Någon sa en gång: skaparna av Hubble måste bygga ett monument i varje större stad på jorden. Han har många meriter. Till exempel, med hjälp av detta teleskop, har astronomer tagit en bild av den mycket avlägsna galaxen UDFj-39546284. I januari 2011 fick forskarna reda på att den ligger längre än den tidigare rekordhållaren - UDFy -38135539 - med cirka 150 miljoner ljusår. Galaxy UDFj-39546284 är 13,4 miljarder ljusår från oss. Det vill säga Hubble såg stjärnor som fanns för mer än 13 miljarder år sedan, 380 miljoner år efter Big Bang. Dessa föremål är förmodligen inte "levande" på länge: vi ser bara ljuset från länge döda stjärnor och galaxer.
Men för alla fördelar är rymdteleskopet Hubble det senaste årtusendets teknik: det lanserades 1990. Naturligtvis har tekniken gjort stora framsteg genom åren. Om Hubble -teleskopet uppträdde i vår tid skulle dess kapacitet ha överträffat originalversionen på ett kolossalt sätt. Så här kom James Webb till.
Varför "James Webb" är användbart
Det nya teleskopet är liksom sin förfader också ett kretsande infrarött observatorium. Detta innebär att hans främsta uppgift blir att studera termisk strålning. Minns att föremål som värms upp till en viss temperatur avger energi i det infraröda spektrumet. Våglängden beror på uppvärmningstemperaturen: ju högre den är, desto kortare våglängd och desto mer intensiv strålning.
Det finns dock en konceptuell skillnad mellan teleskop. Hubble befinner sig i en låg jordbana, det vill säga den kretsar runt jorden på cirka 570 km höjd. James Webb kommer att sjösättas i en halo-bana vid L2 Lagrange-punkten i Sun-Earth-systemet. Den kommer att kretsa runt solen, och till skillnad från situationen med Hubble kommer jorden inte att störa den. Problemet uppstår omedelbart: ju längre ett föremål är från jorden, desto svårare är det att komma i kontakt med det, desto högre är risken att förlora det. Därför kommer "James Webb" att röra sig runt stjärnan i synk med vår planet. I detta fall kommer teleskopets avstånd från jorden att vara 1,5 miljoner km i motsatt riktning från solen. För jämförelse är avståndet från jorden till månen 384 403 km. Det vill säga, om James Webb -utrustningen misslyckas kommer den troligtvis inte att repareras (utom på distans, vilket medför allvarliga tekniska begränsningar). Därför görs ett lovande teleskop inte bara tillförlitligt, utan också pålitligt. Detta beror delvis på det ständiga uppskjutandet av lanseringsdatumet.
James Webb har en annan viktig skillnad. Utrustningen gör att han kan koncentrera sig på mycket gamla och kalla föremål som Hubble inte kunde se. På så sätt kommer vi att ta reda på när och var de första stjärnorna, kvasarerna, galaxerna, klasarna och superhopen av galaxer uppträdde.
De mest intressanta fynden som det nya teleskopet kan göra är exoplaneter. För att vara mer exakt talar vi om att bestämma deras densitet, vilket gör att vi kan förstå vilken typ av objekt som ligger framför oss och om en sådan planet kan vara beboelig. Med hjälp av James Webb hoppas forskare också kunna samla in data om massor och diametrar på avlägsna planeter, och detta kommer att öppna upp nya data om hemgalaxen.
Teleskopets utrustning gör det möjligt att upptäcka kalla exoplaneter med yttemperaturer upp till 27 ° C (medeltemperaturen på vår planets yta är 15 ° C)."James Webb" kommer att kunna hitta sådana föremål som ligger på ett avstånd av mer än 12 astronomiska enheter (det vill säga avståndet från jorden till solen) från deras stjärnor och avlägsna från jorden på ett avstånd av upp till 15 ljus år. Allvarliga planer rör planeternas atmosfär. Spitzer- och Hubble -teleskopen kunde samla in information om ett hundratal gaskuvert. Enligt experter kommer det nya teleskopet att kunna utforska minst tre hundra atmosfärer av olika exoplaneter.
En separat punkt som är värd att lyfta fram är sökandet efter hypotetiska typ III -stjärnpopulationer, som borde utgöra den första generationen stjärnor som dök upp efter Big Bang. Enligt forskare är detta mycket tunga armaturer med en kort livslängd, som naturligtvis inte längre finns. Dessa föremål hade en stor massa på grund av bristen på kol som krävs för den klassiska termonukleära reaktionen, där tungt väte omvandlas till lätt helium och överskott av massa omvandlas till energi. Utöver allt detta kommer det nya teleskopet att kunna studera i detalj tidigare outforskade platser där stjärnor föds, vilket också är mycket viktigt för astronomin.
- Sök och studera de äldsta galaxerna;
- Sök efter jordliknande exoplaneter;
- Detektion av stjärnpopulationer av den tredje typen;
- Utforskning av "stjärnvaggarna"
Design egenskaper
Enheten utvecklades av två amerikanska företag - Northrop Grumman och Bell Aerospace. James Webb rymdteleskop är ett mästerverk inom teknik. Det nya teleskopet väger 6, 2 ton - för jämförelse har Hubble en massa på 11 ton. Men om det gamla teleskopet kan jämföras i storlek med en lastbil, är det nya jämförbart med en tennisbana. Dess längd når 20 m och höjden är densamma som för en byggnad med tre våningar. Den största delen av James Webb rymdteleskop är en enorm solskydd. Detta är grunden för hela strukturen, skapad av en polymerfilm. På ena sidan är den täckt med ett tunt lager aluminium, och på den andra - metalliskt kisel.
