Cu o zi înainte, a făcut un anunț care a supărat din nou mulți oameni de știință, și-a confundat cardurile și va duce acum la cheltuirea mai mare a fondurilor bugetare.

Statele Unite ale Americii amână încă o dată, acum cu aproape un an, lansarea mult-așteptată misiune a telescopului spațial James Webb.

Invocând o serie de probleme tehnice și erori care ar fi putut fi evitate drept motiv, conducerea NASA a spus că lansarea a fost amânată din 2019 până în mai 2020.

Cu toate acestea, NASA nu are altă opțiune, deoarece toate erorile de proiectare trebuie corectate la sol, deoarece, spre deosebire de telescopul Hubble, nu va exista nicio posibilitate de a repara telescopul pe orbită.

„Practic, avem o singură șansă să facem totul înainte de a merge în spațiu”, a spus Thomas Zurbuchen, directorul adjunct pentru știință al NASA. „Acum se pare că avem ocazia să facem asta înainte de a trece linia de sosire.”

În esență, echipamentul telescopului este în prezent deja asamblat în două părți separate. Primul este telescopul în sine, constând dintr-o oglindă cu un diametru de 6,5 metri, asamblată din 18 segmente hexagonale și patru instrumente științifice.

A doua parte este partea de serviciu, care conține sistemele de alimentare și parasolarul, care ar trebui să se desfășoare în spațiu și să creeze o umbră de dimensiunea unui teren de tenis pentru a preveni încălzirea telescopului de razele soarelui. Această piesă, care este fabricată la uzina Northrop Grumman din California, a avut probleme serioase. Astfel, în timpul desfășurării de probă a scutului de protecție au fost descoperite scurgeri de supape în sistemul de propulsie și dificultăți.

„Am făcut câteva greșeli”, a spus Zurbuchen. Printre altele, s-a dovedit că în timpul implementării de probă ecranul, format din cinci straturi de Kapton, s-a rupt în mai multe locuri. Au fost identificate în total șapte rupturi, dintre care două aveau mai mult de 10 cm lungime.

Iar cablurile care trebuiau să-l țină întins s-au dovedit a fi prea slabe și s-ar putea rupe în spațiu.

NASA și Northrop Grumman știu deja cum să rezolve aceste probleme, dar rezolvarea lor va necesita acum luni suplimentare de muncă.

Agenția a decis să convoace un comitet de evaluare independent, condus de veteranul NASA Thomas Young, care va supraveghea asamblarea telescopului și va trimite un raport Congresului în vară. În același timp, agenția nu se mai ascunde

că munca suplimentară ar necesita mai mult de cele 8 miliarde de dolari alocate misiunii de către Congres.

Decizia NASA a provocat deja o reacție puternică atât din partea oamenilor de știință, cât și a politicienilor. „Anunțul de astăzi că lansarea telescopului a fost amânată din nou și va costa mai mult de 8 miliarde de dolari este trist și inacceptabil... Aceste întârzieri continue și depășiri de costuri subminează încrederea în NASA și în contractorul său principal Northrop Grumman. NASA trebuie să-și țină promisiunile față de contribuabili”, a spus șeful Comisiei pentru Știință a Camerei Reprezentanților SUA.

Cu depășiri de costuri așteptate, oamenii de știință se tem că telescopul Webb ar putea pune în pericol lansarea altor misiuni astronomice, în special misiunea WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope), care a fost planificată pentru anii 2020.

„Webb ar putea fi telescopul care ucide astrofizica NASA”, a avertizat Brian Keating, un cosmolog la Universitatea din California, San Diego.

care, în 2010, a numit proiectul telescopul care „mâncă astronomia”.

Cea mai recentă amânare a misiunii îndelungate și costisitoare de înlocuire a telescopului spațial Hubble nu a fost o mare surpriză. În februarie, în raportul său, Oficiul de Responsabilitate a Guvernului SUA a numit lansarea misiunii planificată pentru martie-iunie „mai degrabă impracticabilă” și a anunțat amenințarea depășirii bugetului.

Telescopul James Webb, programat inițial să fie lansat în 2007, are o lungă istorie de întârzieri de lansare și de creșteri de costuri. Dezvoltarea noului telescop a început în 1996, costul său a fost estimat la 500 de milioane de dolari.

Obiectivele principale ale telescopului ar trebui să fie cercetarea cosmologică, problemele formării stelelor și planetelor și căutarea planetelor în jurul altor stele. S-a planificat să se aloce o parte semnificativă a timpului de observare pentru aplicațiile oamenilor de știință care lucrează pe alte subiecte.

Se apropie momentul, pe care toți astronomii din lume îl așteaptă cu nerăbdare de mulți ani. Vorbim despre lansarea noului telescop spațial James Webb, care este considerat un fel de succesor al celebrului Hubble.

De ce sunt necesare telescoapele spațiale?

Înainte de a începe să luăm în considerare caracteristicile tehnice, să ne dăm seama de ce sunt necesare telescoapele spațiale și ce avantaje au acestea față de complexele situate pe Pământ. Cert este că atmosfera pământului, și în special vaporii de apă conținuti în ea, absoarbe partea leului din radiațiile care provin din spațiu. Acest lucru, desigur, face foarte dificil să studiezi lumi îndepărtate.

Dar atmosfera planetei noastre, cu distorsiunile și tulbureala ei, precum și zgomotul și vibrațiile de pe suprafața Pământului, nu reprezintă un obstacol în calea unui telescop spațial. În cazul Observatorului Hubble automat, din cauza absenței influenței atmosferice, rezoluția acestuia este de aproximativ 7–10 ori mai mare decât cea a telescoapelor situate pe Pământ. Multe fotografii cu nebuloase și galaxii îndepărtate care nu pot fi văzute pe cerul nopții cu ochiul liber au fost obținute datorită lui Hubble. Peste 15 ani de funcționare pe orbită, telescopul a primit peste un milion de imagini cu 22 de mii de obiecte cerești, inclusiv numeroase stele, nebuloase, galaxii și planete. Cu ajutorul lui Hubble, oamenii de știință, în special, au dovedit că procesul de formare a planetelor are loc în apropierea celor mai multe dintre luminatoarele galaxiei noastre.

Dar Hubble, lansat în 1990, nu va dura pentru totdeauna, iar capacitățile sale tehnice sunt limitate. Într-adevăr, în ultimele decenii, știința a făcut progrese mari, iar acum este posibil să se creeze dispozitive mult mai avansate care pot dezvălui multe dintre secretele Universului. James Webb va deveni doar un astfel de dispozitiv.

Capabilitățile lui James Webb

După cum am văzut deja, un studiu cu drepturi depline al spațiului fără dispozitive precum Hubble este imposibil. Acum să încercăm să înțelegem conceptul de „James Webb”. Acest dispozitiv este un observator orbital în infraroșu. Cu alte cuvinte, sarcina sa va fi să studieze radiația termică a obiectelor spațiale. Să ne amintim că toate corpurile, solide și lichide, încălzite la o anumită temperatură, emit energie în spectrul infraroșu. În acest caz, lungimile de undă emise de corp depind de temperatura de încălzire: cu cât temperatura este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai mică și intensitatea radiației este mai mare.

