Kính thiên văn James Webb Space (James Webb Space Telescope): ngày ra mắt, thiết bị

Với mỗi độ mở ống kính thêm centimet, từng giai đoạn quan sát thứ hai bổ sung và thêm mỗi bầu không khí nguyên tử, điều khiển từ xa từ kính viễn vọng khảo sát thực tế, tốt hơn, sâu hơn và rõ ràng hơn, bạn sẽ thấy vũ trụ.

25 năm "Hubble"

Khi kính thiên văn "Hubble" bắt đầu hoạt động vào năm 1990, nó mở ra một kỷ nguyên mới trong thiên văn học - không gian. Không còn phải đối phó với khí quyển, mây, hoặc lo lắng về nhấp nháy điện từ. Tất cả những gì là cần thiết - là để triển khai các vệ tinh trên mục tiêu để ổn định nó và để thu thập photon. Hơn 25 năm kính viễn vọng không gian bắt đầu để trang trải toàn bộ quang phổ điện từ, cho phép lần đầu tiên để xem xét vũ trụ tại mỗi bước sóng của ánh sáng.

Nhưng như kiến thức của chúng tôi đã tăng lên, và tăng sự hiểu biết của chúng ta về không rõ. Hơn nữa chúng ta nhìn ra vũ trụ, chúng ta càng thấy quá khứ sâu: một số lượng hữu hạn của thời gian kể từ vụ nổ Big Bang, cùng với tốc độ hữu hạn của ánh sáng cung cấp một giới hạn cho những gì chúng ta có thể quan sát. Hơn nữa, việc mở rộng không gian riêng của mình đang làm việc chống lại chúng ta, kéo dài bước sóng của ánh sáng của các ngôi sao khi ông đi khắp vũ trụ để mắt chúng ta. Ngay cả những chiếc kính thiên văn không gian "Hubble", mang đến cho chúng ta sâu nhất, những hình ảnh ngoạn mục nhất của vũ trụ mà chúng ta đã từng được phát hiện, được giới hạn trong lĩnh vực này.

"Hubble" Nhược điểm

"Hubble" - một kính thiên văn tuyệt vời, nhưng nó có một số hạn chế cơ bản:

• Chỉ cần 2,4 m đường kính, làm hạn chế của nó giải quyết.
• Mặc dù vật liệu sơn phản quang, nó được liên tục tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trực tiếp, mà được làm nóng. Điều này có nghĩa rằng do hiệu ứng nhiệt, ông không thể xem các bước sóng của ánh sáng hơn 1,6 micron.
• Sự kết hợp giữa khẩu độ hạn chế và bước sóng, mà nó là nhạy cảm, có nghĩa là kính viễn vọng có thể thấy các thiên hà không lớn tuổi hơn 500 triệu năm.

Những thiên hà là hoàn hảo, đến nay đã tồn tại khi vũ trụ chỉ khoảng 4% trong độ tuổi hiện tại của nó. Nhưng chúng ta biết rằng các ngôi sao và thiên hà tồn tại trước đó.

Để xem nó, kính thiên văn nên có độ nhạy cao hơn. Điều này có nghĩa việc chuyển đổi sang các bước sóng dài hơn và nhiệt độ thấp hơn so với "Hubble". Đó là lý do tại sao, và tạo ra Kính thiên văn không gian James Webb.

Triển vọng cho khoa học

James Webb Space Telescope (JWST) được thiết kế để khắc phục những hạn chế này là: với 6,5 m đường kính kính thiên văn thu thập ánh sáng hơn 7 lần so với "Hubble". Nó mở ra khả năng siêu độ phân giải cao quang phổ từ 600 nm đến 6 micron (lớn hơn bước sóng, có khả năng nhìn thấy "Hubble" 4 lần) để quan sát vùng hồng ngoại giữa với độ nhạy cao hơn bao giờ hết. JWST sử dụng làm mát thụ động đến một nhiệt độ bề mặt của sao Diêm Vương và có thể chủ động làm mát các thiết bị giữa hồng ngoại lên đến 7 K. Kính thiên văn James Webb sẽ làm cho nó có thể làm khoa học như không có ai trước khi điều này không được thực hiện.

