Sa svakim dodatnim centimetrom otvora blende, svakom dodatnom sekundom vremena promatranja i svakim dodatnim atomom atmosferskog nereda uklonjenim iz vidnog polja teleskopa, svemir se može vidjeti bolje, dublje i jasnije.
25 godina Hubble
Kada je Hubbleov teleskop počeo s radom 1990. godine, uveo je novu eru u astronomiji - svemir. Više nije bilo borbe s atmosferom, brige oko oblaka ili elektromagnetskog treperenja. Sve što je bilo potrebno je rasporediti satelit na metu, stabilizirati ga i prikupiti fotone. Unutar 25 godina svemirski teleskopi počeli su pokrivati cijeli elektromagnetski spektar, što je po prvi put omogućilo da se vidi svemir na svakoj valnoj duljini svjetlosti.
Ali kako se naše znanje povećava, tako se povećava i naše razumijevanje nepoznatog. Što dalje gledamo u svemir, vidimo dublju prošlost: ograničeno vrijeme od Velikog praska, u kombinaciji s konačnom brzinom svjetlosti, ograničava ono što možemo promatrati. Štoviše, samo širenje prostora djeluje protiv nas rastezanjem valne duljinesvjetlost zvijezda dok putuje kroz svemir do naših očiju. Čak je i svemirski teleskop Hubble, koji nam daje najdublju, najzanimljiviju sliku svemira koju smo ikada otkrili, ograničen u tom pogledu.
Nedostaci Hubblea
Hubble je nevjerojatan teleskop, ali ima niz temeljnih ograničenja:
- Samo 2,4 m u promjeru, ograničavajući njegovu razlučivost.
- Unatoč tome što je prekriven reflektirajućim materijalima, stalno je izložen izravnoj sunčevoj svjetlosti, što ga zagrijava. To znači da zbog toplinskih učinaka ne može promatrati valne duljine svjetlosti veće od 1,6 µm.
- Kombinacija ograničenog otvora blende i valnih duljina na koje je osjetljiv znači da teleskop može vidjeti galaksije ne starije od 500 milijuna godina.
Ove su galaksije lijepe, daleke i postojale su kada je svemir bio samo oko 4% svoje sadašnje starosti. Ali poznato je da su zvijezde i galaksije postojale i ranije.
Da biste to vidjeli, teleskop mora imati veću osjetljivost. To znači prelazak na duže valne duljine i niže temperature od Hubblea. Zato se gradi svemirski teleskop James Webb.
Izgledi za znanost
Svemirski teleskop James Webb (JWST) dizajniran je da prevlada upravo ova ograničenja: s promjerom od 6,5 m, teleskop prikuplja 7 puta više svjetla od Hubblea. On otvaraultra-spektroskopija visoke razlučivosti od 600 nm do 6 µm (4 puta veća od valne duljine koju Hubble može vidjeti), za promatranje u srednjem infracrvenom području spektra s većom osjetljivošću nego ikad prije. JWST koristi pasivno hlađenje do površinske temperature Plutona i sposoban je aktivno hladiti srednje infracrvene instrumente do 7K.
On će dopustiti:
- promatrajte najranije galaksije ikad formirane;
- vidjeti kroz neutralni plin i ispitati prve zvijezde i reionizaciju svemira;
- izvršite spektroskopsku analizu prvih zvijezda (populacija III) formiranih nakon Velikog praska;
- ostvarite nevjerojatna iznenađenja poput otkrića najranijih supermasivnih crnih rupa i kvazara u svemiru.
JWST-ova razina znanstvenog istraživanja nije nalik ičemu u prošlosti, zbog čega je teleskop odabran kao NASA-ina vodeća misija 2010-ih.
Znanstveno remek-djelo
S tehničke točke gledišta, novi teleskop James Webb pravo je umjetničko djelo. Projekt je prešao dug put: došlo je do prekoračenja proračuna, kašnjenja u rasporedu i opasnosti od otkazivanja projekta. Nakon intervencije novog vodstva sve se promijenilo. Projekt je odjednom proradio kao sat, sredstva su dodijeljena, greške, kvarovi i problemi uzeti u obzir, a JWST tim se počeo uklapati usve rokove, rasporede i proračunske okvire. Lansiranje uređaja zakazano je za listopad 2018. na raketi Ariane-5. Tim ne samo da se drži rasporeda, već im je preostalo devet mjeseci da obračunaju sve nepredviđene situacije kako bi osigurali da je sve spakirano i spremno za taj datum.
Teleskop James Webb sastoji se od 4 glavna dijela.