Printre principalele sarcini ale viitorului telescop se numără detectarea luminii primelor stele și galaxii apărute după Big Bang. Acest lucru este extrem de dificil, deoarece lumina care se mișcă de-a lungul a milioane și miliarde de ani suferă modificări semnificative. Astfel, radiația vizibilă a unei anumite stele poate fi absorbită complet de un nor de praf. În cazul exoplanetelor, este și mai dificil, deoarece aceste obiecte sunt extrem de mici (după standardele astronomice, bineînțeles) și „întunecate”. Pentru majoritatea planetelor, temperatura medie depășește rar 0°C, iar în unele cazuri poate scădea sub –100°C. Este foarte greu de detectat astfel de obiecte. Însă echipamentul instalat pe telescopul James Webb va face posibilă identificarea exoplanetelor ale căror temperaturi de suprafață ajung la 300 K (care este comparabilă cu indicatorul Pământului), aflate la mai mult de 12 unități astronomice de stelele lor și la o distanță de până la 15 lumini. ani de la noi.

Noul telescop a fost numit după al doilea șef al NASA. James Webb a fost la cârma agenției spațiale americane între 1961 și 1968. Pe umerii lui se afla controlul asupra implementării primelor lansări cu echipaj uman în spațiu din Statele Unite. El a adus o contribuție majoră la programul Apollo, al cărui scop era aterizarea unui om pe Lună.

În total, vor fi posibile observarea planetelor situate în jurul a câteva zeci de stele „învecinate” cu Soarele nostru. Mai mult, „James Webb” va putea vedea nu numai planetele în sine, ci și sateliții lor. Cu alte cuvinte, ne putem aștepta la o revoluție în studiul exoplanetelor. Și poate nici măcar singur. Dacă vorbim despre sistemul solar, atunci ar putea exista și noi descoperiri importante și aici. Cert este că echipamentul sensibil al telescopului va fi capabil să detecteze și să studieze obiecte din sistem cu o temperatură de –170° C.

Capacitățile noului telescop vor face posibilă înțelegerea multor procese care au loc în zorii existenței Universului - pentru a cerceta însăși originile sale. Să luăm în considerare această problemă mai detaliat: după cum știți, vedem stele care sunt la 10 ani lumină distanță de noi exact așa cum erau acum 10 ani. În consecință, observăm obiecte situate la o distanță de peste 13 miliarde de ani lumină, așa cum au apărut aproape imediat după Big Bang, despre care se crede că a avut loc acum 13,7 miliarde de ani. Instrumentele instalate pe noul telescop vor face posibil să se vadă cu 800 de milioane mai departe decât Hubble, care a stabilit un record la vremea sa. Deci, va fi posibil să vedem Universul așa cum a fost la doar 100 de milioane de ani după Big Bang. Poate că acest lucru va schimba ideile oamenilor de știință despre structura Universului. Rămâne doar să așteptăm începerea funcționării telescopului, care este programată pentru 2019. Este de așteptat ca dispozitivul să fie în funcțiune timp de 5-10 ani, așa că va fi suficient timp pentru noi descoperiri.

Dispozitiv general

Pentru a lansa James Webb, vor să folosească vehiculul de lansare Ariane 5, creat de europeni. În general, în ciuda rolului dominant al departamentului spațial al SUA, proiectul poate fi numit internațional. Telescopul în sine a fost dezvoltat de companiile americane Northrop Grumman și Ball Aerospace, iar la program au participat în total experți din 17 țări. Pe lângă specialiștii din SUA și UE, canadienii au avut și contribuții semnificative.

După lansare, dispozitivul va fi pe o orbită de halo în punctul L2 Lagrange al sistemului Soare-Pământ. Aceasta înseamnă că, spre deosebire de Hubble, noul telescop nu va orbita Pământul: „pâlpâirea” constantă a planetei noastre ar putea interfera cu observațiile. În schimb, James Webb va orbita Soarele. În același timp, pentru a asigura o comunicare eficientă cu Pământul, acesta se va deplasa în jurul stelei sincron cu planeta noastră. Distanța lui James Webb de Pământ va ajunge la 1,5 milioane de km: din cauza unei distanțe atât de mari, nu va fi posibilă modernizarea sau repararea lui ca Hubble. Prin urmare, fiabilitatea se află în fruntea întregului concept James Webb.

Dar ce este noul telescop? În fața noastră se află o navă spațială care cântărește 6,2 tone. Pentru a fi clar, Hubble cântărește 11 tone - aproape de două ori mai mult. În același timp, Hubble era mult mai mic ca dimensiune - poate fi comparat cu un autobuz (noul telescop este comparabil în lungime cu un teren de tenis și în înălțime cu o casă cu trei etaje). Cea mai mare parte a telescopului este scutul solar, care are 20 de metri lungime și 7 metri lățime. Arată ca un tort uriaș. Pentru realizarea scutului s-a folosit o peliculă specială de polimer, acoperită cu un strat subțire de aluminiu pe o parte și silicon metalic pe cealaltă. Golurile dintre straturile scutului termic sunt umplute cu vid: acest lucru complică transferul de căldură către „inima” telescopului. Scopul acestor pași este de a proteja de lumina soarelui și de a răci matricele ultra-sensibile ale telescopului la –220° C. Fără aceasta, telescopul va fi „orbit” de strălucirea infraroșie a părților sale și va trebui să uitați de observarea obiectelor îndepărtate.

Ceea ce vă atrage cel mai mult atenția este oglinda noului telescop. Este necesar să focalizați fasciculele de lumină - oglinda le îndreaptă și creează o imagine clară, în timp ce distorsiunile de culoare sunt eliminate. James Webb va primi o oglindă principală cu un diametru de 6,5 m. Pentru comparație, aceeași cifră pentru Hubble este de 2,4 m. Diametrul oglinzii principale pentru noul telescop a fost ales dintr-un motiv - acesta este exact ceea ce este necesar pentru măsoară lumina celor mai îndepărtate galaxii. Trebuie spus că sensibilitatea telescopului, precum și rezoluția acestuia, depind de dimensiunea zonei oglinzii (în cazul nostru este de 25 m²), care colectează lumina de la obiectele spațiale îndepărtate.

Pentru oglinda Webb a fost folosit un tip special de beriliu, care este o pulbere fină. Este plasat într-un recipient din oțel inoxidabil și apoi presat într-o formă plată. După îndepărtarea recipientului de oțel, piesa de beriliu este tăiată în două bucăți, realizând semifabricate de oglindă, fiecare dintre acestea fiind folosită pentru a crea un segment. Fiecare dintre ele este șlefuit și lustruit, apoi răcit la o temperatură de –240 °C. Apoi se clarifică dimensiunile segmentului, are loc lustruirea finală a acestuia și se aplică aur pe partea din față. În cele din urmă, segmentul este retestat la temperaturi criogenice.

