Космічний телескоп джеймса вебба (james webb space telescope): дата запуску, обладнання

З кожним додатковим сантиметром апертури, кожної додаткової секундою часу спостереження і кожним додатковим атомом атмосферних перешкод, віддаленим з поля огляду телескопа, краще, глибше і зрозуміліше можна буде побачити Всесвіт.

25 років «Хабблу»

Коли телескоп «Хаббл» почав функціонувати в 1990 році, він відкрив нову еру в астрономії - космічну. Не потрібно було більше боротися з атмосферою, турбуватися про хмарах або електромагнітних мерехтіннях. Все, що було потрібно, - це розгорнути супутник на мету, стабілізувати його і збирати фотони. За 25 років космічні телескопи почали охоплювати весь електромагнітний спектр, що дозволило вперше розглянути Всесвіт на кожній довжині хвилі світла.

Але оскільки наше знання збільшилася, зросла і наше розуміння невідомого. Чим далі ми заглядаємо у Всесвіт, тим глибше минуле ми бачимо: кінцеве кількість часу з моменту Великого вибуху в поєднанні з кінцевою швидкістю світла забезпечує межа того, що ми можемо спостерігати. Більш того, розширення самого простору працює проти нас, розтягуючи довжину хвилі світла зірок, поки він подорожує по Всесвіту до наших очей. Навіть космічний телескоп «Хаббл», що дає нам найглибше, саме захоплююче зображення Всесвіту, яке ми коли-небудь відкривали, в цьому відношенні обмежений.

Недоліки «Хаббла»

«Хаббл» - дивовижний телескоп, але він має ряд принципових обмежень:

• Всього 2,4 м в діаметрі, що обмежує його роздільну здатність.
• Незважаючи на покриття світловідбиваючими матеріалами, він постійно перебуває під прямими сонячними променями, які його нагрівають. Це означає, що через теплових ефектів він не може спостерігати довжину хвилі світла понад 1,6 мкм.
• Поєднання обмеженою світлосили і довжин хвиль, до яких він чутливий, означає, що телескоп може бачити галактики віком не старше 500 млн років.

Ці галактики прекрасні, далекі і існували тоді, коли Всесвіту було всього близько 4% від її нинішнього віку. Але відомо, що зірки і галактики існували ще раніше.

Щоб побачити це, телескоп повинен володіти вищою чутливістю. Це означає перехід на більш довгі хвилі і більш низькі температури, ніж у "Хаббла". Саме тому і створюється космічний телескоп Джеймса Вебба.

Перспективи для науки

James Webb Space Telescope (JWST) призначений для подолання саме цих обмежень: з діаметром 6,5 м телескоп дозволяє збирати в 7 разів більше світла, ніж "Хаббл". Він відкриває можливість ультра-спектроскопії високого дозволу від 600 нм до 6 мкм (в 4 рази більше довжини хвилі, яку здатний побачити "Хаббл"), Проводити спостереження в середній інфрачервоній області спектра з більш високою чутливістю, ніж будь-коли раніше. JWST використовує пасивне охолодження до температури поверхні Плутона і здатний активно охолоджувати прилади середньої інфрачервоної області аж до 7 K. Телескоп Джеймса Вебба дасть можливість займатися наукою так, як ніхто раніше цього не робив.

Відео: JAMES WEBB - SPACE TELESCOPE

Він дозволить:

• спостерігати найраніші галактики, коли-небудь що сформувалися;
• бачити крізь нейтральний газ і зондувати перші зірки і реіонізаціі Всесвіту;
• проводити спектроскопічний аналіз найперших зірок (населення III), що утворилися після Великого вибуху;
• отримати дивовижні сюрпризи, подібні до відкриття самих ранніх надмасивних чорних дір і квазарів у Всесвіті.

Рівень наукових досліджень JWST не схожий ні на що в минулому, і тому телескоп був обраний в якості флагманської місії НАСА 2010-х років.

Відео: Essential Scale-Out Computing by James Cuff

науковий шедевр

З технічної точки зору, новий телескоп Джеймса Вебба являє собою справжній витвір мистецтва. Проект пройшов довгий шлях: були перевитрати бюджету, відставання від графіка і небезпека скасування проекту. Після втручання нового керівництва все змінилося. Проект раптом запрацював як годинник, були виділені кошти, враховані помилки, невдачі і проблеми, і команда JWST стала укладатися в усі терміни, графіки та бюджетні рамки. Запуск апарату запланований на жовтень 2018 року на ракеті «Аріан-5». Команда не тільки слід розкладом, у неї є дев`ять місяців в запасі, щоб врахувати всі непередбачені ситуації, щоб все було зібрано і готово до цієї дати.

