S každým centimetrem apertury navíc, každou další sekundou pozorovacího času a každým dalším atomem atmosférického rušení odstraněným ze zorného pole dalekohledu je vesmír vidět lépe, hlouběji a jasněji.
25 let Hubblea
Když v roce 1990 začal fungovat Hubbleův teleskop, zahájila novou éru v astronomii – vesmír. Už nebyl žádný boj s atmosférou, žádné starosti s mraky nebo elektromagnetickým blikáním. Jediné, co bylo potřeba, bylo rozmístit satelit k cíli, stabilizovat jej a shromáždit fotony. Během 25 let začaly vesmírné teleskopy pokrývat celé elektromagnetické spektrum, což poprvé umožnilo pozorovat vesmír při každé vlnové délce světla.
Jak se ale naše znalosti rozšiřovaly, rostlo i naše chápání neznámého. Čím dále se díváme do vesmíru, tím hlubší minulost vidíme: konečné množství času od Velkého třesku v kombinaci s konečnou rychlostí světla poskytuje limit toho, co můžeme pozorovat. Navíc samotné rozpínání prostoru působí proti nám tím, že natahuje vlnovou délkusvětlo hvězd, které putuje vesmírem k našim očím. Dokonce i Hubbleův vesmírný dalekohled, který nám poskytuje nejhlubší a nejúchvatnější obraz vesmíru, jaký jsme kdy objevili, je v tomto ohledu omezený.
Nevýhody HST
Hubble je úžasný dalekohled, ale má řadu zásadních omezení:
- Pouze 2,4m v průměru, což omezuje jeho rozlišení.
- Přestože je pokryta reflexními materiály, je neustále vystavena přímému slunečnímu záření, které ji zahřívá. To znamená, že kvůli tepelným účinkům nemůže pozorovat vlnové délky světla větší než 1,6 µm.
- Kombinace omezené apertury a vlnových délek, na které je citlivý, znamená, že dalekohled může vidět galaxie ne starší než 500 milionů let.
Tyto galaxie jsou krásné, vzdálené a existovaly, když byl vesmír jen asi 4 % svého současného stáří. Ale je známo, že hvězdy a galaxie existovaly ještě dříve.
Abyste to viděli, musí mít dalekohled vyšší citlivost. To znamená přesun na delší vlnové délky a nižší teploty než Hubble. To je důvod, proč se staví vesmírný dalekohled Jamese Webba.
Vyhlídky pro vědu
James Webb Space Telescope (JWST) je navržen tak, aby přesně překonal tato omezení: s průměrem 6,5 m dalekohled zachytí 7krát více světla než Hubbleův teleskop. Otevřelultraspektroskopie s vysokým rozlišením od 600 nm do 6 µm (čtyřnásobek vlnové délky, než dokáže Hubble vidět), aby bylo možné provádět pozorování ve střední infračervené oblasti spektra s vyšší citlivostí než kdykoli předtím. JWST využívá pasivní chlazení na povrchovou teplotu Pluta a je schopen aktivně chladit středně infračervené přístroje až na 7K.
Dovolí:
- pozorovat nejstarší galaxie, které kdy vznikly;
- vidět skrz neutrální plyn a zkoumat první hvězdy a reionizaci vesmíru;
- proveďte spektroskopickou analýzu úplně prvních hvězd (populace III) vzniklých po velkém třesku;
- získejte úžasná překvapení, jako je objev prvních supermasivních černých děr a kvasarů ve vesmíru.
Úroveň vědeckého výzkumu JWST se nepodobá ničemu v minulosti, a proto byl teleskop vybrán jako vlajková loď NASA v roce 2010.
Vědecké mistrovské dílo
Z technického hlediska je nový dalekohled Jamese Webba skutečným uměleckým dílem. Projekt ušel dlouhou cestu: došlo k překročení rozpočtu, zpoždění v harmonogramu a nebezpečí zrušení projektu. Po zásahu nového vedení se vše změnilo. Projekt najednou fungoval jako hodinky, finanční prostředky byly přiděleny, chyby, selhání a problémy byly zohledněny a tým JWST začal zapadat dovšechny termíny, harmonogramy a rozpočtové rámce. Start zařízení je naplánován na říjen 2018 na raketě Ariane-5. Tým se nejen drží plánu, ale zbývá mu devět měsíců na to, aby vyřídil všechny nepředvídatelné události, aby bylo zajištěno, že je vše sbaleno a připraveno k danému datu.
