده شبیه چشم یک حشره است، و در آینده، زمانی که "چشم" کار خود را در نقطه لاگرانژ (L2) آغاز کند، دقیق ترین داده ها را در مورد جهان ما به بشریت ارائه می دهد. آینه تلسکوپ قبلاً مونتاژ شده است و در یک اتاق تمیز در مرکز پروازهای فضایی گدارد قرار دارد و به ما نگاهی اجمالی به شکل ظاهری تلسکوپ در آغاز ماموریت خود می دهد.

حتی اگر چیزی در مورد JWST، کاری که انجام می دهد یا کاری که انجام می دهد ندانید، فقط با نگاه کردن به آن تحت تاثیر قرار خواهید گرفت. بدیهی است که این یک ابزار پیشرفته و بی نظیر است. در واقع حتی می توان آن را به عنوان یک اثر هنری در نظر گرفت. من متأسفانه خلاقیت های کمتر جذاب هنر مدرن را دیده ام، شما؟

البته، بسیاری از شما از این واقعیت آگاه هستید که JWST از سلف خود، تلسکوپ فضایی هابل، بهتر عمل خواهد کرد. و این کاملا قابل درک است، با توجه به این واقعیت که هابل در آوریل سال 1990 به فضا پرتاب شد. اما دقیقاً چگونه JWST می تواند از هابل جلوتر باشد و اهداف اصلی آن چیست؟

وظایف اصلی ماموریت JWST را می توان به چهار حوزه تقسیم کرد:

1. مشاهدات فروسرخ که می توانند با ماشین زمان مقایسه شوند. آن‌ها به ما اجازه می‌دهند به اولین ستاره‌ها و کهکشان‌هایی که بیش از 13 میلیارد سال پیش در جهان شکل گرفتند، نگاه کنیم.
2. مطالعه تطبیقی ​​کهکشان‌های مارپیچی و بیضوی درخشان، و همچنین کهکشان‌های اولیه کم‌نورتر؛
3. صدای فضای بیرونی، که به ما امکان می دهد از میان ابرهای گاز و غبار نگاه کنیم تا فرآیندهای تشکیل ستاره ها و سیارات را مطالعه کنیم.
4. مطالعه سیارات فراخورشیدی و جو آنها و همچنین کشف نشانگرهای زیستی در آنجا.

یعنی، حتی در دوره‌ای که مردم پیشرفت‌های فنی و علمی را بدیهی می‌دانند، فهرست کاملاً چشمگیر است. اما در کنار این اهداف برنامه ریزی شده، بدون شک شگفتی هایی نیز وجود خواهد داشت. حدس زدن اینکه ممکن است این کار احمقانه ای باشد، اما به هر حال بیایید آن را امتحان کنیم.

ما معتقدیم که فرآیند زیست زایی روی زمین بسیار سریع اتفاق افتاده است، اما، متأسفانه، چیزی برای مقایسه با آن نداریم. آیا در مطالعه سیارات فراخورشیدی دوردست و جو آنها مشابهاتی خواهیم یافت، آیا شرایط لازم برای پیدایش حیات را روشن خواهیم کرد؟ باور نکردنی به نظر می رسد، اما چه کسی می داند.

ما مطمئن هستیم که جهان در حال انبساط است و شواهد بسیار قوی برای این موضوع وجود دارد. آیا چیز جدیدی در مورد این فرآیند یاد خواهیم گرفت؟ یا چیزی پیدا خواهیم کرد که بر ماده تاریک یا انرژی تاریک و نقش آنها در زندگی کیهان اولیه روشن شود؟

JWST. اعتبار و حق چاپ: ناسا.

البته لازم نیست همه چیز شگفت انگیز باشد تا هیجان انگیز باشد. یافتن شواهدی که از نظریه‌های فعلی پشتیبانی می‌کند نیز جالب است. و «جیمز وب» باید این مدرک را در اختیار ما بگذارد.

شکی نیست که JWST می تواند از تلسکوپ هابل پیشی بگیرد. اما برای یک یا دو نسل از مردم، هابل همیشه جایگاه ویژه ای خواهد داشت. او با تصاویر نفس گیر خود از سحابی ها، کهکشان ها و اجرام دیگر در ماموریت معروف خود در میدان عمیق و البته تحقیقات علمی خود، بسیاری از ما را شگفت زده و مجذوب خود کرد. هابل احتمالاً اولین تلسکوپی است که به مقام مشهور دست یافته است.

«جیمز وب» احتمالا هرگز جایگاه ویژه ای را که «هابل» کسب کرده بود، دریافت نخواهد کرد. چیزی شبیه این است: "فقط یک بیتلز می تواند وجود داشته باشد" یا "تنها در نوع خود." اما JWST ابزار بسیار قدرتمندتری خواهد بود و بسیاری از مواردی را که در دسترس هابل نبود برای ما آشکار خواهد کرد.

اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، JWST یک دستاورد بزرگ تکنولوژیکی برای تمام بشریت خواهد بود. توانایی آن برای دیدن از میان ابرهای گاز و غبار، یا نگاه کردن به گذشته برای نشان دادن روزهای اولیه کیهان، آن را به یک ابزار علمی قدرتمند تبدیل می کند.

با هر سانتی متر دیافراگم اضافی، هر ثانیه اضافی از زمان رصد، و هر اتم اضافی از نویز اتمسفر که از میدان دید تلسکوپ حذف می شود، جهان بهتر، عمیق تر و شفاف تر خواهد شد.