Optički blok
Uključuje sva zrcala, od kojih su osamnaest primarnih segmentiranih pozlaćenih zrcala najučinkovitija. Oni će se koristiti za prikupljanje udaljene zvjezdane svjetlosti i fokusiranje na instrumente za analizu. Sva su ta ogledala sada spremna i besprijekorna, napravljena točno po planu. Nakon što se sastave, bit će presavijeni u kompaktnu strukturu koja će biti lansirana na više od 1 milijun km od Zemlje do točke L2 Lagrangea, a zatim će se automatski rasporediti kako bi se formirala struktura u obliku saća koja će godinama prikupljati svjetlost ultra dugog dometa. Ovo je stvarno lijepa stvar i uspješan rezultat titanskih napora mnogih stručnjaka.
Bliska infracrvena kamera
Webb je opremljen s četiri znanstvena instrumenta koji su 100% kompletni. Glavna kamera teleskopa je skoro IR kamera u rasponu od vidljive narančaste svjetlosti do dubokog infracrvenog. Pružit će neviđene slike najranijih zvijezda, najmlađih galaksija koje su još u procesu formiranja, mladih zvijezda Mliječne staze i obližnjih galaksija, stotina novih objekata u Kuiperovom pojasu. Ona jeoptimiziran za izravno snimanje planeta oko drugih zvijezda. Ovo će biti glavna kamera koju koristi većina promatrača.
Bliski infracrveni spektrograf
Ovaj alat ne samo da razdvaja svjetlost u zasebne valne duljine, već je sposoban to učiniti za više od 100 zasebnih objekata u isto vrijeme! Ovaj instrument će biti univerzalni Webba spektrograf koji može raditi u 3 različita spektroskopija. Izgradila ga je Europska svemirska agencija, ali mnoge komponente, uključujući detektore i bateriju s više vrata, osigurao je Centar za svemirske letove. Goddarda (NASA). Ovaj uređaj je testiran i spreman je za ugradnju.
Srednji infracrveni instrument
Uređaj će se koristiti za širokopojasno snimanje, odnosno proizvodit će najimpresivnije slike sa svih Webb instrumenata. Sa znanstvenog stajališta, bit će najkorisniji u mjerenju protoplanetarnih diskova oko mladih zvijezda, mjerenju i slikanju objekata Kuiperovog pojasa i prašine zagrijane zvjezdanom svjetlošću s neviđenom preciznošću. To će biti jedini instrument koji će biti kriogenski hlađen na 7 K. U usporedbi sa svemirskim teleskopom Spitzer, to će poboljšati rezultate za faktor od 100.
Bliski IR spektrograf bez proreza (NIRISS)
Uređaj će vam omogućiti proizvodnju:
- širokokutna spektroskopija u bliskim infracrvenim valnim duljinama (1,0 - 2,5 µm);
- grism spektroskopija jednog objekta uvidljivi i infracrveni raspon (0,6 - 3,0 mikrona);
- interferometrija maskiranja otvora na valnim duljinama od 3,8 - 4,8 µm (gdje se očekuju prve zvijezde i galaksije);
- snimanje širokog raspona cijelog vidnog polja.
Ovaj instrument kreirala je Kanadska svemirska agencija. Nakon prolaska kroz kriogeno testiranje, također će biti spreman za integraciju u pretinac za instrumente teleskopa.
Štit od sunca
Svemirski teleskopi još nisu opremljeni njima. Jedan od najzastrašujućih aspekata svakog lansiranja je korištenje potpuno novog materijala. Umjesto aktivnog hlađenja cijele svemirske letjelice jednokratnom potrošnom rashladnom tekućinom, teleskop James Webb koristi potpuno novu tehnologiju, 5-slojni štitnik od sunca koji će biti postavljen da reflektira sunčevo zračenje iz teleskopa. Pet 25-metarskih ploča bit će spojeno titanskim šipkama i postavljeno nakon postavljanja teleskopa. Zaštita je testirana 2008. i 2009. godine. Modeli u punoj veličini koji su sudjelovali u laboratorijskim ispitivanjima učinili su sve što su trebali učiniti ovdje na Zemlji. Ovo je prekrasna inovacija.
To je također nevjerojatan koncept: ne samo blokirati svjetlost od Sunca i postaviti teleskop u sjenu, već to učiniti na način da se sva toplina zrači u suprotnom smjeru od orijentacije teleskopa. Svaki od pet slojeva u vakuumu prostora postat će hladan kako se udaljava od vanjskog, koji će biti nešto topliji od temperature.površina Zemlje - oko 350-360 K. Temperatura posljednjeg sloja trebala bi pasti na 37-40 K, što je hladnije nego noću na površini Plutona.