Ông sẽ:

• quan sát các thiên hà hình thành sớm nhất bao giờ hết;
• có thể nhìn thấy thông qua việc thăm dò khí đốt trung lập và vũ trụ sao reionization đầu tiên;
• tiến hành phân tích quang phổ của các ngôi sao đầu tiên (dân số III), hình thành sau vụ nổ Big Bang;
• có được sự ngạc nhiên tuyệt vời, giống như việc phát hiện sớm các lỗ đen siêu lớn và chuẩn tinh trong vũ trụ.

nghiên cứu mức JWST là không giống như trong quá khứ, và do đó các kính viễn vọng được chọn làm 2010s nhiệm vụ hàng đầu của NASA.

kiệt tác khoa học

Từ một quan điểm kỹ thuật, kính thiên văn James Webb mới là một công việc thực sự của nghệ thuật. Dự án đã vượt qua một chặng đường dài: có vượt ngân sách, tiến độ chậm trễ và nguy cơ hủy bỏ dự án. Sau khi sự can thiệp của lãnh đạo mới đã thay đổi. Các dự án bất ngờ tăng như đồng hồ, các quỹ được phân bổ, hạch toán cho những sai lầm, thất bại và các vấn đề, và nhóm nghiên cứu đã bắt đầu đóng gói JWST trong tất cả các điều khoản, lịch trình và hạn chế ngân sách. Việc tung ra dự kiến cho tháng 10 năm 2018 trong một tên lửa "Ariane 5". Nhóm nghiên cứu không chỉ sau lịch trình, cô đã chín tháng còn lại để cho phép bất kỳ tình huống bất ngờ đã được tất cả thu thập và chuẩn bị cho ngày này.

Kính viễn vọng James Webb bao gồm bốn phần chính.

đơn vị quang học

Nó bao gồm tất cả các gương, trong đó hiệu quả nhất mười tám mạ vàng phân đoạn gương chính. Họ sẽ được sử dụng để thu thập ánh sáng sao xa xôi và tập trung cụ của nó để phân tích. Tất cả những gương đã sẵn sàng và hoàn hảo, thực hiện ngay theo đúng kế hoạch. Vào cuối hội họ sẽ được xếp vào một thiết kế nhỏ gọn để được chạy ở khoảng cách hơn 1 triệu km từ trái đất đến điểm L2 Lagrange, và sau đó tự động bật để tạo thành một cấu trúc tổ ong, mà trong nhiều năm sẽ thu thập ánh sáng Outbound. Nó thực sự là một điều đẹp và một kết quả thành công của những nỗ lực titanic của nhiều chuyên gia.

Hành lý gần hồng ngoại

"Webb" được trang bị với bốn công cụ khoa học đã sẵn sàng cho 100%. Chiếc máy ảnh chính là một máy ảnh của kính viễn vọng gần dải IR, từ ánh sáng có thể nhìn thấy khu vực màu cam hồng ngoại sâu. Nó sẽ cung cấp một bức tranh chưa từng thấy trong những ngôi sao đầu tiên, các thiên hà trẻ nhất mà vẫn đang trong quá trình hình thành, ngôi sao trẻ của thiên hà Milky Way và thiên hà gần đó, hàng trăm đối tượng mới trong vành đai Kuiper. Nó được tối ưu hóa cho hình ảnh trực tiếp của các hành tinh xung quanh các ngôi sao khác. Đây sẽ là camera chính, được sử dụng bởi hầu hết các nhà quan sát.