Oamenii de știință au luat în considerare mai multe opțiuni din ce ar putea fi făcută oglinda, dar în cele din urmă experții au ales beriliul, un metal ușor și relativ dur, al cărui cost este foarte mare. Unul dintre motivele acestui pas a fost că beriliul își păstrează forma la temperaturi criogenice. Oglinda în sine are forma unui cerc - acest lucru permite ca lumina să fie focalizată pe detectoare cât mai compact posibil. Dacă James Webb, de exemplu, ar avea o oglindă ovală, imaginea ar fi alungită.
Oglinda principală este formată din 18 segmente, care se vor deschide după ce vehiculul este lansat pe orbită. Dacă ar fi solid, atunci plasarea telescopului pe racheta Ariane 5 ar fi pur și simplu imposibilă din punct de vedere fizic. Fiecare dintre segmente este hexagonal, ceea ce vă permite să utilizați cât mai bine spațiul. Elementele oglinzii sunt de culoare aurie. Placarea cu aur asigură cea mai bună reflectare a luminii în domeniul infraroșu: aurul va reflecta eficient radiația infraroșie cu o lungime de undă de la 0,6 la 28,5 micrometri. Grosimea stratului de aur este de 100 de nanometri, iar greutatea totală a acoperirii este de 48,25 grame.

În fața celor 18 segmente, o oglindă secundară este instalată pe o montură specială: aceasta va primi lumina de la oglinda principală și o va direcționa către instrumentele științifice situate în spatele dispozitivului. Oglinda secundară este mult mai mică decât oglinda primară și are o formă convexă.

Ca și în cazul multor proiecte ambițioase, prețul telescopului James Webb s-a dovedit a fi mai mare decât se aștepta. Inițial, experții au planificat ca observatorul spațial să coste 1,6 miliarde de dolari, dar noile estimări spun că costul ar putea crește la 6,8 miliarde.Din acest motiv, în 2011 au vrut chiar să renunțe la proiect, dar apoi s-a decis revenirea la implementarea acestuia. . Și acum „James Webb” nu este în pericol.

Instrumente științifice

Pentru a studia obiectele spațiale, pe telescop sunt instalate următoarele instrumente științifice:

- NIRCam (camera cu infraroșu apropiat)
- NIRSpec (spectrograf în infraroșu apropiat)
- MIRI (instrument cu infraroșu mijlociu)
- FGS/NIRISS (senzor de ghidare fină și dispozitiv de imagistică în infraroșu apropiat și spectrograf fără fante)

Telescopul James Webb / ©wikimedia

NIRCam

Camera cu infraroșu apropiat NIRCam este unitatea principală de imagine. Aceștia sunt un fel de „ochi principali” ai telescopului. Raza de operare a camerei este de la 0,6 la 5 micrometri. Imaginile realizate de acesta vor fi ulterior studiate de alte instrumente. Cu ajutorul NIRCam oamenii de știință doresc să vadă lumina de la cele mai vechi obiecte din Univers în zorii formării lor. În plus, instrumentul va ajuta la studiul stelelor tinere din galaxia noastră, la crearea unei hărți a materiei întunecate și multe altele. O caracteristică importantă a NIRCam este prezența unui coronagraf, care vă permite să vedeți planete în jurul stelelor îndepărtate. Acest lucru va deveni posibil datorită suprimării luminii acestuia din urmă.

NIRSpec

Folosind un spectrograf în infraroșu apropiat, va fi posibilă colectarea de informații referitoare atât la proprietățile fizice ale obiectelor, cât și la compoziția lor chimică. Spectrografia durează foarte mult timp, dar folosind tehnologia microobturatoare va fi posibilă observarea a sute de obiecte pe o suprafață a cerului de 3 × 3 minute arc. Fiecare celulă microgate NIRSpec are un capac care se deschide și se închide sub influența unui câmp magnetic. Celula are control individual: în funcție de faptul că este închisă sau deschisă, sunt furnizate informații despre partea de cer studiată sau, dimpotrivă, blocată.

MIRI

Instrumentul cu infraroșu mediu funcționează în intervalul 5-28 de micrometri. Acest dispozitiv include o cameră cu un senzor care are o rezoluție de 1024x1024 pixeli, precum și un spectrograf. Trei șiruri de detectoare de arsenic-siliciu fac din MIRI cel mai sensibil instrument din arsenalul telescopului James Webb. Este de așteptat ca instrumentul cu infraroșu mijlociu să poată distinge între stele noi, multe obiecte necunoscute anterior din Centura Kuiper, deplasarea către roșu a galaxiilor foarte îndepărtate și misterioasa ipotetică Planetă X (cunoscută și ca a noua planetă din sistemul solar). . Temperatura nominală de funcționare pentru MIRI este de 7 K. Sistemul pasiv de răcire singur nu poate asigura acest lucru: pentru aceasta sunt utilizate două niveluri. În primul rând, telescopul este răcit la 18 K cu ajutorul unui tub de pulsație, iar apoi temperatura este coborâtă la 7 K folosind un schimbător de căldură cu reglare adiabatică.

FGS/NIRISS

FGS/NIRISS constă din două instrumente - un senzor de punctare de precizie și un aparat de imagine în infraroșu apropiat și un spectrograf fără fantă. De fapt, NIRISS dublează funcțiile NIRCam și NIRSpec. Funcționând în intervalul 0,8-5,0 micrometri, dispozitivul va detecta „prima lumină” de la obiecte îndepărtate, îndreptând echipamentul spre acestea. NIRISS va fi util și pentru detectarea și studierea exoplanetelor. În ceea ce privește senzorul de punctare de precizie FGS, acest echipament va fi folosit pentru a îndrepta telescopul în sine pentru a putea obține imagini mai bune. Camera FGS vă permite să formați o imagine din două zone adiacente ale cerului, a căror dimensiune este de 2,4 × 2,4 minute arc fiecare. De asemenea, citește informații de 16 ori pe secundă din grupuri mici de 8x8 pixeli: acest lucru este suficient pentru a identifica steaua de referință corespunzătoare cu o probabilitate de 95% oriunde pe cer, inclusiv la latitudini mari.

Echipamentul instalat pe telescop va permite o comunicare de înaltă calitate cu Pământul și va transmite date științifice la o viteză de 28 Mbit/s. După cum știm, nu toate vehiculele de cercetare se pot lăuda cu această capacitate. Sonda americană Galileo, de exemplu, transmitea informații cu o viteză de numai 160 bps. Acest lucru, însă, nu i-a împiedicat pe oamenii de știință să obțină o cantitate imensă de informații despre Jupiter și sateliții săi.

Noua navă spațială promite să devină un succesor demn al lui Hubble și ne va permite să răspundem la întrebări care rămân până astăzi un mister sigilat. Printre posibilele descoperiri ale lui „James Webb” se numără descoperirea unor lumi asemănătoare Pământului și potrivite pentru locuire. Datele obținute de telescop ar putea fi utile pentru proiecte care au în vedere posibilitatea existenței unor civilizații extraterestre.