25 سال هابل

هنگامی که تلسکوپ هابل در سال 1990 عملیاتی شد، دوره جدیدی را در نجوم - فضا - آغاز کرد. دیگر نه درگیری با جو وجود داشت، نه نگرانی در مورد ابرها یا سوسو زدن الکترومغناطیسی. تنها چیزی که لازم بود مستقر کردن ماهواره بر روی هدف، تثبیت آن و جمع آوری فوتون بود. در عرض 25 سال، تلسکوپ های فضایی شروع به پوشش کل طیف الکترومغناطیسی کردند و برای اولین بار امکان مشاهده جهان در هر طول موج نور را فراهم کردند.

اما با افزایش دانش ما، درک ما از ناشناخته ها نیز افزایش یافته است. هر چه دورتر به جهان نگاه کنیم، گذشته عمیق‌تری را می‌بینیم: مدت زمان محدودی از زمان انفجار بزرگ، همراه با سرعت محدود نور، محدودیتی برای آنچه ما می‌توانیم مشاهده کنیم فراهم می‌کند. علاوه بر این، انبساط فضا به خودی خود علیه ما عمل می‌کند و ستارگان را در حین حرکت در سراسر جهان به سمت چشمان ما می‌کشاند. حتی تلسکوپ فضایی هابل که عمیق‌ترین و نفس‌گیرترین تصویری را که تاکنون کشف کرده‌ایم به ما می‌دهد، از این نظر محدود است.

معایب هابل

هابل یک تلسکوپ شگفت انگیز است، اما تعدادی محدودیت اساسی دارد:

• فقط 2.4 متر قطر دارد که آن را محدود می کند
• علیرغم پوشانده شدن با مواد بازتابنده، دائماً در معرض نور مستقیم خورشید است که آن را گرم می کند. این بدان معناست که به دلیل اثرات حرارتی، نمی تواند طول موج های نوری بیشتر از 1.6 میکرون را مشاهده کند.
• ترکیب دیافراگم محدود و طول موج هایی که به آن حساس است به این معنی است که تلسکوپ فقط می تواند کهکشان هایی با قدمت بیش از 500 میلیون سال را ببیند.

این کهکشان ها زیبا، دوردست هستند و زمانی وجود داشتند که جهان تنها حدود 4 درصد از سن کنونی خود را داشت. اما مشخص است که ستارگان و کهکشان ها حتی پیش از این نیز وجود داشته اند.

برای دیدن باید حساسیت بالاتری داشته باشد. این به معنای حرکت به سمت طول موج های طولانی تر و دمای پایین تر از هابل است. به همین دلیل است که تلسکوپ فضایی جیمز وب ساخته می شود.

چشم انداز علم

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) دقیقاً برای غلبه بر این محدودیت ها طراحی شده است: با قطر 6.5 متر، این تلسکوپ 7 برابر بیشتر از هابل نور جمع آوری می کند. این امکان را برای طیف‌سنجی فوق‌العاده با وضوح بالا از 600 نانومتر تا 6 میکرومتر (4 برابر طول موجی که هابل می‌تواند ببیند) برای انجام مشاهدات در ناحیه فروسرخ متوسط ​​با حساسیت بالاتر از همیشه باز می‌کند. JWST از خنک‌کننده غیرفعال نسبت به دمای سطح پلوتو استفاده می‌کند و قادر است ابزارهای فروسرخ میانی را تا ۷ کیلووین خنک کند. تلسکوپ جیمز وب علم را به روشی که قبلاً هرگز انجام نشده بود، قادر می‌سازد.

اجازه خواهد داد:

• اولین کهکشان های تشکیل شده را مشاهده کنید.
• از طریق گاز خنثی ببینید و اولین ستاره ها و یونیزه شدن مجدد جهان را بررسی کنید.
• انجام تجزیه و تحلیل طیف سنجی اولین ستارگان (جمعیت III) تشکیل شده پس از انفجار بزرگ.
• شگفتی های شگفت انگیزی مانند کشف اولیه ترین و اختروش ها در جهان را دریافت کنید.

سطح تحقیقات علمی در JWST شبیه هیچ چیز در گذشته نیست، به همین دلیل است که این تلسکوپ به عنوان ماموریت شاخص ناسا در دهه 2010 انتخاب شد.

شاهکار علمی

از نقطه نظر فنی، تلسکوپ جدید جیمز وب یک اثر هنری واقعی است. پروژه راه طولانی را پیموده است: بیش از حد بودجه، تاخیر در برنامه و خطر لغو پروژه وجود داشته است. پس از مداخله رهبری جدید، همه چیز تغییر کرد. پروژه ناگهان مانند ساعت کار کرد، بودجه تخصیص یافت، خطاها، شکست ها و مشکلات در نظر گرفته شد و تیم JWST شروع به رعایت تمام ضرب الاجل ها، برنامه ها و بودجه کرد. پرتاب این دستگاه برای اکتبر 2018 بر روی موشک آریان-5 برنامه ریزی شده است. تیم نه تنها به برنامه پایبند است، بلکه 9 ماه فرصت دارد تا همه موارد احتمالی را در نظر بگیرد تا مطمئن شود که همه چیز در کنار هم قرار گرفته و برای آن تاریخ آماده است.

تلسکوپ جیمز وب از 4 قسمت اصلی تشکیل شده است.

بلوک نوری

شامل تمام آینه ها می شود که هجده آینه طلاکاری شده تقسیم بندی شده اولیه موثرترین آنها هستند. آنها برای جمع آوری نور ستارگان دور و تمرکز آن بر روی ابزار برای تجزیه و تحلیل استفاده خواهند شد. همه این آینه ها اکنون آماده و بی عیب هستند و طبق برنامه ساخته شده اند. پس از مونتاژ، آنها در یک ساختار فشرده جمع می شوند تا بیش از 1 میلیون کیلومتر از زمین به نقطه L2 لاگرانژ پرتاب شوند و سپس به طور خودکار مستقر می شوند تا ساختار لانه زنبوری را تشکیل دهند که برای سال های آینده نور بسیار دوربرد را جمع آوری می کند. این یک چیز واقعا زیبا و نتیجه موفقیت آمیز تلاش های عظیم بسیاری از متخصصان است.

