Джеймс Уеб - космически телескоп: дата на стартиране, оборудване

С всеки допълнителен сантиметър бленда, всеки допълнителен втори период на наблюдение и всеки допълнителен атом, атмосферни влияния, отдалечено от полево проучване телескоп, по-добре, по-дълбоко и по-ясно ще видите Вселената.

25 години "Хъбъл"

Когато телескопът Хъбъл започна да работи през 1990 г., той откри нова ера в космическата астрономия. Вече не беше необходимо да се бори с атмосферата, да се тревожи за облаци или електромагнитни трептения. Необходимо е само да се разгърне сателитът до целта, да се стабилизира и да се събират фотони. В продължение на 25 години космическите телескопи започнаха да покриват целия електромагнитен спектър, което ни позволи да разгледаме вселената за първи път при всяка дължина на вълната на светлината.

Но тъй като нашето знание се е увеличило, разбирането ни за неизвестното също е нараснало. Колкото по-нататък разглеждаме Вселената, толкова по-дълбоко минало виждаме: крайното време от времето на Големия взрив, съчетано с ограничената скорост на светлината, осигурява границата на това, което можем да наблюдаваме. Нещо повече, разширението на простото пространство действа срещу нас, протягайки се дължина на вълната на светлината звезди, докато пътува през вселената до очите ни. Дори космическият телескоп Хъбъл, който ни дава най-дълбокия и най-вълнуващ образ на Вселената, който някога сме открили, е ограничен в това отношение.

Недостатъци на "Хъбъл"

Хъбълът е невероятен телескоп, но има редица основни ограничения:

• Само 2,4 м в диаметър, което го ограничава разделителна способност.
• Въпреки покритието с отразяващи материали, той постоянно е изложен на пряка слънчева светлина, която се нагрява. Това означава, че поради топлинните ефекти не може да наблюдава дължината на вълната на светлината повече от 1.6 μm.
• Комбинацията от ограничена светлина и дължини на вълните, към която е чувствителна, означава, че телескопът може да вижда галактики, които не са на възраст над 500 милиона години.

Тези галактики са красиви, далеч и съществуват, когато вселената е само около 4% от сегашната си възраст. Но е известно, че звездите и галактиките съществуват още по-рано.

За да видите това, телескоп трябва да имат по-висока чувствителност. Това означава преход към по-дълги дължини на вълните и по-ниски температури, отколкото Хъбъл. Ето защо се създава космическият телескоп James Webb.

Перспективи за науката

Телескопа James Webb (JWST) има за цел да се преодолеят тези ограничения е: с диаметър 6.5 m телескоп събира 7 пъти повече светлина, отколкото на "Хъбъл". Това отваря възможността за ултра висока резолюция спектроскопия от 600 пМ до 6 микрона (4 пъти по-голяма от дължината на вълната, която е в състояние да се види "Hubble"), за да се наблюдава средната инфрачервена област с по-голяма чувствителност, отколкото преди. JWST използва пасивно охлаждане до температура на повърхността на Плутон и е в състояние активно да се охлади на средата на инфрачервени устройства до 7 К. телескоп James Webb ще даде възможност да се направи науката, както никой преди това не е направено.

Това ще позволи:

• Наблюдавайте най-ранните галактики, създавани някога;
• да видим през неутралния газ и да проследим първите звезди и реционизацията на Вселената;
• провеждат спектроскопски анализ на първите звезди (население III), образувани след Големия взрив;
• да получите невероятни изненади, като откриването на най-ранните супер масивни черни дупки и квазар във Вселената.

Нивото на научните изследвания на JWST не е сходно с нищо в миналото и поради това телескопът е избран за водеща мисия на НАСА през 2010-те.

Научен шедьовър

От техническа гледна точка новият телескоп на Джеймс Уеб е истинско произведение на изкуството. Проектът се извърши дълъг път: имаше надхвърляне на бюджета, изостаналост и опасност от отмяна на проекта. След намесата на новото ръководство всичко се промени. Проектът внезапно работи като часовник, бяха отпуснати средства, бяха взети под внимание грешките, пропуските и проблемите и екипът на JWST започна да се съобразява с всички срокове, графици и бюджетни рамки. Стартирането е насрочено за октомври 2018 г. на ракетата Ariane-5. Екипът не само следва графика, но остава девет месеца, за да отчете всички непредвидени ситуации, така че всичко да бъде събрано и готово за тази дата.

