Cu fiecare centimetru suplimentar de deschidere, fiecare secundă suplimentară de timp de observare și fiecare atom suplimentar de dezordine atmosferică îndepărtat din câmpul vizual al telescopului, Universul poate fi văzut mai bine, mai adânc și mai clar.
25 de ani de Hubble
Când telescopul Hubble a început să funcționeze în 1990, a inaugurat o nouă eră în astronomie - spațiul. Nu a mai existat nicio luptă cu atmosfera, nu a mai fost grija legată de nori sau de pâlpâirea electromagnetică. Tot ceea ce a fost necesar a fost să desfășoare satelitul la țintă, să-l stabilizeze și să colecteze fotoni. În 25 de ani, telescoapele spațiale au început să acopere întregul spectru electromagnetic, permițând pentru prima dată să se vadă universul la fiecare lungime de undă a luminii.
Dar pe măsură ce cunoștințele noastre au crescut, la fel și înțelegerea necunoscutului. Cu cât privim mai departe în univers, cu atât mai adânc vedem trecutul: timpul finit de la Big Bang, combinat cu viteza finită a luminii, oferă o limită a ceea ce putem observa. Mai mult decât atât, expansiunea spațiului în sine funcționează împotriva noastră prin întinderea lungimii de undălumina stelelor în timp ce călătorește prin univers până la ochii noștri. Chiar și telescopul spațial Hubble, care ne oferă cea mai profundă și mai uluitoare imagine a universului pe care am descoperit-o vreodată, este limitat în acest sens.
Dezavantajele Hubble
Hubble este un telescop uimitor, dar are o serie de limitări fundamentale:
- Numai 2,4 m în diametru, limitându-i rezoluția.
- Deși este acoperit cu materiale reflectorizante, este expus în mod constant la lumina directă a soarelui, care îl încălzește. Aceasta înseamnă că, din cauza efectelor termice, nu poate observa lungimi de undă luminoase mai mari de 1,6 µm.
- Combinația dintre deschiderea limitată și lungimile de undă la care este sensibil înseamnă că telescopul poate vedea galaxii nu mai vechi de 500 de milioane de ani.
Aceste galaxii sunt frumoase, îndepărtate și existau atunci când universul avea doar aproximativ 4% din vârsta sa actuală. Dar se știe că stelele și galaxiile au existat chiar mai devreme.
Pentru a vedea asta, telescopul trebuie să aibă o sensibilitate mai mare. Aceasta înseamnă trecerea la lungimi de undă mai mari și temperaturi mai scăzute decât Hubble. Acesta este motivul pentru care se construiește telescopul spațial James Webb.
Perspective pentru știință
James Webb Space Telescope (JWST) este conceput pentru a depăși tocmai aceste limitări: cu un diametru de 6,5 m, telescopul colectează de 7 ori mai multă lumină decât Hubble. El deschideultra-spectroscopie de în altă rezoluție de la 600 nm la 6 µm (de 4 ori lungimea de undă pe care o poate vedea Hubble), pentru a face observații în regiunea infraroșu mijlociu a spectrului cu o sensibilitate mai mare decât oricând înainte. JWST folosește răcirea pasivă la temperatura suprafeței lui Pluto și este capabil să răcească în mod activ instrumentele cu infraroșu mediu până la 7K.
El va permite:
- observați cele mai vechi galaxii formate vreodată;
- vede prin gaz neutru și sonda primele stele și reionizarea universului;
- efectuează o analiză spectroscopică a primelor stele (populația III) formate după Big Bang;
- obțineți surprize uimitoare, cum ar fi descoperirea celor mai vechi găuri negre supermasive și quasari din univers.
Nivelul de cercetare științifică al JWST este diferit de nimic din trecut, motiv pentru care telescopul a fost ales ca misiune emblematică a NASA din anii 2010.
Capodopera științifică
Din punct de vedere tehnic, noul telescop James Webb este o adevărată operă de artă. Proiectul a parcurs un drum lung: au existat depășiri de buget, întârzieri de program și pericolul ca proiectul să fie anulat. După intervenția noii conduceri, totul s-a schimbat. Proiectul a funcționat brusc ca un ceasornic, au fost alocate fonduri, au fost luate în considerare erorile, eșecurile și problemele, iar echipa JWST a început să se încadreze întoate termenele, calendarele și cadrele bugetare. Lansarea dispozitivului este programată pentru octombrie 2018 pe racheta Ariane-5. Echipa nu doar respectă programul, ci mai are nouă luni pentru a răspunde tuturor neprevăzutelor pentru a se asigura că totul este împachetat și gata pentru acea dată.