نزدیک دوربین مادون قرمز

وب مجهز به چهار ابزار علمی است که 100% کامل هستند. دوربین اصلی این تلسکوپ یک دوربین نزدیک به IR است که از نور نارنجی مرئی تا مادون قرمز عمیق را شامل می شود. این تصاویر بی‌سابقه‌ای از اولین ستاره‌ها، جوان‌ترین کهکشان‌هایی که هنوز در حال شکل‌گیری هستند، ستارگان جوان راه شیری و کهکشان‌های نزدیک، صدها جرم جدید در کمربند کویپر ارائه می‌کند. این برای تصویربرداری مستقیم از سیارات اطراف ستاره های دیگر بهینه شده است. این دوربین اصلی مورد استفاده اکثر ناظران خواهد بود.

طیف نگار مادون قرمز نزدیک

این ابزار نه تنها نور را به طول موج های جداگانه جدا می کند، بلکه قادر است این کار را برای بیش از 100 جسم مجزا به طور همزمان انجام دهد! این ابزار یک طیف‌نگار جهانی وببا خواهد بود که قادر است در 3 حالت طیف‌سنجی مختلف کار کند. این هواپیما ساخته شد، اما بسیاری از قطعات، از جمله آشکارسازها و یک باتری چند دروازه، توسط مرکز پرواز فضایی ارائه شد. گدارد (ناسا). این دستگاه تست شده و آماده نصب می باشد.

ابزار مادون قرمز میانی

این دستگاه برای تصویربرداری پهنای باند استفاده خواهد شد، یعنی چشمگیرترین تصاویر را از تمام ابزارهای وب تولید می کند. از نقطه نظر علمی، در اندازه گیری دیسک های پیش سیاره ای اطراف ستارگان جوان، اندازه گیری و تصویربرداری از اجرام کمربند کویپر و غبار گرم شده توسط نور ستاره ها با دقت بی سابقه ای بسیار مفید خواهد بود. این تنها ابزاری خواهد بود که به صورت برودتی تا 7 K خنک می شود. در مقایسه با تلسکوپ فضایی اسپیتزر، این کار نتایج را تا ضریب 100 بهبود می بخشد.

طیف‌نگار بدون شکاف مادون قرمز (NIRISS)

دستگاه به شما این امکان را می دهد که:

• طیف سنجی زاویه باز در ناحیه مادون قرمز نزدیک با طول موج (1.0 - 2.5 میکرومتر).
• طیف سنجی گریسم یک جسم در محدوده مرئی و مادون قرمز (0.6 - 3.0 میکرومتر).
• تداخل سنجی پوشاندن دیافراگم در طول موج های 3.8 - 4.8 میکرومتر (جایی که انتظار می رود اولین ستاره ها و کهکشان ها وجود داشته باشد).
• عکسبرداری با برد وسیع از کل میدان دید.

این ابزار توسط آژانس فضایی کانادا ساخته شده است. پس از گذراندن آزمایش برودتی، برای ادغام در محفظه ابزار تلسکوپ نیز آماده خواهد بود.

دستگاه محافظ در برابر آفتاب

تلسکوپ های فضایی هنوز به آنها مجهز نشده اند. یکی از ترسناک ترین جنبه های هر راه اندازی، استفاده از مواد کاملاً جدید است. تلسکوپ جیمز وب به جای خنک کردن فعال کل فضاپیما با یک خنک کننده مصرفی یکبار مصرف، از یک فناوری کاملاً جدید استفاده می کند، یک آفتابگیر 5 لایه که برای انعکاس تابش خورشید از تلسکوپ به کار می رود. پنج ورقه 25 متری با میله های تیتانیوم به هم متصل می شوند و پس از استقرار تلسکوپ نصب می شوند. حفاظت در سال 2008 و 2009 آزمایش شد. مدل‌های تمام مقیاسی که در آزمایش‌های آزمایشگاهی شرکت کردند، هر کاری را که قرار بود اینجا روی زمین انجام دهند، انجام دادند. این یک نوآوری زیبا است.

این همچنین یک مفهوم باورنکردنی است: نه فقط جلوگیری از نور خورشید و قرار دادن تلسکوپ در سایه، بلکه انجام این کار به گونه ای که تمام گرما در جهت مخالف جهت تلسکوپ تابش شود. هر یک از پنج لایه در خلاء فضا با دور شدن از قسمت بیرونی سرد می شود، که کمی گرمتر از دمای سطح زمین خواهد بود - حدود 350-360 کلوین. دمای آخرین لایه باید به 37 کاهش یابد. -40 کلوین که در سطح پلوتو سردتر از شب است.

علاوه بر این، اقدامات احتیاطی قابل توجهی برای محافظت در برابر محیط خشن فضای عمیق انجام شده است. یکی از چیزهایی که در اینجا باید نگران آن بود، سنگریزه های ریز به اندازه سنگریزه، دانه های شن، ذرات گرد و غبار و حتی کوچکترهایی است که در فضای بین سیاره ای با سرعت ده ها یا حتی صدها هزار کیلومتر در ساعت پرواز می کنند. این ریزشهاب‌سنگ‌ها می‌توانند سوراخ‌های ریز و میکروسکوپی را در هر چیزی که با آن روبرو می‌شوند ایجاد کنند: فضاپیما، لباس فضانوردان، آینه‌های تلسکوپ و غیره. اگر آینه ها فقط فرورفتگی یا سوراخ داشته باشند، که مقدار "نور خوب" موجود را کمی کاهش می دهد، سپر خورشیدی می تواند از لبه ای به لبه دیگر پاره شود و کل لایه را بی فایده کند. برای مبارزه با این پدیده از یک ایده درخشان استفاده شد.