Телескопът James Webb се състои от 4 основни части.

Оптичен блок

Включва всички огледала, от които най-ефективните осемнадесет първични сегментирани позлатени огледала. Те ще бъдат използвани за събиране на далечна звездна светлина и ще я фокусират върху инструменти за анализ. Всички тези огледала са готови и безупречни, направени точно по график. В края на събранието ще бъдат сгънати в компактен дизайн, за да се работи на разстояние от повече от 1 милион километра от Земята до точката на L2 Лагранж, а след това се включи автоматично, за да образуват структура на пчелна пита, която в продължение на много години, ще събере Изходящ светлина. Това наистина е красиво нещо и успешен резултат от титаничните усилия на много специалисти.

Близко инфрачервена камера

"Webb" е оборудван с четири научни инструмента, които вече са готови за 100%. Основната камера на телескопа е камера с близко IR обхват: от видима оранжева светлина до дълбока инфрачервена светлина. Тя ще осигури безпрецедентни образи на най-ранните звезди, най-младите галактики, които все още са в процес на формиране, младите звезди на Млечния път и близките галактики, стотици нови предмети в пояса на Куипер. Той е оптимизиран за директно изобразяване на планети около други звезди. Това ще бъде основната камера, използвана от повечето наблюдатели.

Близък инфрачервен спектрограф

Този инструмент не само разделя светлината на отделни дължини на вълните, но е в състояние да направи това за повече от 100 отделни обекта едновременно! Това устройство ще бъде универсален спектрограф "Webba", който може да работи в 3 различни режима на спектроскопия. Тя е построена Европейската космическа агенция, но много от компонентите, включително детектори и мултифункционална батерия, се предоставят от центъра за космически полети. Годар (НАСА). Това устройство е тествано и е готово за инсталиране.

Средно-инфрачервен инструмент

Устройството ще се използва за широколентова визуализация, т.е. с негова помощ ще бъдат получени най-впечатляващите изображения от всички инструменти на Webb. Научно ще бъде най-полезно при измерване на протопланетарни дискове около млади звезди, измерване и визуализиране с безпрецедентна точност на предметите на Куипер Бей и прах, загрята от светлината на звездите. Той ще бъде единственият инструмент с криогенно охлаждане до 7 К. В сравнение с космическия телескоп Spitzer това ще подобри резултатите 100 пъти.

Неутрален инфрачервен спектрограф (NIRISS)

Устройството ще произвежда:

• широкоъгълна спектроскопия в диапазона на близката инфрачервена дължина на вълната (1.0-2.5 μm);
• мрачна спектроскопия на един обект във видимия и инфрачервения диапазон (0,6 - 3,0 μm);
• апертура-маскираща интерферометрия при дължини на вълните 3.8-4.8 μm (където се очакват първите звезди и галактики);
• широкообхватно проучване на цялото зрително поле.

Този инструмент е създаден от Канадската космическа агенция. След преминаване на криогенния тест, той също ще бъде готов за интегриране в камерата на инструмента на телескопа.

sunshield

Космическите телескопи все още не са оборудвани с тях. Един от най-страшните аспекти на всяко изстрелване е използването на изцяло нов материал. Вместо охлаждане на целия космически кораб активно използване на разполагаемия консуматив хладилен агент, телескоп James Webb използва изцяло нова технология - 5-слой слънце щит да се разгърнат, за да отрази слънчевата радиация от телескопа. Пет 25-метрови листа ще бъдат свързани с титанови пръчки и ще бъдат инсталирани след внедряването на телескопа. Защитата бе тествана през 2008 и 2009 година. Пълните модели, участвали в лабораторните тестове, направиха всичко, което трябваше да направят тук на Земята. Това е красива иновация.

