Nekdo je nekoč rekel: ustvarjalci Hubbla morajo postaviti spomenik v vsakem večjem mestu na Zemlji. Ima veliko zaslug. Na primer, s pomočjo tega teleskopa so astronomi posneli zelo oddaljeno galaksijo UDFj-39546284. Januarja 2011 so znanstveniki ugotovili, da se nahaja za približno 150 milijonov svetlobnih let dlje od prejšnjega rekorderja - UDFy -38135539. Galaksija UDFj-39546284 je od nas oddaljena 13,4 milijarde svetlobnih let. To pomeni, da je Hubble videl zvezde, ki so obstajale pred več kot 13 milijardami let, 380 milijonov let po Velikem poka. Ti predmeti verjetno še dolgo niso "živi": vidimo le svetlobo dolgo mrtvih zvezd in galaksij.
Toda vse svoje prednosti je vesoljski teleskop Hubble tehnologija preteklega tisočletja: izstreljen je bil leta 1990. Seveda je tehnologija z leti naredila velik napredek. Če bi se Hubblov teleskop pojavil v našem času, bi njegove zmogljivosti na kolosalen način presegle prvotno različico. Tako je nastal James Webb.
Zakaj je "James Webb" uporaben
Novi teleskop je, tako kot njegov prednik, tudi orbitalni infrardeči observatorij. To pomeni, da bo njegova glavna naloga preučevanje toplotnega sevanja. Spomnimo se, da predmeti, segreti na določeno temperaturo, oddajajo energijo v infrardečem spektru. Valovna dolžina je odvisna od temperature ogrevanja: višja je, krajša je valovna dolžina in intenzivnejše je sevanje.
Vendar obstaja ena konceptualna razlika med teleskopi. Hubble je v nizki zemeljski orbiti, torej kroži okoli Zemlje na nadmorski višini približno 570 km. James Webb bo izstreljen v halo orbito na točki L2 Lagrange v sistemu Sonce-Zemlja. Obrnil se bo okoli Sonca in za razliko od razmer s Hubblom Zemlja vanj ne bo posegala. Takoj se pojavi težava: bolj ko je predmet oddaljen od Zemlje, težje je stopiti v stik z njim, zato je večje tveganje, da ga izgubimo. Zato se bo "James Webb" gibal okoli zvezde v sinhronizaciji z našim planetom. V tem primeru bo oddaljenost teleskopa od Zemlje 1,5 milijona km v nasprotni smeri od Sonca. Za primerjavo, razdalja od Zemlje do Lune je 384.403 km. To pomeni, da če oprema James Webb ne uspe, je najverjetneje ne bo mogoče popraviti (razen na daljavo, kar nalaga resne tehnične omejitve). Zato obetajoči teleskop ni samo zanesljiv, ampak tudi super zanesljiv. To je deloma posledica nenehnega prestavljanja datuma izstrelitve.
James Webb ima še eno pomembno razliko. Oprema mu bo omogočila, da se osredotoči na zelo stare in hladne predmete, ki jih Hubble ni videl. Tako bomo ugotovili, kdaj in kje so se pojavile prve zvezde, kvazarji, galaksije, kopice in superskupine galaksij.
Najbolj zanimive najdbe novega teleskopa so eksoplaneti. Natančneje, govorimo o določitvi njihove gostote, ki nam bo omogočila razumeti, kakšen tip predmeta je pred nami in ali je takšen planet potencialno naseljiv. Znanstveniki upajo, da bodo s pomočjo Jamesa Webba zbrali tudi podatke o masah in premerih oddaljenih planetov, kar bo odprlo nove podatke o domači galaksiji.
Oprema teleskopa bo omogočala odkrivanje hladnih eksoplanetov s površinsko temperaturo do 27 ° C (povprečna temperatura na površini našega planeta je 15 ° C)."James Webb" bo lahko našel take predmete, ki se nahajajo na razdalji več kot 12 astronomskih enot (to je razdalja od Zemlje do Sonca) od njihovih zvezd in oddaljeni od Zemlje na razdalji do 15 svetlobe leta. Resni načrti zadevajo atmosfero planetov. Teleskopa Spitzer in Hubble sta lahko zbrala podatke o približno sto plinastih ovojnicah. Po mnenju strokovnjakov bo novi teleskop lahko raziskal vsaj tristo atmosfer različnih eksoplanetov.
Ločeno točko, ki jo velja izpostaviti, je iskanje hipotetičnih zvezdnih populacij tipa III, ki bi morale sestavljati prvo generacijo zvezd, ki so se pojavile po velikem poka. Po mnenju znanstvenikov gre za zelo težka svetila s kratko življenjsko dobo, ki pa seveda ne obstajajo več. Ti predmeti so imeli veliko maso zaradi pomanjkanja ogljika, potrebnega za klasično termonuklearno reakcijo, v kateri se težki vodik pretvori v lahek helij, presežna masa pa v energijo. Poleg vsega tega bo novi teleskop lahko podrobno preučeval še neraziskane kraje, kjer se rojevajo zvezde, kar je zelo pomembno tudi za astronomijo.
- Iskanje in preučevanje najstarejših galaksij;
- iskanje eksoplanetov, podobnih zemlji;
- Odkrivanje zvezdnih populacij tretje vrste;
- Raziskovanje "zvezdnih zibelk"
Oblikovalske lastnosti
Napravo sta razvili dve ameriški podjetji - Northrop Grumman in Bell Aerospace. Vesoljski teleskop James Webb je mojstrovina inženiringa. Novi teleskop tehta 6, 2 tone - za primerjavo, Hubble ima maso 11 ton. Če pa lahko stari teleskop po velikosti primerjamo s tovornjakom, potem je novi primerljiv s teniškim igriščem. Njegova dolžina doseže 20 m, višina pa je enaka višini trinadstropne stavbe. Največji del vesoljskega teleskopa James Webb je ogromen sončni ščit. To je osnova celotne strukture, ustvarjene iz polimernega filma. Na eni strani je prekrit s tanko plastjo aluminija, na drugi pa kovinskega silicija.