Ideea construirii unui nou telescop spațial puternic a apărut în urmă cu aproape 20 de ani, în 1996, când astronomii americani au lansat raportul HST and Beyond, care discuta problema unde ar trebui să meargă astronomia. Nu cu mult înainte de aceasta, în 1995, prima exoplanetă a fost descoperită lângă o stea asemănătoare cu Soarele nostru. Acest lucru a entuziasmat comunitatea științifică - la urma urmei, exista șansa ca undeva să existe o lume asemănătoare Pământului - așa că cercetătorii au cerut NASA să construiască un telescop care să fie potrivit, printre altele, pentru căutarea și studierea exoplanetelor. Aici începe povestea lui „James Webb”. Lansarea acestui telescop a fost amânată în mod constant (inițial era planificată să-l trimită în spațiu încă din 2011), dar acum pare să ajungă la capăt. Editorial N+1 a încercat să descopere ce speră astronomii să învețe cu ajutorul lui Webb și a discutat cu cei care creează acest instrument.

Numele James Webb a fost dat telescopului în 2002, înainte de care a fost numit Next Generation Space Telescope, sau pe scurt NGST, deoarece noul instrument va continua cercetările începute de Hubble. Dacă „” explorează Universul în primul rând în domeniul optic, captând doar intervalele de infraroșu apropiat și ultraviolete, care se învecinează cu radiația vizibilă, atunci „James Webb” se va concentra pe partea infraroșu a spectrului, unde sunt vizibile obiectele mai vechi și mai reci. . În plus, expresia „generația următoare” se referă la tehnologiile avansate și soluțiile de inginerie care vor fi folosite în telescop.

Procesul de realizare a unei oglinzi telescop

Fragment de oglindă a telescopului

Procesul de realizare a unei oglinzi telescop

Fragment de oglindă a telescopului

Fragment de oglindă a telescopului

Fragment de oglindă a telescopului

Poate cea mai non-standard și mai complexă dintre ele este oglinda principală James Webb cu un diametru de 6,5 metri. Oamenii de știință au decis să nu construiască o versiune mai mare a oglinzii Hubble pentru că ar cântări prea mult, așa că au venit cu o soluție elegantă pentru situație: au decis să asambleze oglinda din 18 segmente separate. Pentru ele a fost folosit beriliul metalic ușor și durabil, pe care a fost aplicat un strat subțire de aur. Drept urmare, oglinda cântărește 705 kilograme, în timp ce suprafața sa este de 25 de metri pătrați. Oglinda Hubble cântărește 828 de kilograme cu o suprafață de 4,5 metri pătrați.

O altă componentă importantă a telescopului care le-a dat inginerilor o mulțime de probleme în ultima vreme este scutul termic desfășurabil necesar pentru a proteja instrumentele James Webb de supraîncălzire. Pe orbita joasă a Pământului, sub razele directe ale Soarelui, obiectele se pot încălzi până la 121 de grade Celsius. Instrumentele James Webb sunt proiectate să funcționeze la temperaturi destul de scăzute, motiv pentru care a fost nevoie de un scut termic pentru a le proteja de Soare.

Este comparabil ca mărime cu un teren de tenis, 21 x 14 metri, deci este imposibil să-l trimiți la punctul L2 Lagrange (care este locul unde va funcționa telescopul) în forma sa desfășurată. Aici încep principalele dificultăți - cum să livrezi scutul la destinație fără a-l deteriora? Cea mai logică soluție s-a dovedit a fi pliată pe toată durata zborului și apoi implementată când James Webb se afla la punctul său de funcționare.

Partea exterioară a scutului, unde se află antena, computerul de bord, giroscoapele și panoul solar, se va încălzi, așa cum se așteaptă oamenii de știință, la 85 de grade Celsius. Dar pe partea „noaptei”, unde se află principalele instrumente științifice, va fi geros: aproximativ 233 de grade sub zero. Cinci straturi ale scutului vor asigura izolare termică - fiecare este mai rece decât precedentul.

Scut instalabil James Webb

Ce instrumente științifice trebuie să fie atât de atent protejate de Soare? Există patru dintre ele: camera cu infraroșu apropiat NIRCam, instrumentul cu infraroșu mijlociu MIRI, spectrograful în infraroșu apropiat NIRSpec și sistemul FGS/NIRISS. În imaginea de mai jos puteți vedea clar în ce „lumină” vor vedea Universul:

Imaginea arată intervalul pe care instrumentele telescopului o vor capta

Cu ajutorul instrumentelor științifice, oamenii de știință speră să răspundă la multe întrebări fundamentale. În primul rând, se referă la exoplanete.

Deși telescopul Kepler a descoperit până în prezent peste 2.500 de exoplanete, estimările de densitate există doar pentru câteva sute. Între timp, aceste estimări ne permit să înțelegem ce tip de planetă aparține. Dacă are o densitate scăzută, este evident că ne uităm la un gigant gazos. Dacă corpul ceresc are o densitate mare, atunci cel mai probabil este o planetă stâncoasă, care amintește de Pământ sau Marte. Astronomii speră că James Webb va ajuta la colectarea mai multor date despre masele și diametrele planetelor, ceea ce va ajuta la calcularea densității acestora și la determinarea tipului lor.

Centrul de zbor spațial NASA/Goddard și Laboratorul de vizualizare avansată de la Centrul Național pentru Aplicații de Supracalculare

O altă întrebare importantă se referă la atmosferele exoplanetelor. Hubble și Spitzer au colectat date despre învelișurile gazoase a aproximativ o sută de planete. Instrumentele lui James Webb vor crește acest număr de cel puțin trei ori. Datorită instrumentelor științifice și diferitelor moduri de observare, astronomii vor putea determina prezența unui număr imens de substanțe, inclusiv apă, metan și dioxid de carbon - nu numai pe planetele mari, ci și pe planetele terestre. Una dintre țintele de observație va fi locul în care se află șapte planete asemănătoare Pământului.

Cele mai mari rezultate sunt așteptate pentru Jupiteri tineri, nou formați, care încă emit în infraroșu. În special, în Sistemul Solar, pe măsură ce masa giganților gazosi scade, conținutul lor de metale (elemente mai grele decât hidrogenul și heliul) crește. Hubble a arătat odată că nu toate sistemele planetare se supun acestei legi, dar nu există încă un eșantion sigur din punct de vedere statistic - James Webb o va obține. În plus, se așteaptă ca telescopul să studieze și sub-Neptunurile și super-Pământurile.

O altă țintă importantă pentru telescop vor fi galaxiile antice. Astăzi știm deja destul de multe despre galaxiile din apropiere, dar știm încă foarte puține despre cele care au apărut în foarte tânărul Univers. Hubble poate vedea Universul așa cum a fost la 400 de milioane de ani după Big Bang, iar Observatorul Planck a observat radiația cosmică cu microunde care a apărut la 400 de mii de ani după Big Bang. „James Webb” va trebui să umple golul dintre ele și să descopere cum arătau galaxiile în primele 3% din istoria cosmică.