Teleskop Jamese Webba se skládá ze 4 hlavních částí.
Optický blok
Zahrnuje všechna zrcátka, z nichž nejúčinnějších je osmnáct primárních segmentových pozlacených zrcadel. Budou použity ke sběru vzdáleného světla hvězd a jeho zaostření na nástroje pro analýzu. Všechna tato zrcadla jsou nyní připravena a bezchybná, vyrobena přesně podle plánu. Po sestavení budou složeny do kompaktní struktury, která bude vypuštěna více než 1 milion km od Země k bodu L2 Lagrange a poté se automaticky rozmístí, aby vytvořila voštinovou strukturu, která bude v nadcházejících letech shromažďovat světlo ultra dlouhého dosahu. To je opravdu krásná věc a úspěšný výsledek titánského úsilí mnoha specialistů.
Nedaleká infračervená kamera
Webb je vybaven čtyřmi vědeckými přístroji, které jsou 100% kompletní. Hlavní kamera dalekohledu je blízko IR kamera v rozsahu od viditelného oranžového světla po hluboké infračervené. Poskytne bezprecedentní snímky nejstarších hvězd, nejmladších galaxií, které jsou stále v procesu formování, mladých hvězd Mléčné dráhy a blízkých galaxií, stovek nových objektů v Kuiperově pásu. Jeoptimalizované pro přímé zobrazování planet kolem jiných hvězd. Toto bude hlavní fotoaparát používaný většinou pozorovatelů.
Blízký infračervený spektrograf
Tento nástroj nejenže rozděluje světlo do samostatných vlnových délek, ale je schopen to udělat pro více než 100 samostatných objektů současně! Tento přístroj bude univerzálním spektrografem Webba schopným pracovat ve 3 různých režimech spektroskopie. Byla postavena Evropskou kosmickou agenturou, ale mnoho komponent, včetně detektorů a multibránové baterie, poskytlo Centrum kosmických letů. Goddarda (NASA). Toto zařízení bylo testováno a je připraveno k instalaci.
Středně infračervený přístroj
Zařízení bude použito pro širokopásmové zobrazování, to znamená, že bude produkovat nejpůsobivější snímky ze všech nástrojů Webb. Z vědeckého hlediska bude nejužitečnější při měření protoplanetárních disků kolem mladých hvězd, měření a zobrazování objektů Kuiperova pásu a prachu zahřátého světlem hvězd s nebývalou přesností. Bude to jediný přístroj, který bude kryogenicky chlazen na 7 K. Ve srovnání s vesmírným dalekohledem Spitzer to zlepší výsledky o faktor 100.
Slitless Near-IR Spectrograph (NIRISS)
Zařízení vám umožní vyrábět:
- širokoúhlá spektroskopie v blízkých infračervených vlnových délkách (1,0 - 2,5 µm);
- grism spektroskopie jednoho objektu vviditelný a infračervený rozsah (0,6 - 3,0 mikronů);
- interferometrie maskující aperturu na vlnových délkách 3,8 - 4,8 µm (kde se očekávají první hvězdy a galaxie);
- širokoúhlé snímání celého zorného pole.
Tento přístroj vytvořila Kanadská kosmická agentura. Poté, co projde kryogenním testováním, bude také připraven k integraci do přístrojového prostoru dalekohledu.
Sluneční štít
Vesmírné dalekohledy jimi ještě nebyly vybaveny. Jedním z nejvíce zastrašujících aspektů každého startu je použití zcela nového materiálu. Místo aktivního chlazení celé kosmické lodi jednorázovým spotřebním chladivem používá teleskop Jamese Webba zcela novou technologii, 5vrstvou sluneční clonu, která bude nasazena k odrážení slunečního záření z dalekohledu. Pět 25metrových plechů bude spojeno titanovými tyčemi a instalováno po nasazení dalekohledu. Ochrana byla testována v letech 2008 a 2009. Modely v plném měřítku, které se účastnily laboratorních testů, dělaly vše, co zde na Zemi dělat měly. To je krásná inovace.
Je to také neuvěřitelný koncept: nejen blokovat světlo ze Slunce a umístit dalekohled do stínu, ale udělat to tak, aby veškeré teplo bylo vyzařováno v opačném směru, než je orientace dalekohledu. Každá z pěti vrstev ve vakuu vesmíru se ochladí, když se bude vzdalovat od vnějšího, což bude o něco teplejší než teplota.povrch Země - asi 350-360 K. Teplota poslední vrstvy by měla klesnout na 37-40 K, což je chladněji než v noci na povrchu Pluta.