Telescopul James Webb este format din 4 părți principale.
Bloc optic
Include toate oglinzile, dintre care cele optsprezece oglinzi placate cu aur segmentate primare sunt cele mai eficiente. Ele vor fi folosite pentru a colecta lumina stelară îndepărtată și pentru a o concentra asupra instrumentelor de analiză. Toate aceste oglinzi sunt acum gata și impecabile, realizate la timp. Odată asamblate, ele vor fi pliate într-o structură compactă pentru a fi lansate la mai mult de 1 milion de km de Pământ până la punctul L2 Lagrange, iar apoi se vor desfășura automat pentru a forma o structură de tip fagure care va colecta lumina cu rază ultra-lungă pentru anii următori. Acesta este un lucru cu adevărat frumos și rezultatul reușit al eforturilor titanice ale multor specialiști.
Cameră cu infraroșu de apropiere
Webb este echipat cu patru instrumente științifice care sunt 100% complete. Camera principală a telescopului este o cameră aproape IR, de la lumină portocalie vizibilă la infraroșu profund. Acesta va oferi imagini fără precedent ale celor mai timpurii stele, ale celor mai tinere galaxii încă în proces de formare, ale stelelor tinere ale Căii Lactee și ale galaxiilor din apropiere, sute de noi obiecte din centura Kuiper. Ea esteoptimizat pentru imaginea directă a planetelor din jurul altor stele. Aceasta va fi camera principală folosită de majoritatea observatorilor.
Spetrograf în infraroșu apropiat
Acest instrument nu numai că separă lumina în lungimi de undă separate, dar este capabil să facă acest lucru pentru mai mult de 100 de obiecte separate în același timp! Acest instrument va fi un spectrograf Webba universal capabil să funcționeze în 3 moduri diferite de spectroscopie. A fost construit de Agenția Spațială Europeană, dar multe componente, inclusiv detectoare și o baterie cu mai multe porți, au fost furnizate de Centrul de Zboruri Spațiale. Goddard (NASA). Acest aparat a fost testat și este gata de instalare.
Instrument cu infraroșu mediu
Dispozitivul va fi folosit pentru imagini în bandă largă, adică va produce cele mai impresionante imagini de la toate instrumentele Webb. Din punct de vedere științific, va fi cel mai util în măsurarea discurilor protoplanetare din jurul stelelor tinere, măsurarea și imagistica obiectelor din centura Kuiper și a prafului încălzit de lumina stelelor cu o precizie fără precedent. Va fi singurul instrument care va fi răcit criogenic la 7 K. În comparație cu telescopul spațial Spitzer, acest lucru va îmbunătăți rezultatele cu un factor de 100.
Slitless Near-IR Spectrograph (NIRISS)
Dispozitivul vă va permite să produceți:
- spectroscopie cu unghi larg în lungimile de undă în infraroșu apropiat (1,0 - 2,5 µm);
- grism a unui obiect îndomeniul vizibil și în infraroșu (0,6 - 3,0 microni);
- interferometrie de mascare a deschiderii la lungimi de undă de 3,8 - 4,8 µm (unde sunt așteptate primele stele și galaxii);
- fotografiere cu gamă largă a întregului câmp vizual.
spectroscopie
Acest instrument a fost creat de Agenția Spațială Canadiană. După ce a trecut prin testarea criogenică, va fi, de asemenea, gata pentru integrare în compartimentul pentru instrumente al telescopului.
Scurt solar
Telescoapele spațiale nu au fost încă echipate cu ele. Unul dintre cele mai intimidante aspecte ale fiecărei lansări este utilizarea unui material complet nou. În loc să răcească în mod activ întreaga navă spațială cu un lichid de răcire consumabil unic, telescopul James Webb folosește o tehnologie complet nouă, un parasolar cu 5 straturi care va fi desfășurat pentru a reflecta radiația solară de la telescop. Cinci foi de 25 de metri vor fi conectate cu tije de titan și instalate după desfășurarea telescopului. Protecția a fost testată în 2008 și 2009. Modelele la scară reală care au participat la testele de laborator au făcut tot ce ar fi trebuit să facă aici, pe Pământ. Aceasta este o inovație frumoasă.
Este și un concept incredibil: nu doar să blochezi lumina de la Soare și să plasezi telescopul în umbră, ci să o faci în așa fel încât toată căldura să fie radiată în direcția opusă orientării telescopului. Fiecare dintre cele cinci straturi din vidul spațiului va deveni rece pe măsură ce se va îndepărta de exterior, care va fi puțin mai cald decât temperatura.suprafața Pământului - aproximativ 350-360 K. Temperatura ultimului strat ar trebui să scadă la 37-40 K, ceea ce este mai rece decât noaptea pe suprafața lui Pluto.