Acum, astronomii observă o relație directă între dimensiunea unei galaxii și vârsta acesteia - cu cât Universul este mai vechi, cu atât conține mai multe galaxii mici. Cu toate acestea, este puțin probabil ca această tendință să continue, iar oamenii de știință speră să determine un fel de „punct de cotitură”, pentru a găsi o limită inferioară a dimensiunii galaxiilor. Astfel, astronomii vor să răspundă la întrebarea când au apărut primele galaxii.

Un punct separat este studiul norilor moleculari și al discurilor protoplanetare. În trecut, Spitzer putea privi doar în imediata apropiere a sistemului solar. Webb este mult mai sensibil și va putea de fapt să vadă cealaltă margine a Căii Lactee, precum și centrul acesteia.

James Webb va căuta și stele ipotetice ale populației III - acestea sunt obiecte foarte grele în care aproape nu există elemente mai grele decât heliul, hidrogenul și litiul. Se presupune că stelele de acest tip ar trebui să se formeze după Big Bang.

O pereche de galaxii care interacționează numite „Antene”

Astăzi, James Webb este programat să se lanseze în iunie 2019. Inițial, era de așteptat ca telescopul să se lanseze în spațiu la începutul primăverii, dar misiunea a fost amânată cu câteva luni din cauza unor probleme tehnice. Christine Pulliam, director științific adjunct al proiectului, a răspuns la întrebări N+1 despre telescop în sine și dificultățile în construcția lui.

Probabil că pun întrebarea evidentă, dar ce îl face unic pe James Webb?

Webb ne va permite să vedem Universul așa cum nu l-am mai văzut până acum. Va efectua observații în domeniul infraroșu, adică la alte lungimi de undă decât Hubble și va putea privi mai departe decât Spitzer și în alte zone decât Herschel. Va umple golurile și va ajuta la crearea unei imagini holistice a Universului. Observațiile extinse în domeniul infraroșu ne vor ajuta să vedem stelele și planetele în curs de dezvoltare. Primele galaxii ne vor fi dezvăluite în sfârșit, iar acest lucru va ajuta la unirea întregii istorii cosmologice. Unora le place să spună că telescoapele sunt mașini ale timpului și aceasta este o expresie foarte bună. Când privim în spațiu, vedem trecutul, deoarece lumina necesită timp pentru a ajunge pe Pământ. Vom vedea Universul când era extrem de tânăr - și acest lucru ne va ajuta să înțelegem cum am apărut și cum funcționează Universul. Dacă vorbim despre ceva mai aproape de umanitate, vom vedea cum au apărut stelele, cum s-au format exoplanetele și chiar vom putea să le caracterizăm atmosferele.

Da, întrebarea atmosferelor planetelor îndepărtate îi îngrijorează pe mulți. Ce rezultate vă așteptați să obțineți?

Aveam misiuni precum Kepler care căutau candidați. Datorită lor, astăzi cunoaștem mii de exoplanete. Acum James Webb se va uita la obiecte deja cunoscute și va explora atmosfera lor. În special, acest lucru se aplică planetelor gigantice - corpuri cerești de dimensiuni între Neptun și super-Jupiteri. Este extrem de important pentru noi să înțelegem cum se formează astfel de obiecte, cum evoluează și cum sunt sistemele din care fac parte. De exemplu, dacă vedem un sistem de mai multe planete, este important pentru noi să stabilim dacă ar putea exista apă acolo și unde să o căutăm.

Definiți de fapt zona locuibilă?

Exact. Va fi diferit pentru stele diferite. James Webb ne va ajuta să caracterizăm planetele îndepărtate și să înțelegem cât de unică este casa noastră.

Se preconizează că misiunea telescopului va dura aproximativ zece ani. Totuși, care sunt previziunile reale? Cu toții ne amintim de Voyager, care încă sunt operaționale și trimit date pe Pământ, deși nimeni nu a planificat acest lucru.

Instrumentul are o durată de viață nominală de cinci ani și sperăm că poate dura atât de mult. Dacă dăm estimări mai îndrăznețe, atunci este de zece ani. Suntem limitați de cantitatea de lichid de răcire pe care o avem pentru a menține sistemele telescopului în funcțiune. Nu cred că James Webb va putea supraviețui 29 de ani ca Hubble.

Da, James Webb va fi prea departe de Pământ, în al doilea punct Lagrange. Crezi că în viitor tehnologia ne va permite să zburăm la un telescop și să-l reparăm dacă se defectează?

Această posibilitate nu poate fi exclusă. În acest caz, telescopul are o montură pentru un braț robotic care poate fi instalat pe Webb. Cu toate acestea, întreținerea telescopului nu a fost planificată de la bun început, așa că nu ar trebui să puneți prea multe speranțe în acest lucru. Având în vedere că instrumentul va funcționa doar 5-10 ani, este puțin probabil să avem timp să facem un pas înainte suficient pentru a trimite o navă spațială la el.

Va putea James Webb să lucreze în tandem cu alte nave spațiale? De exemplu, Centrul Spațial și Astronomie de la Universitatea din Colorado propune să creeze un coronagraf extern pentru acesta. În 2013, s-a vorbit despre o posibilă colaborare cu telescopul – există astfel de planuri în realitate?

Nu aș spune că în prezent luăm în considerare o astfel de posibilitate. Dacă nu mă înșel, Webb Cash este responsabil pentru acest proiect, dar există și un alt proiect Star Shield, precum și alte câteva grupuri care creează instrumente similare. În prezent, nu există planuri concrete de a lega James Webb la un alt instrument, deși ipotetic ar putea funcționa împreună cu orice observator spațial.

Cum plănuiți să distribuiți timpul de observație?

Acum, astronomii din întreaga lume ne trimit propunerile lor, iar după ce vor fi revizuite, vom primi un plan brut. Există un „timp de observare garantat” rezervat oamenilor de știință care ajută astăzi la proiectarea și construirea James Webb, un fel de mulțumire pentru munca lor. Acești cercetători vor studia galaxiile și exoplanetele, de exemplu planetele sistemului TRAPPIST. În parte, ne alegem noi înșine obiectivele pentru a testa capacitățile James Web. Când am construit telescopul, tocmai începeam să ne gândim la exoplanete, dar acum acesta este un domeniu foarte promițător în astronomie și trebuie să ne dăm seama cum să folosim James Webb pentru a studia planetele din afara sistemului solar. Exact asta vor face echipele care vor efectua observații în primul an. În toamnă se va ști ce vom „vedea” în primul an.

Câmp ultraprofund Hubble

De ce datele de lansare sunt amânate din nou? Există zvonuri despre probleme financiare și probleme cu sistemul oglinzilor.