Osim toga, poduzete su značajne mjere opreza za zaštitu od surovog okruženja dubokog svemira. Jedna od stvari o kojima treba brinuti su sićušni kamenčići veličine šljunka, zrnca pijeska, mrlje prašine i još manje koje lete kroz međuplanetarni prostor brzinom od nekoliko desetaka ili čak stotina tisuća kilometara na sat. Ovi mikrometeoriti sposobni su napraviti sićušne, mikroskopske rupe u svemu na što naiđu: svemirskim letjelicama, astronautskim odijelima, teleskopskim zrcalima i još mnogo toga. Ako zrcala dobiju samo udubljenja ili rupe, što neznatno smanjuje količinu dostupnog "dobrog svjetla", tada se solarni štit može potrgati od ruba do ruba, čineći cijeli sloj beskorisnim. Za borbu protiv ovog fenomena korištena je briljantna ideja.
Cijeli solarni štit podijeljen je na dijelove na način da ako postoji mali razmak u jednom, dva ili čak tri od njih, sloj se neće dalje trgati, poput pukotine na vjetrobranskom staklu automobil. Particioniranje će zadržati cijelu strukturu netaknutom, što je važno za sprječavanje degradacije.
Svemirski brod: montažni i upravljački sustavi
Ovo je najčešća komponenta, kakvu imaju svi svemirski teleskopi i znanstvene misije. U JWST-u je jedinstven, ali i potpuno spreman. Sve što je preostalo glavnom izvođaču projekta, Northropu Grummanu, bilo je dovršiti štit, sastaviti teleskop i testirati ga. Stroj će biti spreman zalansiranje za 2 godine.
10 godina otkrića
Ako sve bude kako treba, čovječanstvo će biti na pragu velikih znanstvenih otkrića. Veo neutralnog plina koji je do sada zaklanjao pogled na najranije zvijezde i galaksije bit će eliminiran infracrvenim mogućnostima Weba i njegovim ogromnim sjajem. Bit će to najveći, najosjetljiviji teleskop ikad napravljen, s ogromnim rasponom valnih duljina od 0,6 do 28 mikrona (ljudsko oko vidi 0,4 do 0,7 mikrona). Očekuje se da će pružiti desetljeće promatranja.
Prema NASA-i, životni vijek Webb misije bit će od 5,5 do 10 godina. Ograničen je količinom pogonskog goriva potrebnog za održavanje orbite i vijekom trajanja elektronike i opreme u teškom svemirskom okruženju. Orbitalni teleskop James Webb nosit će gorivo za cijelo 10-godišnje razdoblje, a 6 mjeseci nakon lansiranja bit će provedeno testiranje podrške leta, što jamči 5 godina znanstvenog rada.
Što bi moglo poći po zlu?
Glavni ograničavajući faktor je količina goriva na brodu. Kada završi, satelit će se udaljiti od L2 Lagrangeove točke, ulazeći u kaotičnu orbitu u neposrednoj blizini Zemlje.
Dođi s ovim, mogu se dogoditi i drugi problemi:
- degradacija zrcala, što će utjecati na količinu prikupljene svjetlosti i stvoriti artefakte slike, ali neće oštetiti daljnji rad teleskopa;
- otkaz dijela ili cijelog solarnog zaslona, što će dovesti do povećanjatemperaturu svemirske letjelice i suziti raspon iskoristivih valnih duljina na vrlo blisku infracrvenu (2-3 µm);
- Kvar sustava za hlađenje srednje IR instrumenta, što ga čini neupotrebljivim, ali ne utječe na druge instrumente (0,6 do 6 µm).
Najteži test koji čeka teleskop James Webb je lansiranje i ubacivanje u zadanu orbitu. Ove su situacije testirane i uspješno dovršene.
Revolucija u znanosti
Ako je teleskop James Webb u funkciji, bit će dovoljno goriva da ga napaja od 2018. do 2028. godine. Osim toga, postoji potencijal za punjenje gorivom, što bi moglo produžiti životni vijek teleskopa za još jedno desetljeće. Baš kao što Hubble djeluje već 25 godina, JWST bi mogao pružiti generaciju revolucionarne znanosti. U listopadu 2018. raketa-nosač Ariane 5 lansirat će u orbitu budućnost astronomije, koja je nakon više od 10 godina mukotrpnog rada spremna početi uroditi plodom. Budućnost svemirskih teleskopa je skoro tu.