În plus, au fost luate măsuri de precauție semnificative pentru a proteja împotriva mediului dur din spațiul adânc. Unul dintre lucrurile de care să vă faceți griji aici sunt pietricelele mici de mărimea unui pietricele, boabele de nisip, bucățile de praf și chiar și altele mai mici care zboară prin spațiul interplanetar cu viteze de zeci sau chiar sute de mii de kilometri pe oră. Acești micrometeoriți sunt capabili să facă găuri mici, microscopice în tot ceea ce întâlnesc: nave spațiale, costume de astronauți, oglinzi telescop și multe altele. Dacă oglinzile au doar lovituri sau găuri, ceea ce reduce puțin cantitatea de „lumină bună” disponibilă, atunci scutul solar se poate rupe de la o margine la alta, făcând întregul strat inutil. O idee genială a fost folosită pentru a combate acest fenomen.
Întregul scut solar a fost împărțit în secțiuni astfel încât, dacă există un mic decalaj într-una, două sau chiar trei dintre ele, stratul să nu se rupă mai departe, ca o crăpătură în parbrizul unui mașină. Partiționarea va păstra întreaga structură intactă, ceea ce este important pentru a preveni degradarea.
Nava spațială: sisteme de asamblare și control
Aceasta este cea mai comună componentă, așa cum au toate telescoapele spațiale și misiunile științifice. La JWST, este unic, dar și complet gata. Tot ceea ce i-a mai rămas antreprenorului general al proiectului, Northrop Grumman, a fost să finalizeze scutul, să asambleze telescopul și să îl testeze. Aparatul va fi gata pentrulansare în 2 ani.
10 ani de descoperire
Dacă totul merge bine, omenirea va fi în pragul unor mari descoperiri științifice. Vălul de gaz neutru care a ascuns până acum vederea celor mai timpurii stele și galaxii va fi eliminat de capacitățile în infraroșu ale Webb și de luminozitatea sa uriașă. Va fi cel mai mare și mai sensibil telescop construit vreodată, cu o gamă uriașă de lungimi de undă de 0,6 până la 28 de microni (ochiul uman vede 0,4 până la 0,7 microni). Se preconizează că va oferi un deceniu de observații.
Conform NASA, durata de viață a misiunii Webb va fi de la 5,5 la 10 ani. Este limitat de cantitatea de propulsor necesară pentru a menține orbita și de durata de viață a electronicelor și echipamentelor în mediul aspru al spațiului. Telescopul orbital James Webb va transporta combustibil pentru întreaga perioadă de 10 ani, iar la 6 luni de la lansare vor fi efectuate teste de sprijin pentru zbor, care garantează 5 ani de activitate științifică.
Ce ar putea merge prost?
Principalul factor limitator este cantitatea de combustibil de la bord. Când se termină, satelitul se va îndepărta de punctul L2 Lagrange, intrând pe o orbită haotică în imediata vecinătate a Pământului.
Vino cu asta, pot apărea alte probleme:
- degradarea oglinzilor, care va afecta cantitatea de lumină colectată și va crea artefacte de imagine, dar nu va deteriora funcționarea ulterioară a telescopului;
- defecțiunea unei părți sau a întregului ecran solar, ceea ce va duce la o creșteretemperatura navei spațiale și restrângeți intervalul de lungimi de undă utilizabile la infraroșu foarte apropiat (2-3 µm);
- Eroare a sistemului de răcire a instrumentelor Mid-IR, care îl face inutilizabil, dar nu afectează alte instrumente (0,6 până la 6 µm).
Cel mai dificil test care îl așteaptă pe telescopul James Webb este lansarea și inserarea pe o anumită orbită. Aceste situații au fost testate și finalizate cu succes.
Revoluție în știință
Dacă telescopul James Webb este operațional, va exista suficient combustibil pentru a-l alimenta din 2018 până în 2028. În plus, există potențialul de realimentare, care ar putea prelungi durata de viață a telescopului cu încă un deceniu. Așa cum Hubble funcționează de 25 de ani, JWST ar putea oferi o generație de știință revoluționară. În octombrie 2018, vehiculul de lansare Ariane 5 va lansa pe orbită viitorul astronomiei, care, după mai bine de 10 ani de muncă asiduă, este gata să înceapă să dea roade. Viitorul telescoapelor spațiale este aproape aici.