Near Infrared quang phổ

Công cụ này không chỉ tách ánh sáng thành các bước sóng riêng biệt, nhưng có thể làm điều này cho hơn 100 đối tượng cá nhân cùng một lúc! Thiết bị này là một máy quang phổ quát "Webb", có thể hoạt động trong 3 chế độ quang phổ khác nhau. Nó được xây dựng bởi Cơ quan Vũ trụ châu Âu, nhưng nhiều thành phần bao gồm dò và pin đa van, được cung cấp bởi Trung tâm Vũ trụ bay. Goddard (NASA). Thiết bị này đã được thử nghiệm và sẵn sàng để cài đặt.

cụ Mid-hồng ngoại

Thiết bị được sử dụng cho hình ảnh băng thông rộng, tức là nó sẽ được thu được thông qua các hình ảnh ấn tượng nhất với tất cả các công cụ "Webb". Từ một quan điểm khoa học, nó sẽ là hữu ích nhất trong việc đo lường đĩa tiền hành tinh quanh các ngôi sao trẻ, đo lường và trực quan với độ chính xác chưa từng có đối tượng Kuiper Belt và bụi làm nóng bởi ánh sáng sao. Ông là công cụ duy nhất với một cryogenically làm lạnh đến 7 K. So với kính viễn vọng không gian Spitzer, điều này sẽ cải thiện kết quả trong 100 lần.

quang phổ Gapless NIR (NIRISS)

Thiết bị này sẽ tạo ra:

• rộng quang phổ ở vùng bước sóng hồng ngoại gần (1,0-2,5 micron);
• Grism quang phổ một đối tượng trong vùng khả kiến và hồng ngoại (0,6-3,0 micron);
• mặt nạ-khẩu độ giao thoa ở bước sóng của 3,8-4,8 micron (nơi dự kiến ngôi sao đầu tiên và thiên hà);
• khảo sát rộng phạm vi của toàn bộ lĩnh vực xem.

Công cụ này được tạo ra bởi Cơ quan Vũ trụ Canada. Sau khi vượt qua kiểm tra đông lạnh ông cũng sẽ sẵn sàng hội nhập vào vịnh thiết bị của kính thiên văn.

sunshield

kính viễn vọng không gian mà họ chưa bổ nhiệm. Một trong những khía cạnh đáng sợ nhất của bất kỳ khởi động là sử dụng một vật liệu hoàn toàn mới. Thay vì làm mát toàn bộ phi thuyền tích cực sử dụng chất làm lạnh tiêu hao dùng một lần, kính thiên văn James Webb sử dụng một công nghệ hoàn toàn mới - 5 lớp lá chắn mặt trời sẽ được triển khai để phản ánh bức xạ mặt trời từ kính thiên văn. Năm tờ 25-foot của thanh titan được kết nối và cài đặt sau khi triển khai các kính thiên văn. Việc bảo vệ đã được thử nghiệm vào năm 2008 và 2009. mô hình toàn diện, tham gia trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, thực hiện tất cả họ phải làm ở đây trên trái đất. Đây là một sự đổi mới đẹp.

Bên cạnh đó, nó cũng là một khái niệm lạ thường: không chỉ đơn giản để chặn ánh sáng từ mặt trời và đặt một kính viễn vọng trong bóng râm, và làm cho nó để tất cả các nhiệt được phát ra theo hướng ngược lại với hướng của kính thiên văn. Mỗi phòng trong số năm lớp trong một không gian chân không sẽ trở nên lạnh như khoảng cách từ bên ngoài để thể hơi ấm hơn nhiệt độ bề mặt - khoảng 350-360 K. nhiệt độ lớp cuối cùng sẽ giảm xuống còn 37-40 K, đó là lạnh hơn so với bề mặt vào ban đêm Sao Diêm Vương.