В допълнение, той също е невероятна концепция: не просто да блокира светлината от слънцето и сложи телескоп в сянка, и да го направи така, че цялата топлина се излъчва в посока, обратна на ориентацията на телескопа. Всяка от петте слоеве във вакуумна пространство ще стане студен като разстоянието от външната страна да бъде малко по-топла от температурата на повърхността - около 350-360 K. температура последния слой трябва да падне до 37-40 К, която е по-студена от повърхността през нощта Плутон.

Освен това са взети значителни предпазни мерки за защита срещу неблагоприятната среда на дълбокото пространство. Едно от нещата, че ще бъдат засегнати тук са малки камъчета размер камъче, пясък, прах и още по-малко чрез междупланетното пространство летят със скорост от десетки или дори стотици хиляди км / ч. Тези микрометеорити са в състояние prodelyvat малки, микроскопични дупки във всичко, с които се сблъскват: космически кораби, космически костюми, огледала, телескопи и много други. Ако огледалото ще има само вдлъбнатини и дупки, леко намаляване на количеството на разположение "добра светлина", слънчев панел може да бъде разкъсан от край до край, което ще направи целия слой безполезни. Блестяща идея беше използвана за борба с този феномен.

Целият слънчев щит беше разделен на секции по такъв начин, че ако има малка пролука в една, две или дори в три, слоят няма да се счупи още повече, като пукнатина в предното стъкло на колата. Прекъсването ще запази цялата структура на цялото, което е важно за предотвратяване на влошаването.

Космически кораби: системи за монтаж и управление

Това е най-често срещаният компонент, тъй като има всички космически телескопи и научни мисии. В JWST е уникален, но също така напълно готов. Всичко, което остава да бъде направено от главния изпълнител на проекта Northrop Grumman, е да завърши щита, да сглоби телескопа и да го тества. Устройството ще бъде готово да започне след 2 години.

10 години открития

Ако всичко върви добре, човечеството ще бъде на ръба на големи научни открития. Завесата на неутрален газ, който все още е засенчена преглед на най-ранните звезди и галактики, е решен инфрачервени възможности "Уеб" и огромния му блясък. Това ще бъде най-голямата и най-чувствителен телескоп с голяма дължина на вълната от 0,6 до 28 микрона (човешкото око вижда от 0.4 до 0.7 микрона) на все изградени. Очаква се, че ще предостави десетилетие наблюдения.

Според НАСА срокът на мисията "Webba" ще бъде от 5,5 до 10 години. Тя е ограничена от количеството гориво, което е необходимо за поддържане на орбитата, и живота на електрониката и оборудването в суровите условия на пространството. Дългоочакваният телескоп на Джеймс Уеб ще носи резерв за гориво за целия 10-годишен период и 6 месеца след стартирането ще се проведе тест за подкрепа на полета, което гарантира 5 години научна работа.

Какво може да се обърка?

Основният ограничаващ фактор е количеството гориво на борда. Когато свърши, спътникът ще се отдалечи от лагергианската точка L2, навлизайки в хаотична орбита в непосредствена близост до Земята.

Кома на това, може да има други проблеми:

• разрушаване на огледалата, което ще повлияе на събраната светлина и ще създаде артефакти на изображението, но няма да повреди по-нататъшната работа на телескопа;
• неизправността на част или целия слънчев екран, което ще доведе до повишаване на температурата на космическия кораб и ще намали използвания диапазон на дължината на вълната до много близка инфрачервена (2-3 μm);
• разрушаване на охлаждащата система на средния инфрачервен инструмент, който ще го направи неизползваем, но няма да се отрази на други инструменти (от 0,6 до 6 микрона).

Най-трудният тест, който телескопът на Джеймс Уеб очаква да стартира и пусне в дадена орбита. Тези ситуации бяха тествани и успешно преминали.

Революция в науката

Ако телескопът James Webb работи в нормален режим, ще има достатъчно гориво, за да се осигури неговата работа от 2018 до 2028 година. Освен това има потенциал за зареждане с гориво, което може да увеличи продължителността на живота на телескопа за още десетилетие. Точно както Хъбъл е бил експлоатиран от 25 години, JWST може да осигури поколение революционна наука. През октомври 2018 г. изстрелващото превозно средство Ariane-5 ще орбитира бъдещето на астрономията, която след повече от 10 години упорита работа е готова да донесе плод. Бъдещето на космическите телескопи почти е дошло.