کل سپر خورشیدی به گونه‌ای تقسیم شده بود که اگر در یکی، دو یا حتی سه تای آن‌ها پارگی کوچکی ایجاد می‌شد، این لایه بیشتر از این پاره نمی‌شد، مانند شکافی در شیشه جلوی خودرو. پارتیشن بندی کل ساختار را دست نخورده نگه می دارد، که برای جلوگیری از تخریب مهم است.

فضاپیما: سیستم های مونتاژ و کنترل

این رایج ترین جزء است، همانطور که همه تلسکوپ های فضایی و مأموریت های علمی دارند. در JWST، منحصر به فرد است، اما کاملاً آماده است. تنها چیزی که برای پیمانکار عمومی پروژه، نورثروپ گرومن باقی مانده بود، تکمیل سپر، مونتاژ تلسکوپ و آزمایش آن بود. این دستگاه تا 2 سال دیگر آماده عرضه خواهد شد.

10 سال اکتشاف

اگر همه چیز درست پیش برود، بشریت در آستانه اکتشافات علمی بزرگ قرار خواهد گرفت. پرده گاز خنثی که تاکنون دید ستارگان و کهکشان های اولیه را پنهان کرده است، با قابلیت های فروسرخ وب و درخشندگی عظیم آن از بین خواهد رفت. این تلسکوپ بزرگ‌ترین و حساس‌ترین تلسکوپ خواهد بود که تا کنون ساخته شده است، با محدوده طول موج عظیمی از 0.6 تا 28 میکرون (چشم انسان بین 0.4 تا 0.7 میکرون می‌بیند). انتظار می رود که یک دهه مشاهدات را ارائه دهد.

به گفته ناسا، ماموریت وب بین 5.5 تا 10 سال طول خواهد کشید. این توسط مقدار پیشران مورد نیاز برای حفظ مدار و طول عمر وسایل الکترونیکی و تجهیزات در محیط خشن فضا محدود است. تلسکوپ مداری جیمز وب برای کل دوره 10 ساله منبع سوخت خواهد داشت و 6 ماه پس از پرتاب، آزمایش پشتیبانی پرواز انجام می شود که تضمین کننده 5 سال کار علمی است.

چه چیزی می تواند اشتباه باشد؟

عامل محدود کننده اصلی میزان سوخت در کشتی است. هنگامی که به پایان می رسد، ماهواره از L2 دور می شود و وارد مداری پر هرج و مرج در مجاورت زمین می شود.

علاوه بر این، مشکلات دیگری نیز ممکن است رخ دهد:

• تخریب آینه ها، که بر میزان نور جمع آوری شده تأثیر می گذارد و مصنوعات تصویری ایجاد می کند، اما به عملکرد بیشتر تلسکوپ آسیب نمی رساند.
• خرابی بخشی یا تمام صفحه خورشیدی، که باعث افزایش دمای فضاپیما و محدود کردن محدوده طول موج قابل استفاده به ناحیه مادون قرمز بسیار نزدیک (2-3 میکرون) می شود.
• آسیب به سیستم خنک کننده دستگاه mid-IR، آن را غیرقابل استفاده می کند اما بر سایر ابزارها تأثیر نمی گذارد (0.6 تا 6 میکرومتر).

سخت ترین آزمایشی که در انتظار تلسکوپ جیمز وب است پرتاب و قرار دادن آن در یک مدار مشخص است. این موقعیت ها آزمایش شدند و با موفقیت پشت سر گذاشتند.

انقلاب در علم

اگر تلسکوپ وب فعال باشد، سوخت کافی برای تامین انرژی آن از سال 2018 تا 2028 وجود خواهد داشت. علاوه بر این، پتانسیل سوخت گیری وجود دارد که می تواند عمر تلسکوپ را تا یک دهه دیگر افزایش دهد. همانطور که هابل به مدت 25 سال کار می کند، JWST می تواند نسلی از علم انقلابی را ارائه دهد. در اکتبر 2018، پرتابگر آریان 5 به مدار آینده نجوم پرتاب خواهد شد که پس از بیش از 10 سال تلاش سخت، آماده به ثمر نشستن است. آینده تلسکوپ های فضایی تقریباً نزدیک است.

مسکو، 17 دسامبر - ریانووستی.دفتر مطبوعاتی ESA گفت که رصدخانه مداری جیمز وب با پرتابگر اروپایی آریان 5 به فضا پرتاب خواهد شد که احتمالاً در اکتبر 2018 از سایت پرتاب کورو به فضای نزدیک زمین پرتاب خواهد شد.

امروز، به گفته یوهان دیتریش ورنر، مدیر عامل ESA و مدیر برنامه ناسا JWST، اریک اسمیت، آژانس های فضایی اروپا و ایالات متحده قراردادی را با Arianespace امضا کرده اند که بر اساس آن جیمز وب با یک پرتابگر اروپایی به فضا پرتاب می شود.

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) جایگزین رسمی تلسکوپ فضایی هابل است که به مدت 25 سال در مدار بوده است. در ابتدا قرار بود این وسیله نقلیه جدید در سال 2014 به فضا پرتاب شود، اما گرانی قابل توجه و عقب افتادن برنامه ناسا را ​​مجبور کرد تا تاریخ مورد انتظار پرتاب ماموریت را ابتدا به سپتامبر 2015 و سپس به اکتبر 2018 به تعویق بیندازد.