Cert este că Webb este un telescop foarte dificil și este prima dată când rezolvăm o problemă atât de complexă. Dispozitivul are mai multe componente principale: oglinzi, instrumente, un scut imens și mecanisme de răcire. Toate aceste elemente trebuie construite și testate, combinate, testate din nou - desigur, acest lucru necesită timp. De asemenea, trebuie să ne asigurăm că am făcut totul corect, că toate piesele se potrivesc împreună, că lansarea va avea succes și că toate elementele se vor desfășura corect. Întârzierile apar din cauza numărului mare de pași și a necesității unei verificări amănunțite.

Adică acum făceai teste și ți-ai dat seama că nu te încadrai în programul inițial?

Da. De fapt, mai avem mult timp de rezervă. Am știut inițial că totul va fi bine, dar am recunoscut că pregătirile ar putea fi amânate din anumite motive. În plus, atunci când vom fi gata să lansăm vehiculul, va trebui și să cădem de acord asupra unei anumite date cu ESA, care deține racheta Ariane. Așa că ne-am gândit - care este graba?

Spuneți-ne ce teste trebuie și trece telescopul?

Sistemul OTISS (Optical Telescope and Instrument Assembly) a fost testat recent la Centrul Spațial Lyndon Johnson. A fost răcit la temperaturi de funcționare extrem de scăzute și au fost testate toate optica și telescopul în sine. Oamenii de știință au scos recent sistemul din camera de răcire, l-au reîncălzit, iar acum OTISS va călători în parcul spațial Redando Beach din California, unde va fi conectat la un parasolar. În plus, se lucrează acum la scutul propriu-zis; specialiștii efectuează numeroase verificări. Odată ce toate elementele sunt atașate la scut, acesta va fi pliat și desfășurat pentru a se asigura că funcționează impecabil, iar apoi vor fi efectuate alte teste, inclusiv un test al vibrațiilor pe care telescopul o va întâlni în timp ce zboară pe o rachetă. Lansarea în spațiu este un test major pentru un vehicul, așa că inginerii vor să fie siguri că toate componentele acestuia vor supraviețui zborului. Cercetătorii vor pregăti apoi James Webb pentru lansare, îl vor încărca într-o barjă și îl vor zbura către un spațial port din Guyana Franceză la începutul lui 2019.

Dar restul instrumentelor? Din câte știu eu, nu ați menționat totul. Au fost deja examinate în prealabil?

Da, au trecut deja toate testele și acum sunt instalate pe telescop. Acestea sunt instrumente separate care vor efectua numeroase studii științifice - un spectrograf care studiază cerul în intervalul IR mijlociu, o cameră. În plus, toate instrumentele au moduri diferite, așa că trebuie să verificăm dacă funcționează într-adevăr așa cum ne-am propus. Acest lucru este foarte important - trebuie să „agitați” dispozitivul și să vă asigurați că unghiul de vizualizare rămâne același.

Când ar trebui să ne așteptăm la primele rezultate?

Cel mai probabil, primele date vor veni abia la sfârșitul anului viitor sau la începutul lui 2020. Între lansare și primirea primelor informații vor trece aproximativ șase luni. În acest timp, telescopul se va desfășura și ne vom asigura că s-a deschis și funcționează normal. Apoi dispozitivele vor trebui să se răcească, acest lucru va dura destul de mult. Pe Pământ, James Webb este la temperatura camerei, dar când îl lansăm în spațiu, va trebui să așteptăm până când instrumentele sale ating temperaturile de funcționare. Apoi le vom pune în funcțiune: au fost planificate acum o serie de „exerciții de antrenament” - mai multe observații de rutină și verificări ale diferitelor moduri de funcționare, care se vor asigura că totul funcționează așa cum ar trebui. Deoarece nu avem o dată de lansare și, ca urmare, nu știm ce va intra în câmpul vizual al telescopului, un obiect anume nu a fost selectat pentru observare. Cel mai probabil, vom calibra instrumentele telescopului pe o stea îndepărtată. Toate acestea sunt procese interne - mai întâi trebuie să ne asigurăm că putem vedea orice.

Totuși, după ce ne asigurăm că toate instrumentele funcționează, vom trece direct la experimentele științifice. O echipă de oameni de știință specializați în imagini va determina care ținte vor arăta cu adevărat captivante și captivante publicul. Lucrarea va fi realizată de aceiași artiști care au lucrat la imaginile Hubble - oameni cu mulți ani de experiență în prelucrarea imaginilor astronomice. În plus, vor fi efectuate teste suplimentare ale echipamentelor.

După ce vor fi lansate primele imagini, vom avea la dispoziție puțin peste un an pentru observații științifice. Acestea includ programe deja cunoscute pentru studierea galaxiilor foarte îndepărtate, quasarelor, exoplanetelor și Jupiterului. În general, astronomii vor observa tot ce pot, de la regiunile de formare a stelelor active până la gheața din discurile protoplanetare. Aceste studii sunt importante pentru noi toți: restul comunității științifice va putea vedea rezultatele altor echipe și va înțelege unde ar trebui să meargă în continuare.

Kristina Ulasovici

Telescopul James Webb este un observator orbital în infraroșu care ar trebui să înlocuiască celebrul telescop spațial Hubble.

Acesta este un mecanism foarte complex. Se lucrează la el de aproximativ 20 de ani! James Webb va avea o oglindă compozită cu un diametru de 6,5 metri și va costa aproximativ 6,8 miliarde de dolari. Pentru comparație, diametrul oglinzii Hubble este de „doar” 2,4 metri.

Să vedem?

1. Telescopul James Webb ar trebui plasat pe o orbită halo în punctul Lagrange L2 al sistemului Soare-Pământ. Și e frig în spațiu. Aici sunt prezentate testele efectuate pe 30 martie 2012, pentru a examina capacitatea de a rezista la temperaturile reci ale spațiului. (Fotografia de Chris Gunn | NASA):

2. James Webb va avea o oglindă compozită cu un diametru de 6,5 metri cu o suprafață de colectare de 25 m². Este mult sau puțin? (Fotografia de Chris Gunn):

3. Comparați cu Hubble. Oglinzi Hubble (stânga) și Webb (dreapta) pe aceeași scară:

4. Model la scară completă a telescopului spațial James Webb din Austin, Texas, 8 martie 2013. (Foto de Chris Gunn):

5. Proiectul telescopului este o colaborare internațională a 17 țări, condusă de NASA, cu contribuții semnificative din partea agențiilor spațiale europene și canadiene. (Fotografia de Chris Gunn):

6. Inițial, lansarea a fost planificată pentru 2007, dar ulterior a fost amânată pentru 2014 și 2015. Cu toate acestea, primul segment al oglinzii a fost instalat pe telescop abia la sfârșitul anului 2015, iar oglinda principală din compozit nu a fost complet asamblată până în februarie 2016. (Foto de Chris Gunn):

7. Sensibilitatea unui telescop și rezoluția acestuia sunt direct legate de dimensiunea zonei oglinzii care colectează lumina de la obiecte. Oamenii de știință și inginerii au stabilit că diametrul minim al oglinzii primare trebuie să fie de 6,5 metri pentru a măsura lumina din cele mai îndepărtate galaxii.