Sončni ščit ima več plasti. Praznine med njimi so napolnjene z vakuumom. To je potrebno za zaščito opreme pred "toplotnim udarcem". Ta pristop omogoča hlajenje ultra občutljivih matric do –220 ° C, kar je zelo pomembno pri opazovanju oddaljenih predmetov. Dejstvo je, da kljub popolnim senzorjem zaradi drugih "vročih" podrobnosti "Jamesa Webba" niso mogli videti predmetov.
V središču zgradbe je ogromno ogledalo. To je "nadgradnja", ki je potrebna za fokusiranje žarkov svetlobe - ogledalo jih poravna in ustvari jasno sliko. Premer glavnega ogledala teleskopa James Webb je 6,5 m. Vključuje 18 blokov: med izstrelitvijo rakete bodo ti segmenti v kompaktni obliki in se bodo odprli šele po vstopu vesoljskega plovila v orbito. Vsak segment ima šest vogalov za najboljšo uporabo razpoložljivega prostora. Zaokrožena oblika ogledala omogoča najboljše ostrenje svetlobe na detektorjih.
Za izdelavo ogledala je bil izbran berilij - razmeroma trda kovina svetlo sive barve, za katero so med drugim značilni visoki stroški. Med prednostmi te izbire je dejstvo, da berilij ohranja obliko tudi pri zelo nizkih temperaturah, kar je zelo pomembno za pravilno zbiranje informacij.
Znanstveni instrumenti
Pregled obetavnega teleskopa bi bil nepopoln, če se ne bi osredotočili na njegove glavne instrumente:
MIRI. To je srednja infrardeča naprava. Vključuje kamero in spektrograf. MIRI vključuje več nizov detektorjev arzena in silicija. Zahvaljujoč senzorjem te naprave astronomi upajo, da bodo upoštevali rdeči premik oddaljenih predmetov: zvezd, galaksij in celo majhnih kometov. Kozmološki rdeči premik se imenuje zmanjšanje frekvenc sevanja, kar je razloženo z dinamično razdaljo virov drug od drugega zaradi širjenja vesolja. Najbolj zanimivo je, da ne gre le za popravljanje tega ali onega oddaljenega objekta, ampak za pridobivanje velike količine podatkov o njegovih lastnostih.
NIRCam ali bližnja infrardeča kamera je glavna slikovna enota teleskopa. NIRCam je kompleks senzorjev živega srebra, kadmija in telurija. Delovno območje naprave NIRCam je 0,6-5 mikronov. Težko si je predstavljati, kakšne skrivnosti bo NIRCam pomagal razkriti. Znanstveniki na primer želijo z njim ustvariti zemljevid temne snovi z uporabo tako imenovane metode gravitacijske leče, tj. odkrivanje strdkov temne snovi po njihovem gravitacijskem polju, opazno po ukrivljenosti poti bližnjega elektromagnetnega sevanja.
NIRSpec. Brez skoraj infrardečega spektrografa ne bi bilo mogoče določiti fizikalnih lastnosti astronomskih objektov, kot sta masa ali kemična sestava. NIRSpec lahko zagotovi spektroskopijo srednje ločljivosti v območju valovnih dolžin 1-5 μm in spektroskopijo nizke ločljivosti z valovnimi dolžinami 0,6-5 μm. Naprava je sestavljena iz številnih celic s individualnim nadzorom, ki vam omogoča, da se osredotočite na določene predmete in "filtrirate" nepotrebno sevanje.
FGS / NIRISS. Gre za par, ki ga sestavljata natančno usmerjen senzor in bližnja infrardeča slikarska naprava z spektrografom brez rež. Zahvaljujoč senzorju za natančno vodenje (FGS) se bo teleskop lahko izostril čim natančneje, zahvaljujoč NIRISS pa nameravajo znanstveniki izvesti prve orbitalne teste teleskopa, ki bodo dali splošno predstavo o njegovem stanju. Menijo tudi, da bo naprava za slikanje igrala pomembno vlogo pri opazovanju oddaljenih planetov.
Formalno nameravajo teleskop upravljati pet do deset let. Kot kaže praksa, pa se lahko to obdobje podaljša za nedoločen čas. In "James Webb" nam lahko posreduje veliko bolj uporabne in preprosto zanimive informacije, kot si lahko kdo predstavlja. Poleg tega si zdaj ni mogoče niti predstavljati, kakšna "pošast" bo nadomestila "Jamesa Webba" in koliko bo stala njena gradnja.
Spomladi leta 2018 se je cena projekta zvišala na nepredstavljivih 9,66 milijard USD. Za primerjavo, letni proračun NASA znaša približno 20 milijard USD, Hubble pa je bil v času gradnje vreden 2,5 milijarde USD. Z drugimi besedami, James Webb se je že zapisal v zgodovino kot najdražji teleskop in eden najdražjih projektov v zgodovini raziskovanja vesolja. Le lunarni program, Mednarodna vesoljska postaja, shuttle in globalni sistem za določanje položaja GPS stanejo več. "James Webb" pa ima vse pred seboj: njegova cena se lahko še poveča. Čeprav so pri njeni gradnji sodelovali strokovnjaki iz 17 držav, levji delež financiranja še vedno leži na ramenih ZDA. Verjetno bo tako še naprej.