طراحی جیمز وب شامل یک آینه بزرگ به قطر 6.5 متر (قطر آینه هابل 2.4 متر) و یک سپر آفتاب به اندازه یک زمین تنیس است. با توجه به اندازه آنها، آینه و سپر به صورت تا شده به وسیله پرتاب تحویل داده می شوند و پس از پرتاب تلسکوپ به فضای بیرونی باز می شوند. ابعاد بزرگ تلسکوپ و سپر، همانطور که توسط ESA اشاره شد، منجر به انتخاب آریان 5 به عنوان سیستمی برای پرتاب آن به فضا شد.

دانشمندان: اولین ستاره های کیهان در خانواده های نزدیک و فوق درخشان زندگی می کردندستارگان بزرگ و فوق العاده درخشانی که در اولین لحظات حیات کیهان شعله ور شدند، همانطور که قبلاً تصور می شد تنها نبودند و در خانواده های ستاره ای نزدیک زندگی می کردند که روشنایی کل آنها می توانست صدها میلیون نفر از قدرت درخشش خورشید بیشتر باشد. از زمان ها

اکنون مونتاژ این تلسکوپ به مرحله نهایی رسیده است و مهندسان لاکهید مارتین که مسئولیت ساخت آن را بر عهده دارد، در حال نصب آینه های شش ضلعی جیمز وب هستند که صیقل دادن آن چهار سال پیش به پایان رسید. تا به امروز، ناسا و شرکت هوافضا پنج عنصر از 18 عنصر آینه اصلی شش ضلعی تلسکوپ، و همچنین برخی از آینه های ثانویه و ابزار علمی را نصب کرده اند.

تفاوت اصلی بین هابل و جیمز وب در محدوده عملیاتی نهفته است: ابزار هابل اطلاعات را در مادون قرمز، نور مرئی و فرابنفش جمع آوری می کند، در حالی که جیمز وب در درجه اول در مادون قرمز کار خواهد کرد. در این راستا، تلسکوپ جدید را می توان جانشین بزرگترین رصدخانه فروسرخ فضایی جهان، اسپیتزر نیز دانست که توسط ناسا در 25 آگوست 2003 به فضا پرتاب شد.

این تلسکوپ در فضای بیرونی در نقطه لاگرانژ L2، در فاصله 1.5 میلیون کیلومتری از سیاره ما قرار خواهد گرفت. در آن، زمین تقریباً به طور کامل نور خورشید را پنهان می کند، در حالی که با مشاهدات تداخلی ندارد، زیرا با سمت روشن نشده خود رو به L2 است. نیروهای گرانشی زمین و خورشید تضمین می کند که تلسکوپ نسبت به این دو جرم آسمانی نسبتاً بی حرکت است.

تغییرات کوچک در محل جیمز وب، که از خروج آن از منطقه ایمنی تشعشع جلوگیری می کند، با استفاده از موتورهای اصلاحی انجام خواهد شد. قرار گرفتن در سایه زمین به تلسکوپ اجازه می دهد بدون خنک کننده مصنوعی کار کند.

من شخصاً به این نتیجه رسیده ام که تلسکوپ جیمز وب اختراعات بسیار زیادی را به همراه دارد، خطرات بسیار زیادی دارد و پروژه ای فراتر از عقل است.- این سخنان مستقیم رئیس کمیسیون کنترل مستقل، تام یانگ، در جلسه کمیته نجوم و اخترفیزیک شورای تحقیقات فضایی آکادمی ملی علوم ایالات متحده در 29 اکتبر است. با این حال، او بلافاصله تصریح کرد که مخالف تلسکوپ نیست و شکی ندارد که این پروژه می تواند با موفقیت به پایان برسد. در واقع، وضعیت امور باعث ایجاد احساسات متضاد می شود - از یک طرف، این یک پروژه جالب است که باید فرصت های جدیدی را به علم بدهد، از طرف دیگر، مهلت ها و هزینه ها به ارزش های واقعا نجومی رسیده اند. به طور کلی، تاریخچه پروژه ما را به فکر به موقع بودن پیاده سازی فناوری ها و معیارهای این است که چه زمانی بهتر است توقف کنیم. و در نهایت، آموختن درس های "جیمز وب" کاملاً ضروری است و پروژه ای بسیار بزرگتر از یک ایستگاه مداری ماه را شروع می کند.

عکس توسط NASA/Desiree Stover

برای اینکه نظر یانگ قابل درک تر شود، ارزش آن را دارد که زمینه را روشن کنیم. در سال 2010، زمانی که پروژه تلسکوپ جیمز وب بار دیگر جدول زمانی و هزینه های اعلام شده قبلی را نقض کرد، سناتور باربارا میکولسکی خواستار تشکیل کمیته بررسی مستقل شد. در نتیجه کار خود، ناسا پروژه را بازسازی کرد و به کنگره آمریکا اطمینان داد که هزینه آن از 8 میلیارد دلار تجاوز نخواهد کرد و تلسکوپ حداکثر تا پاییز 2018 به فضا پرتاب خواهد شد. اما در پاییز 2017، ضرب الاجل به پایان رسید. تا سال 2019، و در بهار 2018 - تا 2020. ناسا، بدون اینکه منتظر خشم سناتورها باشد، به تنهایی یک کمیسیون مستقل جدید تشکیل داد. این شامل کارشناسان معتبر هوافضا بود و تام یانگ، که در لاکهید مارتین کار می کرد، رئیس شد.

تام یانگ، عکس توسط ناسا/بیل اینگالس

کمیسیون کار خود را در ماه مه 2018 به پایان رساند و گزارشی را در 31 ام ارائه کرد. در آن، بر اساس برآورد پیچیدگی و زمان‌بندی پروژه در شرایط مختلف، پیشنهاد شد که تاریخ راه‌اندازی مارس 2021 تعیین شود که نتیجه آن فراتر رفتن از سقف 8 میلیارد تعیین‌شده توسط کنگره خواهد بود. این گزارش همچنین 32 توصیه برای بهبود فرآیند تدوین کرده است.