Kromě toho byla přijata významná opatření na ochranu před drsným prostředím hlubokého vesmíru. Jednou z věcí, které je třeba si zde dělat starosti, jsou drobné oblázky velikosti oblázků, zrnka písku, smítka prachu a ještě menší létající meziplanetárním prostorem rychlostí desítek nebo dokonce stovek tisíc kilometrů za hodinu. Tyto mikrometeority jsou schopny vytvořit drobné mikroskopické otvory ve všem, s čím se setkají: kosmické lodi, obleky astronautů, zrcadla dalekohledů a další. Pokud jsou zrcadla pouze promáčknutá nebo děravá, což mírně snižuje množství dostupného „dobrého světla“, může se sluneční štít roztrhnout od okraje k okraji, čímž se celá vrstva stane zbytečnou. V boji proti tomuto jevu byl použit skvělý nápad.
Celý sluneční štít byl rozdělen na části tak, že pokud je v jedné, dvou nebo dokonce třech z nich malá mezera, vrstva se dále neroztrhne, jako prasklina na čelním skle. auto. Rozdělením zůstane celá struktura nedotčená, což je důležité, aby se zabránilo degradaci.
Vesmírná loď: montážní a řídicí systémy
Toto je nejběžnější součást, stejně jako všechny vesmírné teleskopy a vědecké mise. U JWST je unikátní, ale také kompletně připravený. Generálnímu dodavateli projektu, společnosti Northrop Grumman, zbývalo pouze dokončit štít, sestavit dalekohled a otestovat jej. Stroj bude připraven naspuštění za 2 roky.
10 let objevování
Pokud vše půjde správně, lidstvo bude na prahu velkých vědeckých objevů. Závoj neutrálního plynu, který dosud zakrýval pohled na nejstarší hvězdy a galaxie, bude eliminován infračervenými schopnostmi Webb a jeho obrovskou svítivostí. Bude to největší a nejcitlivější dalekohled, jaký byl kdy postaven, s obrovským rozsahem vlnových délek 0,6 až 28 mikronů (lidské oko vidí 0,4 až 0,7 mikronů). Očekává se, že poskytne deset let pozorování.
Podle NASA bude životnost mise Webb od 5,5 do 10 let. Je omezeno množstvím pohonné látky potřebné k udržení oběžné dráhy a životností elektroniky a zařízení v drsném prostředí vesmíru. Orbitální dalekohled Jamese Webba ponese palivo po celou dobu 10 let a 6 měsíců po startu bude provedeno testování podpory letu, které zaručí 5 let vědecké práce.
Co se může pokazit?
Hlavním limitujícím faktorem je množství paliva na palubě. Když skončí, satelit se vzdálí od bodu L2 Lagrange a vstoupí na chaotickou oběžnou dráhu v bezprostřední blízkosti Země.
Pojďte s tím, mohou nastat další potíže:
- degradace zrcadel, která ovlivní množství nasbíraného světla a vytvoří obrazové artefakty, ale nepoškodí další provoz dalekohledu;
- selhání části nebo celé sluneční clony, což povede ke zvýšeníteplota kosmické lodi a zúží použitelný rozsah vlnových délek na velmi blízkou infračervenou (2-3 µm);
- Selhání systému chlazení zařízení středního infračerveného záření, které jej činí nepoužitelným, ale neovlivňuje ostatní nástroje (0,6 až 6 µm).
Nejtěžší test, který čeká teleskop Jamese Webba, je start a vložení na danou oběžnou dráhu. Tyto situace byly testovány a úspěšně dokončeny.
Revoluce ve vědě
Pokud bude teleskop Jamese Webba v provozu, bude k dispozici dostatek paliva pro jeho pohon v letech 2018 až 2028. Navíc je zde potenciál pro doplňování paliva, které by mohlo prodloužit životnost dalekohledu o další desetiletí. Stejně jako HST funguje již 25 let, JWST může poskytnout generaci revoluční vědy. V říjnu 2018 odstartuje nosná raketa Ariane 5 na oběžnou dráhu budoucnosti astronomie, která je po více než 10 letech usilovné práce připravena začít přinášet ovoce. Budoucnost vesmírných dalekohledů je téměř tady.