Телескоп Джеймса Вебба складається з 4 основних частин.

оптичний блок

Включає всі дзеркала, з яких найбільш ефективні вісімнадцять первинних сегментованих позолочених дзеркала. Вони будуть використовуватися для збору далекого зоряного світла і фокусування його на інструментах для аналізу. Всі ці дзеркала в даний час готові і бездоганні, зроблені точно за розкладом. Після закінчення зборки вони будуть складені в компактну конструкцію, щоб бути запущеними на відстань понад 1 млн км від Землі до точки Лагранжа L2, а потім автоматично розвернутися з утворенням стільникової структури, яка довгі роки буде збирати наддалекий світло. Це дійсно гарна річ і успішний результат титанічних зусиль багатьох фахівців.

Камера ближнього інфрачервоного діапазону

«Вебб» обладнаний чотирма науковими інструментами, які вже готові на 100%. Основний камерою телескопа є камера ближнього інфрачервоного діапазону: від відомого оранжевого світла до глибокої інфрачервоної області. Вона дозволить отримати безпрецедентні зображення самих ранніх зірок, наймолодших галактик, що знаходяться ще в процесі формування, молодих зірок Чумацького Шляху і прилеглих галактик, сотень нових об`єктів в поясі Койпера. Вона оптимізована для безпосереднього отримання зображень планет навколо інших зірок. Це буде основна камера, використовувана більшістю спостерігачів.

Близький інфрачервоний спектрограф

Даний інструмент не тільки розділяє світло на окремі довжини хвиль, але здатний це робити для більш 100 окремих об`єктів одночасно! Цей прилад буде універсальним спектрографом «Вебба», який здатний працювати в 3-х різних режимах спектроскопії. Він був побудований Європейським космічним агентством, але багато компонентів, включаючи детектори і батарея мульти-затвора, надані Центром космічних польотів ім. Годдарда (НАСА). Цей прилад був протестований і готовий до установки.

Середньо-інфрачервоний інструмент

Прилад буде використовуватися для широкосмугової візуалізації, тобто з його допомогою будуть отримані найбільш вражаючі зображення з усіх інструментів «Вебба». З наукової точки зору, він буде найбільш корисним при вимірюванні протопланетних дисків навколо молодих зірок, вимірі і візуалізації з безпрецедентною точністю об`єктів пояса Койпера і пилу, розігрітій світлом зірок. Він буде єдиним інструментом з вакуумним охолодженням до 7 К. Порівняно з космічним телескопом Spitzer, це дозволить поліпшити результати в 100 разів.

Бесщелевой спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (NIRISS)

Прилад дозволить виробляти:

• широкоугольную спектроскопію в ближній інфрачервоній області довжин хвиль (1,0 - 2,5 мкм);
• грізм-спектроскопію одного об`єкта в видимому і інфрачервоному діапазоні (0,6 - 3,0 мкм);
• апертурная-маскирующую интерферометрию на довжинах хвиль 3,8 - 4,8 мкм (де очікуються перші зірки і галактики);
• широкодіапазонні зйомку всього поля зору.

Цей інструмент створений Канадським космічним агентством. Після проходження криогенного тестування він також буде готовий до інтеграції в приладовий відсік телескопа.

сонцезахисний пристрій

Космічні телескопи ними ще не були обладнані. Однією з найбільш страшних сторін кожного запуску є застосування абсолютно нового матеріалу. Замість того, щоб охолоджувати весь космічний апарат активно за допомогою одноразового витрачається холодоагенту, телескоп Джеймса Вебба використовує абсолютно нову технологію - 5-шаровий сонцезахисний екран, який буде розгорнуто для відображення сонячного випромінювання від телескопа. П`ять 25-метрових листів будуть з`єднані титановими стрижнями і встановлені після розгортання телескопа. Захист тестувалася в 2008 і 2009 роках. Повномасштабні моделі, що брали участь в лабораторних випробуваннях, виконали все, що вони повинні були зробити, тут на Землі. Це красива інновація.