اکنون به سرعت به پاییز 2018 می رسیم. در 29 اکتبر، جلسه کمیته نجوم و اخترفیزیک شورای تحقیقات فضایی آکادمی ملی علوم ایالات متحده برگزار شد. جای تعجب نیست که تام یانگ در آنجا اجرا کرد. پورتال اسپیس نیوز به نقل از او می گوید:

افرادی هستند که به هر قیمتی از JWST پشتیبانی می کنند و کسانی هم هستند که از آن حمایت می کنند اما از افزایش زمان و هزینه ناراحت هستند. من معتقدم که این پروژه بسته نخواهد شد و روند سیاسی هیچ بدی برای تلسکوپ نخواهد داشت.

او همچنین افزود که "خسارات جانبی" به دیگر برنامه های ناسا را ​​رد نمی کند، اما راه حل های خاصی را پیش بینی نکرده است. توضیح: ناسا و دولت ایالات متحده اکنون در حال بررسی تاخیر یا لغو تلسکوپ فروسرخ WFIRST برای انتقال پول به JWST هستند.

من می دانم که در حال حاضر پروژه هایی را شروع می کنیم که جیمز وب را کوچک جلوه می دهد. و این ماموریت ها باید تجربه JWST را در نظر بگیرند. من فکر می کنم که در یک دهه آینده ما باید در مورد این مشکل معما کنیم.

یانگ همچنین درباره مشکلات متقاعد کردن ناسا در مورد صحت توصیه ها صحبت کرد. تلاش زیادی برای اثبات اینکه ناسا می‌تواند و باید بر آماده‌سازی پرواز موشک اروپایی آریان 5، یعنی پرتاب تلسکوپ نظارت کند، انجام شد. در ابتدا، ناسا ادعا کرد که این غیرممکن است، اما نمایندگان کمیسیون توانستند در نهایت آژانس را متقاعد کنند.

اگر این برنامه پتانسیل علمی بالایی نداشت و به مسائل رهبری آمریکا مربوط نمی شد، فکر می کنم بسته می شد.

کابوس برجسته

تلسکوپ جیمز وب در ابتدا قرار بود 500 میلیون دلار هزینه داشته باشد و در سال 2007 به فضا برود. اما برآوردهای اولیه هزینه 19 برابر افزایش یافت و این مدت 14 سال کاهش یافت.

تصویر گرانت ترمبلی

کاملاً انتظار می رود که اکنون حیف است که میلیاردها دلاری که قبلاً خرج شده است را دور بریزیم، بنابراین جیمز وب پرتاب خواهد شد و امیدوارم به یک تلسکوپ عالی تبدیل شود. اما برادران ناسا در مأموریت های فضایی استراتژیک بزرگ ناسا در حال برداشتن گام های بزرگ تری هستند. به عنوان مثال، کاوشگر خورشیدی پارکر که در سال جاری پرتاب شد، تنها یک و نیم میلیارد هزینه داشت. و مأموریت‌های کالیبر کوچک‌تر با بودجه‌های کم در پس‌زمینه جیمز وب بسیار خوب به نظر می‌رسند - TESS، که اخیراً کار خود را در مدار آغاز کرده و قبلاً اولین سیاره‌های فراخورشیدی را پیدا کرده است، 200 میلیون هزینه دارد، در حالی که 40 سیاره صرفه‌جویی کرده و دو ماه زودتر از موعد مقرر تکمیل شده است. ریاضیات ساده می گوید که با هزینه JWST، می توانید تقریبا 50 دستگاه را با بودجه TESS، شش آنالوگ کاوشگر خورشیدی پارکر، یا 3 آنالوگ مریخ نورد کنجکاوی را راه اندازی کنید. و من گمان می کنم که در این مورد منافع علمی بیشتری وجود داشته باشد.

یک طنز غم انگیز جداگانه در این واقعیت نهفته است که تجزیه و تحلیل تعویق ها تاریخ راه اندازی را 2026 نشان می دهد. محاسبه، البته جدی نیست، اما در منطقه 2021 ارزش یادآوری در مورد آن را دارد.

تصویر توسط کوری اس. پاول

افکار نهایی

داستان غم انگیز "جیمز وب" به چندین نتیجه منتهی می شود:

جهش های تکنولوژیکی بهتر است روی دستگاه های تست نسبتا ارزان انجام شود. ناسا تجربه بسیار خوبی با کاوشگر Deep Space 1 داشت که دوازده فناوری جدید را آزمایش کرد که بعداً در ماموریت های بعدی با موفقیت به کار رفت. به هر حال، کاوشگر با قیمت های امروزی کمی بیش از دویست میلیون دلار هزینه داشت. آژانس فضایی اروپا مثال خوبی دارد - موفقیت LISA Pathfinder. این دستگاه امکان ایجاد یک آشکارساز امواج گرانشی فضایی از چندین ماهواره را نشان می دهد و اینکه طراحی آنها تفاوت چندانی با دستگاهی که در حال حاضر کار می کند نخواهد داشت، دقت برآورد زمان و هزینه پروژه را افزایش می دهد. بله، البته ممکن است این ایراد وجود داشته باشد که "mini-JWST" چندان کاربردی نداشته باشد، اما این موضوع مربوط به طراحی دستگاه و ابداع وظایف برای آن است. تمرین ملاک حقیقت است و تنها اجرای موفقیت آمیز فناوری آمادگی و ارزش واقعی آن را نشان می دهد.