Pur și simplu a face o oglindă similară cu cea a telescopului Hubble, dar mai mare, era inacceptabilă, deoarece masa ei ar fi prea mare pentru a lansa telescopul în spațiu. Echipa de oameni de știință și ingineri trebuia să găsească o soluție pentru ca noua oglindă să aibă 1/10 din masa oglinzii telescopului Hubble pe unitate de suprafață. (Fotografia de Chris Gunn):

8. Nu doar aici totul devine mai scump de la estimarea inițială. Astfel, costul telescopului James Webb a depășit estimările inițiale de cel puțin 4 ori. Telescopul era planificat să coste 1,6 miliarde de dolari și să fie lansat în 2011, dar, conform noilor estimări, costul ar putea fi de 6,8 miliarde de dolari, lansarea neavând loc mai devreme de 2018. (Fotografia de Chris Gunn):

9. Acesta este un spectrograf în infraroșu apropiat. Acesta va analiza o serie de surse, care vor oferi informații atât despre proprietățile fizice ale obiectelor studiate (de exemplu, temperatura și masa), cât și despre compoziția lor chimică. (Fotografia de Chris Gunn):

Telescopul va face posibilă detectarea exoplanetelor relativ reci, cu o temperatură a suprafeței de până la 300 K (care este aproape egală cu temperatura suprafeței Pământului), situate mai departe de 12 UA. adică de stelele lor și departe de Pământ la o distanță de până la 15 ani lumină. Peste două duzini de stele cele mai apropiate de Soare vor cădea în zona de observare detaliată. Datorită lui James Webb, se așteaptă o adevărată descoperire în exoplanetologie - capacitățile telescopului vor fi suficiente nu numai pentru a detecta exoplanetele în sine, ci chiar și sateliții și liniile spectrale ale acestor planete.

11. Inginerii testează în cameră. Sistemul de ridicare a telescopului, 9 septembrie 2014. (Fotografia de Chris Gunn):

12. Cercetare oglinzi, 29 septembrie 2014. Forma hexagonală a segmentelor nu a fost aleasă întâmplător. Are un factor de umplere ridicat și are simetrie de ordinul șase. Un factor de umplere ridicat înseamnă că segmentele se potrivesc împreună fără goluri. Datorită simetriei, cele 18 segmente de oglindă pot fi împărțite în trei grupuri, în fiecare dintre ele setările segmentului sunt identice. În cele din urmă, este de dorit ca oglinda să aibă o formă apropiată de circulară - pentru a focaliza lumina pe detectoare cât mai compact posibil. O oglindă ovală, de exemplu, ar produce o imagine alungită, în timp ce una pătrată ar trimite multă lumină din zona centrală. (Fotografia de Chris Gunn):

13. Curățarea oglinzii cu gheață carbonică cu dioxid de carbon. Nimeni nu se freacă cu cârpe aici. (Fotografia de Chris Gunn):

14. Camera A este o cameră uriașă de testare cu vid care va simula spațiul cosmic în timpul testării telescopului James Webb, 20 mai 2015. (Fotografia de Chris Gunn):

17. Dimensiunea fiecăruia dintre cele 18 segmente hexagonale ale oglinzii este de 1,32 metri de la o margine la alta. (Fotografia de Chris Gunn):

18. Masa oglinzii în sine în fiecare segment este de 20 kg, iar masa întregului segment asamblat este de 40 kg. (Fotografia de Chris Gunn):

19. Un tip special de beriliu este folosit pentru oglinda telescopului James Webb. Este o pulbere fină. Pulberea este plasată într-un recipient din oțel inoxidabil și presată într-o formă plată. Odată ce recipientul de oțel este îndepărtat, bucata de beriliu este tăiată în jumătate pentru a face două semifabricate de oglindă de aproximativ 1,3 metri diametru. Fiecare semifabricat de oglindă este folosit pentru a crea un segment. (Fotografia de Chris Gunn):

20. Apoi suprafața fiecărei oglinzi este măcinată pentru a-i da o formă apropiată de cea calculată. După aceasta, oglinda este netezită și lustruită cu grijă. Acest proces se repetă până când forma segmentului de oglindă este aproape de ideală. Apoi, segmentul este răcit la o temperatură de -240 °C, iar dimensiunile segmentului sunt măsurate cu ajutorul unui interferometru laser. Apoi oglinda, ținând cont de informațiile primite, suferă o lustruire finală. (Fotografia de Chris Gunn):

21. Odată procesat segmentul, partea din față a oglinzii este acoperită cu un strat subțire de aur pentru a reflecta mai bine radiația infraroșie în intervalul 0,6-29 microni, iar segmentul finit este re-testat la temperaturi criogenice. (Fotografia de Chris Gunn):

22. Lucrări la telescop în noiembrie 2016. (Fotografia de Chris Gunn):

23. NASA a finalizat asamblarea telescopului spațial James Webb în 2016 și a început să-l testeze. Aceasta este o fotografie din 5 martie 2017. La expuneri lungi, tehnicile arată ca niște fantome. (Fotografia de Chris Gunn):

26. Ușa către aceeași cameră A din a 14-a fotografie, în care este simulat spațiul cosmic. (Fotografia de Chris Gunn):

28. Planurile actuale prevăd ca telescopul să fie lansat pe o rachetă Ariane 5 în primăvara lui 2019. Întrebat ce se așteaptă oamenii de știință să învețe de la noul telescop, conducătorul de știință al proiectului John Mather a spus: „Sper că vom găsi ceva despre care nimeni nu știe nimic”. UPD. Lansarea telescopului James Webb a fost amânată pentru 2020.(Foto de Chris Gunn).

Webb va privi în spectrul infraroșu apropiat și mijlociu, ajutat de poziția sa în punctul L2 din spatele Lunii și de scuturile solare care blochează lumina intruzivă a Soarelui, Pământului și Lunii, afectând în mod benefic răcirea dispozitivului. Oamenii de știință speră să vadă primele stele ale universului, formarea și ciocnirea galaxiilor tinere și nașterea stelelor în sistemele protoplanetare - care pot conține componente chimice ale vieții.

Aceste prime stele pot deține cheia pentru înțelegerea structurii Universului. Teoretic, unde și cum se formează este direct legat de primele modele ale materiei întunecate - o substanță invizibilă, misterioasă detectată de influențele gravitaționale - și ciclurile lor de viață și moarte provoacă feedback care a influențat formarea primelor galaxii. Și din moment ce stelele supermasive cu viață scurtă au de aproximativ 30 până la 300 de ori masa Soarelui nostru (și de milioane de ori mai strălucitoare), aceste prime stele ar fi putut exploda sub formă de supernove și apoi s-ar fi prăbușit pentru a forma găuri negre, care au ocupat treptat centrele celor mai multe. galaxii masive.