До того ж це ще й неймовірна концепція: не просто блокувати світло від Сонця і помістити телескоп в тіні, а зробити це таким чином, щоб все тепло випромінювалося в напрямку, протилежному орієнтації телескопа. Кожен з п`яти шарів у вакуумі космосу буде стає холодним в міру віддалення від зовнішнього, який буде трохи тепліше, ніж температура поверхні Землі - близько 350-360 K. Температура останнього шару повинна опуститися до 37-40 К, що холодніше, ніж вночі на поверхні Плутона.

Крім того, вжито значних заходів обережності для захисту від несприятливого середовища глибокого космосу. Однією з речей, про які тут слід турбуватися, є крихітні камінчики, розміром з гальку, піщинки, порошинки і ще менше, що пролітають через міжпланетний простір зі швидкістю десятків або навіть сотень тисяч км / год. Ці мікрометеорити здатні проробляти крихітні, мікроскопічні отвори в усьому, з чим вони стикаються: космічних апаратах, костюмах космонавтів, дзеркалах телескопів і багато іншого. Якщо дзеркала отримають тільки вм`ятини або отвору, що злегка зменшить кількість доступного «хорошого світла», то сонячний щит може порватися від краю до краю, що зробить весь шар марним. Для боротьби з цим явищем була використана блискуча ідея.

Весь сонячний щит був розділений на ділянки таким чином, що, якщо виникне невеликий розрив в одному, двох або навіть трьох з них, шар не порветься далі, як тріщина в лобовому склі автомобіля. Секціонування збереже всю структуру цілої, що важливо для запобігання деградації.

Космічний апарат: системи збирання та управління

Це самий звичайний компонент, так як є у всіх космічних телескопів і наукових місій. У JWST він унікальний, але також повністю готовий. Все, що залишилося зробити генеральному підряднику проекту компанії Northrop Grumman, - закінчити щит, зібрати телескоп, щоб переглянути його. Апарат буде готовий до запуску через 2 роки.

10 років відкриттів

Якщо все піде правильно, людство опиниться на порозі великих наукових відкриттів. Завіса нейтрального газу, яка до сих пір затуляла огляд найбільш ранніх зірок і галактик, буде усунена інфрачервоними можливостями «Вебба» і його величезної світлосилою. Це буде найбільший, самий чутливий телескоп з величезним діапазоном довжин хвиль від 0,6 до 28 мікрон (людське око бачить від 0,4 до 0,7 мкм) з коли-небудь побудованих. Очікується, що він забезпечить десятиліття спостережень.

Згідно НАСА, термін місії «Вебба» складе від 5,5 до 10 років. Він обмежений кількістю палива, яке необхідно для підтримки орбіти, і терміном служби електроніки і устаткування в суворих умовах космосу. Орбітальний телескоп Джеймса Вебба буде нести запас палива на весь 10-річний термін, а через 6 місяців після запуску буде зроблено тестування забезпечення польоту, яке гарантує 5 років наукових робіт.

Що може піти не так?

Основним обмежуючим фактором є кількість палива на борту. Коли воно закінчиться, супутник буде дрейфувати в бік від точки Лагранжа L2, вийшовши на хаотичну орбіту в безпосередній близькості від Землі.

Комі цього, можуть статися і інші неприємності:

• деградація дзеркал, яка вплине на кількість зібраного світла і створить артефакти зображення, але не зашкодить подальшої експлуатації телескопа;
• вихід з ладу частини або всього сонячного екрану, що призведе до підвищення температури космічного апарату і звузить використовуваний діапазон довжин хвиль до дуже близькій інфрачервоній області (2-3 мкм);
• поломка системи охолодження інструменту середнього інфрачервоного діапазону, що зробить його непридатним для використання, але не вплине на інші інструменти (від 0,6 до 6 мкм).

Найбільш важке випробування, яке чекає телескоп Джеймса Вебба, - запуск і виведення на задану орбіту. Саме ці ситуації тестувалися і були успішно пройдені.

Революція в науці

Якщо телескоп імені Джеймса Вебба запрацює в штатному режимі, палива вистачить, щоб забезпечити його роботу з 2018 по 2028 рік. Крім того, існує потенційна можливість дозаправки, яка могла б збільшити термін служби телескопа ще на одне десятиліття. Подібно до того, як «Хаббл» експлуатувався протягом 25 років, JWST міг би забезпечити покоління революційної науки. У жовтні 2018 ракета-носій «Аріан-5» виведе на орбіту майбутнє астрономії, яке після більше 10 років напруженої роботи вже готове почати приносити плоди. Майбутнє космічних телескопів майже настав.