افزایش آرام و نامحسوس در هزینه و زمان پروژه می تواند بسیار دور از ذهن باشد و لازم است معیارهای روشنی برای زمانی که وضعیت فراتر از عقل است وجود داشته باشد. به هر حال، این توصیه جهانی است، به خصوص که اجتناب غیرمنطقی از ضرر در روح انسان ذاتی است (آزمایش ماکس بازرمن را با اسکناس بیست دلاری در یک حراجی به یاد بیاورید). به طور خاص، در مورد "جیمز وب" در سال 11-2010، هزینه به تدریج از 5 به 6.5 و سپس به 8 میلیارد افزایش یافت. و تا آن زمان توانستند حدود 3 میلیارد خرج کنند که البته دور ریختن آن حیف شد. و تا سال 2011 هیچ فورکی با ممیزی و فرصتی برای بسته شدن پروژه وجود ندارد. 2006 تخمین هزینه 3.3 میلیاردی را ارائه می دهد که کمتر از هابل است، و اکنون مانند یک تصویر بسیار واضح به نظر می رسد.

وب با کمک موقعیت خود در L2 پشت ماه و سپرهای خورشیدی که نور نفوذی خورشید، زمین و ماه را مسدود می‌کند، به طیف فروسرخ نزدیک و میانی نگاه می‌کند و به طور مطلوب بر خنک‌کننده خودرو تأثیر می‌گذارد. دانشمندان امیدوارند اولین ستاره های کیهان، شکل گیری و برخورد کهکشان های جوان، تولد ستارگان در منظومه های پیش سیاره ای - که ممکن است حاوی اجزای شیمیایی حیات باشند - را ببینند.

این اولین ستاره ها ممکن است کلید درک ساختار جهان را داشته باشند. از لحاظ نظری، مکان و چگونگی تشکیل آنها مستقیماً با اولین مدل‌های ماده تاریک - یک ماده مرموز نامرئی که با تأثیر گرانشی شناسایی می‌شود - مرتبط است و چرخه‌های زندگی و مرگ آنها باعث بازخوردهایی می‌شود که بر شکل‌گیری اولین کهکشان‌ها تأثیر گذاشت. و از آنجایی که ستارگان پرجرم با عمر کوتاه حدود 30 تا 300 برابر جرم خورشید ما سنگین‌تر هستند (و میلیون‌ها بار درخشنده‌تر)، این اولین ستاره‌ها می‌توانند به صورت ابرنواختر منفجر شوند و سپس فرو بپاشند و سیاهچاله‌هایی را تشکیل دهند که به تدریج مراکز اکثر آنها را اشغال کردند. کهکشان های عظیم

دیدن همه اینها مطمئناً یک شاهکار برای ابزارهایی است که تاکنون ساخته ایم. به لطف ابزارهای جدید و همچنین فضاپیماها، ما می توانیم موارد بیشتری را ببینیم.

تور تلسکوپ فضایی جیمز وب

وب شبیه یک قایق الماس شکل است که مجهز به یک دکل منحنی ضخیم و بادبان است - اگر توسط زنبورهای غول پیکری ساخته شده باشد که از بریلیوم تغذیه می کنند. که توسط قسمت پایین به خورشید هدایت می شود، از زیر "کلک" از یک سپر - لایه های کپتون تشکیل شده است که با شکاف هایی از هم جدا شده اند. هر لایه توسط یک شکاف خلاء برای خنک سازی موثر جدا شده است و با هم از بازتابنده اصلی و ابزار محافظت می کنند.

کاپتون یک فیلم پلیمری بسیار نازک (تصور کنید یک موی انسان) است که توسط شرکت DuPont ساخته شده است که قادر است خواص مکانیکی پایدار را در شرایط گرما و لرزش شدید حفظ کند. در صورت تمایل می توانید یک طرف سپر آب را بجوشانید و در طرف دیگر نیتروژن مایع را نگه دارید. همچنین به خوبی تا می شود، که برای راه اندازی مهم است.

"کلید" کشتی از ساختاری تشکیل شده است که سپر خورشیدی را در هنگام پرتاب و آرایه های خورشیدی برای تامین انرژی وسیله نقلیه ذخیره می کند. در مرکز جعبه ای قرار دارد که شامل تمام عملکردهای پشتیبانی مهمی است که Webb را کار می کند، از جمله قدرت، کنترل نگرش، ارتباطات، فرماندهی، پردازش داده ها و کنترل حرارتی. آنتن ظاهر جعبه را بهبود می بخشد و کمک می کند تا مطمئن شوید که همه چیز در جهت درست است. در یک انتهای سپر حرارتی، عمود بر آن، یک قیچی لحظه ای وجود دارد که فشار وارد شده توسط فوتون ها بر دستگاه را جبران می کند.

در سمت فضایی سپر یک "بادبان"، یک آینه غول پیکر وب، بخشی از تجهیزات نوری و یک جعبه با تجهیزات قرار دارد. 18 بخش بریلیوم شش ضلعی پس از پرتاب باز می شوند تا به یک آینه اصلی بزرگ به عرض 6.5 متر تبدیل شوند.

در مقابل این آینه، که توسط سه تکیه گاه در جای خود نگه داشته می شود، یک آینه ثانویه قرار دارد که نور را از آینه اولیه به زیرسیستم نوری پشتی متمرکز می کند، یک جعبه گوه ای شکل که از مرکز آینه اولیه بیرون می زند. این ساختار نور سرگردان را منحرف می‌کند و نور را از آینه ثانویه به ابزارهایی که در پشت "دکل" قرار گرفته‌اند هدایت می‌کند، که ساختار تقسیم‌شده آینه اولیه را نیز پشتیبانی می‌کند.