A vedea toate acestea este cu siguranță o ispravă pentru instrumentele pe care le-am făcut până acum. Datorită noilor instrumente și nave spațiale, vom putea vedea și mai multe.

Tur al telescopului spațial James Webb

Webb arată ca o plută în formă de diamant, echipată cu un catarg gros și curbat și o velă - dacă ar fi fost construită de albine gigantice care mănâncă beriliu. Îndreptată cu partea inferioară spre Soare, „pluta” de jos este formată dintr-un scut - straturi de Kapton, separate prin fante. Fiecare strat este separat de un spațiu de vid pentru o răcire eficientă și împreună protejează reflectorul principal și instrumentele.

Kapton este o peliculă polimerică foarte subțire (gândiți-vă că părul uman) produs de DuPont, care este capabil să mențină proprietăți mecanice stabile în condiții de căldură și vibrații extreme. Dacă doriți, puteți fierbe apă pe o parte a scutului și păstrați azotul în formă lichidă pe cealaltă. De asemenea, se pliază destul de bine, ceea ce este important pentru lansare.

„Chila” navei constă dintr-o structură care stochează scutul solar în timpul lansării și panouri solare pentru alimentarea vehiculului. În centru se află o cutie care conține toate funcțiile critice de sprijin care alimentează Webb, inclusiv puterea, controlul atitudinii, comunicațiile, comandă, procesarea datelor și controlul termic. Antena luminează aspectul cutiei și vă ajută să vă asigurați că totul este orientat în direcția corectă. La un capăt al scutului termic, perpendicular pe acesta, se află un trimmer de cuplu, care compensează presiunea exercitată de fotoni asupra dispozitivului.

Pe partea spațială a scutului există o „vela”, o oglindă Webb uriașă, o parte din echipamentul optic și o cutie cu echipament. Cele 18 secțiuni hexagonale din beriliu se vor desfășura după lansare pentru a deveni o oglindă primară mare, cu o diametru de 6,5 metri.

Vizavi de această oglindă, ținută pe loc de trei suporturi, se află o oglindă secundară care concentrează lumina din oglinda primară în subsistemul optic din pupa, o cutie în formă de pană care iese din centrul oglinzii primare. Această structură deviază lumina parazită și direcționează lumina din oglinda secundară către instrumentele situate în spatele „catargului”, care susține și structura segmentată a oglinzii primare.

Odată ce vehiculul își încheie perioada de șase luni de punere în funcțiune, va funcționa 5-10 ani, poate mai mult, în funcție de consumul de combustibil, dar va fi prea departe pentru a fi reparat. De fapt, Hubble este oarecum o excepție în acest sens. Dar, la fel ca Hubble și alte observatoare comune, misiunea lui Webb va fi să lucreze cu proiecte selectate în mod competitiv de la oameni de știință din întreaga lume. Rezultatele își vor găsi apoi drumul în cercetarea și datele disponibile online.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra instrumentelor care fac posibilă această cercetare.

Instrumente: departe de vedere

Deși vede ceva în spectrul vizual (lumină roșie și aurie), Webb este un telescop în infraroșu fundamental.

Camera sa termică principală, camera în infraroșu apropiat NIRCam, vede în intervalul 0,6-5,0 microni (infraroșu apropiat). Va fi capabil să detecteze lumina infraroșie de la nașterea primelor stele și galaxii, să efectueze sondaje ale galaxiilor din apropiere și ale obiectelor locale care se grăbesc prin Centura Kuiper - o întindere de corpuri de gheață care orbitează dincolo de Neptun, care conține și Pluto și alte pitici. planete.

NIRCam este, de asemenea, echipat cu un coronagraf, care va permite camerei să observe haloul subțire din jurul stelelor strălucitoare, blocând lumina lor orbitoare - un instrument esențial pentru identificarea exoplanetelor.

Spectrograful în infraroșu apropiat funcționează în același interval de lungimi de undă ca NIRCam. Ca și alte spectrografe, analizează proprietățile fizice ale obiectelor precum stelele, separând lumina pe care o emit în spectre, a căror structură se modifică în funcție de temperatura, masa și compoziția chimică a obiectului.

NIRSpec va studia mii de galaxii antice cu emisii atât de slabe încât un singur spectrograf va avea nevoie de sute de ore pentru a face treaba. Pentru a simplifica această sarcină descurajantă, spectrograful este echipat cu un dispozitiv remarcabil: o grilă de 62.000 de jaluzele individuale, fiecare cu dimensiunea de aproximativ 100 pe 200 de microni (lățimea câtorva fire de păr uman) și fiecare dintre acestea poate fi deschisă și închisă pentru a bloca. lumina stelelor mai strălucitoare. Cu această matrice, NIRSpec va fi primul spectrograf spațial care poate observa sute de obiecte diferite simultan.

Senzor de ghidare finăși un spectrograf fără fantă (FGS-NIRISS) sunt în esență doi senzori împachetati împreună. NIRISS include patru moduri, fiecare asociat cu o lungime de undă diferită. Acestea variază de la spectroscopie fără fante, care creează un spectru folosind o prismă și o rețea numită grism, care împreună creează modele de interferență care pot dezvălui lumina exoplanetară împotriva luminii stelei.

FGS este o cameră sensibilă și care nu clipește, care face fotografii de navigație și le transmite sistemelor de control a atitudinii care mențin telescopul îndreptat în direcția corectă.

Cel mai recent instrument al lui Webb își extinde gama de la spectrul infraroșu apropiat până la spectrul infraroșu mediu, care este util pentru observarea obiectelor deplasate spre roșu, precum și a planetelor, cometelor, asteroizilor, prafului încălzit de soare și discurilor protoplanetare. Fiind și o cameră și un spectrograf, acest instrument MIRI acoperă cea mai largă gamă de lungimi de undă, 5-28 microni. Camera sa de bandă largă va putea captura mai multe tipuri de imagini pe care le iubim la Hubble.

De asemenea, observațiile în infraroșu au implicații importante pentru înțelegerea Universului. Praful și gazul pot bloca lumina vizibilă de la stele într-o pepinieră stelară, dar lumina infraroșie nu poate. Mai mult, pe măsură ce Universul se extinde și galaxiile se depărtează, lumina lor este „întinsă” și devine deplasată spre roșu, trecând în spectrul undelor lungi de unde electromagnetice, cum ar fi infraroșu. Cu cât o galaxie este mai departe, cu atât se retrage mai repede și devine mai mare deplasarea spre roșu - aceasta este valoarea telescopului Webb.

Spectrul infraroșu poate oferi, de asemenea, o mulțime de informații despre atmosferele exoplanetelor și dacă acestea conțin componente moleculare asociate vieții. Pe Pământ, numim vapori de apă, metan și dioxid de carbon „gaze cu efect de seră”, deoarece absorb căldură. Deoarece această tendință este valabilă peste tot, oamenii de știință pot folosi Webb pentru a detecta substanțe familiare în atmosferele din lumi îndepărtate, observând modelele de absorbție ale substanțelor folosind spectrografe.