Solskyddet har flera lager. Tomrummen mellan dem är fyllda med vakuum. Detta är nödvändigt för att skydda utrustningen från "värmeslag". Detta tillvägagångssätt gör att man kan kyla ultrakänsliga matriser ner till –220 ° C, vilket är mycket viktigt när det gäller att observera avlägsna föremål. Faktum är att de, trots de perfekta sensorerna, inte kunde se objekt på grund av andra "heta" detaljer om "James Webb".
I mitten av strukturen är en stor spegel. Detta är en "överbyggnad" som behövs för att fokusera ljusstrålar - spegeln rätar ut dem och skapar en tydlig bild. Diametern på huvudspegeln på James Webb -teleskopet är 6,5 m. Den innehåller 18 block: under lanseringen av uppskjutningsfordonet kommer dessa segment att vara i en kompakt form och öppnas först efter att rymdfarkosten har kommit i omloppsbana. Varje segment har sex hörn för att på bästa sätt utnyttja det tillgängliga utrymmet. Och spegelns rundade form möjliggör bästa fokusering av ljus på detektorerna.
För tillverkning av spegeln valdes beryllium - en relativt hård metall av ljusgrå färg, som bland annat kännetecknas av en hög kostnad. Bland fördelarna med detta val är det faktum att beryllium behåller sin form även vid mycket låga temperaturer, vilket är mycket viktigt för korrekt insamling av information.
Vetenskapliga instrument
Granskningen av ett lovande teleskop skulle vara ofullständig om vi inte fokuserade på dess huvudinstrument:
MIRI. Detta är en mellan-infraröd enhet. Den innehåller en kamera och en spektrograf. MIRI innehåller flera matriser av arsenik-kiseldetektorer. Tack vare sensorerna i denna enhet hoppas astronomer överväga den röda förskjutningen av avlägsna objekt: stjärnor, galaxer och till och med små kometer. Den kosmologiska rödförskjutningen kallas en minskning av strålningsfrekvenser, vilket förklaras av det dynamiska avståndet mellan källor från varandra på grund av universums expansion. Det som är mest intressant är att det inte bara handlar om att fixa det eller det avlägsna objektet, utan om att skaffa en stor mängd data om dess egenskaper.
NIRCam, eller nära infraröd kamera, är teleskopets huvudsakliga bildenhet. NIRCam är ett komplex av kvicksilver-kadmium-telluriumsensorer. NIRCam-enhetens arbetsområde är 0,6-5 mikron. Det är svårt att ens föreställa sig vilka hemligheter NIRCam kommer att hjälpa till att lösa upp. Forskare vill till exempel använda den för att skapa en karta över mörk materia med hjälp av den så kallade gravitationslinsmetoden, d.v.s. att hitta blodproppar av mörk materia genom deras gravitationella fält, märkbart av krökning av banan för närliggande elektromagnetisk strålning.
NIRSpec. Utan en nära-infraröd spektrograf skulle det vara omöjligt att bestämma de fysiska egenskaperna hos astronomiska objekt, såsom massa eller kemisk sammansättning. NIRSpec kan tillhandahålla medelupplöst spektroskopi i 1-5 μm våglängdsområdet och lågupplöst spektroskopi med 0,6-5 μm våglängder. Enheten består av många celler med individuell kontroll, som låter dig fokusera på specifika objekt och "filtrerar bort" onödig strålning.
FGS / NIRISS. Detta är ett par som består av en precisionsriktad sensor och en nära infraröd avbildningsenhet med en slitsfri spektrograf. Tack vare precisionsstyrningssensorn (FGS) kommer teleskopet att kunna fokusera så exakt som möjligt, och tack vare NIRISS tänker forskare genomföra de första orbitaltesterna av teleskopet, vilket ger en allmän uppfattning om dess tillstånd. Man tror också att avbildningsanordningen kommer att spela en viktig roll vid observation av avlägsna planeter.
Formellt tänker de driva teleskopet i fem till tio år. Men som praktiken visar kan denna period förlängas på obestämd tid. Och "James Webb" kan ge oss mycket mer användbar och helt enkelt intressant information än någon kan tänka sig. Dessutom är det nu omöjligt att ens föreställa sig vilken typ av "monster" som kommer att ersätta "James Webb", och hur mycket dess konstruktion kommer att kosta.
Tillbaka under våren 2018 ökade projektets pris till ofattbara 9,66 miljarder dollar. Som jämförelse är NASA: s årliga budget cirka 20 miljarder dollar och Hubble vid byggtiden var värd 2,5 miljarder dollar. Med andra ord, James Webb har redan gått till historien som det dyraste teleskopet och ett av de dyraste projekten i rymdutforskningens historia. Endast månprogrammet, den internationella rymdstationen, skyttlarna och GPS: s globala positioneringssystem kostar mer. "James Webb" har dock allt framför sig: priset kan stiga ännu mer. Och även om experter från 17 länder deltog i konstruktionen, ligger lejonparten av finansieringen fortfarande på USA: s axlar. Förmodligen kommer detta att fortsätta att vara så.