پس از اتمام دوره راه اندازی شش ماهه خودرو، بسته به مصرف سوخت، 5 تا 10 سال یا شاید بیشتر کار می کند، اما مکان آن برای تعمیر بسیار دور است. در واقع هابل در این زمینه به نوعی استثنا هستند. اما، مانند هابل و سایر رصدخانه های مشترک، مأموریت وب کار با پروژه هایی از دانشمندان سراسر جهان خواهد بود که بر اساس رقابت انتخاب شده اند. سپس نتایج راه خود را به تحقیقات و داده های موجود آنلاین پیدا می کنند.

بیایید نگاهی دقیق‌تر به ابزارهایی بیندازیم که همه این تحقیقات را ممکن می‌سازند.

ابزار: دور از دید

اگرچه او چیزی در محدوده بصری (نور قرمز و طلایی) می بیند، اما وب اساسا یک تلسکوپ مادون قرمز بزرگ است.

تصویرگر حرارتی اصلی آن، یک دوربین مادون قرمز نزدیک است NIRCamدر محدوده 0.6-5.0 میکرون (نزدیک مادون قرمز) می بیند. این می تواند نور فروسرخ را از تولد اولین ستارگان و کهکشان ها تشخیص دهد، کهکشان های نزدیک و اجرام محلی را که در کمربند کویپر می چرخند را بررسی کند - گستره هایی از اجرام یخی که به دور نپتون می چرخند، که همچنین با پلوتو و دیگر سیارات کوتوله مناسب هستند.

NIRCam همچنین به یک تاج‌نگار مجهز شده است که به دوربین اجازه می‌دهد تا هاله نازک اطراف ستاره‌های درخشان را مشاهده کند و نور کور آنها را مسدود کند - ابزاری ضروری برای تشخیص سیارات فراخورشیدی.

طیف نگار مادون قرمز نزدیک در همان محدوده طول موج NIRCam عمل می کند. مانند طیف نگارهای دیگر، خواص فیزیکی اجسامی مانند ستارگان را تجزیه و تحلیل می کند و نوری که ساطع می کنند را به طیف هایی تقسیم می کند که ساختار آن بسته به دما، جرم و ترکیب شیمیایی جسم تغییر می کند.

NIRSpec هزاران کهکشان باستانی را با چنان تابش ضعیفی مطالعه خواهد کرد که صدها ساعت طول می کشد تا یک طیف نگار منفرد این کار را انجام دهد. برای آسان‌تر کردن این کار دلهره‌نگار، این طیف‌نگار به یک دستگاه قابل توجه مجهز شده است: شبکه‌ای از 62000 پرده منفرد، که هر کدام حدود 100 میکرون در 200 میکرون (عرض چند تار موی انسان) است و می‌توان هرکدام را باز و بسته کرد تا مانع از پرده‌ها شود. نور ستاره های درخشان تر با این آرایه، NIRSpec اولین طیف‌نگار فضایی خواهد بود که می‌تواند صدها شی مختلف را به طور همزمان مشاهده کند.

سنسور راهنمایی خوبو یک طیف‌نگار بدون شکاف (FGS-NIRISS) اساساً دو حسگر هستند که با هم بسته‌بندی شده‌اند. NIRISSشامل چهار حالت است که هر کدام با طول موج متفاوتی همراه است. این طیف‌سنجی‌ها طیف‌سنجی بدون شکاف را شامل می‌شوند، که طیفی را با استفاده از یک منشور و یک توری به نام گریسم ایجاد می‌کند، که با هم الگوهای تداخلی ایجاد می‌کنند که نور فراسیاره‌ای را در برابر نور ستارگان نشان می‌دهد.

FGSیک دوربین حساس و بدون سوسو می باشد که تصاویر ناوبری می گیرد و آنها را به سیستم های کنترل نگرش که تلسکوپ را در جهت صحیح نگه می دارد ارسال می کند.

جدیدترین ابزار وب دامنه را از مادون قرمز نزدیک به مادون قرمز میانی گسترش می دهد که برای مشاهده اجرام انتقال به سرخ و همچنین سیارات، دنباله دارها، سیارک ها، غبار گرم شده با خورشید و دیسک های پیش سیاره ای مفید است. دوربین و طیف نگار در عین حال این ابزار MIRIگسترده ترین محدوده طول موج، 5-28 میکرون را پوشش می دهد. دوربین پهنای باند آن می‌تواند بیشتر از انواع تصاویری را که ما هابل را دوست داریم ثبت کند.

همچنین، مشاهدات مادون قرمز برای درک جهان مهم هستند. غبار و گاز می توانند نور مرئی ستارگان را در مهدکودک ستارگان مسدود کنند، اما مادون قرمز نمی تواند. علاوه بر این، با انبساط کیهان و دور شدن کهکشان‌ها، نور آنها "کشیده" می‌شود و تبدیل به قرمز می‌شود و به طیف طول موج بلند امواج الکترومغناطیسی مانند فروسرخ می‌رود. هر چه کهکشان دورتر باشد، سریعتر دور می شود و انتقال به سرخ آن اهمیت بیشتری می یابد - این ارزش تلسکوپ وب است.

طیف مادون قرمز همچنین می تواند اطلاعات زیادی در مورد اتمسفر سیارات فراخورشیدی و اینکه آیا آنها دارای اجزای مولکولی مرتبط با حیات هستند ارائه می دهد. ما روی زمین بخار آب، متان و دی اکسید کربن را گازهای گلخانه ای می نامیم زیرا گرما را جذب می کنند. از آنجایی که این روند در همه جا صادق است، دانشمندان می توانند از وب برای شناسایی مواد آشنا در جو جهان های دور با مشاهده الگوهای جذب با طیف نگار استفاده کنند.