Ngoài ra, biện pháp phòng ngừa quan trọng đưa đến bảo vệ nó khỏi môi trường tiêu cực của không gian sâu. Một trong những điều cần được quan tâm ở đây là sỏi nhỏ kích thước sỏi, cát, bụi và thậm chí ít hơn trong không gian liên hành tinh bay với tốc độ hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm ngàn km / h. Những thiên thạch là prodelyvat thể nhỏ, lỗ nhỏ trong tất cả mọi thứ mà họ gặp phải: tàu vũ trụ, phù hợp với không gian, gương, kính thiên văn và nhiều hơn nữa. Nếu gương sẽ chỉ có vết lõm hay lỗ, hơi giảm lượng có sẵn "ánh sáng tốt", bảng điều khiển năng lượng mặt trời có thể được xé từ mép này sang mép, mà sẽ làm cho toàn bộ lớp vô dụng. Để chống lại hiện tượng này ý tưởng tuyệt vời được sử dụng.

Tất cả các lá chắn năng lượng mặt trời đã được chia thành các phần như vậy đó, nếu có một khoảng cách nhỏ ở một, hai hoặc thậm chí ba trong số này, các lớp sẽ không xé hơn nữa, như một vết nứt ở kính chắn gió của xe. Phân vùng sẽ giữ toàn bộ cấu trúc của toàn bộ, điều quan trọng là để ngăn chặn suy thoái.

Tàu vũ trụ: lắp ráp và hệ thống điều khiển

Nó là một thành phần bình thường, như có trong tất cả các kính thiên văn không gian và các nhiệm vụ khoa học. Trong JWST là duy nhất, nhưng cũng chuẩn bị đầy đủ. Tất cả những gì còn lại là tổng thầu của công ty Northrop Grumman dự án, - lá chắn hoàn chỉnh, lắp ráp kính thiên văn và kiểm tra xem nó ra. Thiết bị này sẽ sẵn sàng để bắt đầu trong 2 năm.

10 năm khám phá

Nếu mọi việc suôn sẻ, nhân loại đang trên bờ vực của những khám phá khoa học vĩ đại. Bức màn khí trung lập, mà vẫn bị lu mờ nhìn tổng quan về các ngôi sao và thiên hà đầu tiên, đã được giải quyết khả năng hồng ngoại "Webb" và độ sáng khổng lồ của nó. Đây sẽ là, kính viễn vọng lớn nhất nhạy cảm nhất với một loạt bước sóng lớn 0,6-28 micron (mắt người nhìn thấy 0,4-0,7 micron) của từng được xây dựng. Nó được dự kiến sẽ cung cấp một thập kỷ quan sát.

Theo NASA, thuật ngữ "Webb" sứ mệnh sẽ 5,5-10 năm. Nó được giới hạn ở số lượng nhiên liệu cần thiết để duy trì quỹ đạo, và tuổi thọ thiết bị điện tử và thiết bị trong môi trường khắc nghiệt của vũ trụ. Các kính thiên văn James Webb quỹ đạo sẽ thực hiện một cổ phiếu của nhiên liệu cho toàn bộ thời hạn 10 năm, và 6 tháng sau khi ra mắt sẽ được kiểm tra để đảm bảo các chuyến bay, trong đó đảm bảo 5 năm làm việc khoa học.

Điều gì có thể đi sai?

Yếu tố hạn chế chính là lượng nhiên liệu trên tàu. Khi nó được hoàn tất, vệ tinh sẽ trôi đi từ điểm L2 Lagrange, khi vào quỹ đạo hỗn loạn rất gần với Trái Đất.

hôn mê này, có thể xảy ra và các vấn đề khác:

• phản ánh sự suy thoái, mà ảnh hưởng đến lượng ánh sáng thu thập và tạo ra các đồ tạo tác hình ảnh, nhưng sẽ không làm hỏng hoạt động hơn nữa trong những kính thiên văn;
• thất bại của một phần hoặc toàn bộ màn hình năng lượng mặt trời, mà sẽ tăng nhiệt độ của tàu vũ trụ, và thu hẹp phạm vi bước sóng sử dụng đến rất gần vùng hồng ngoại (2-3 micron);
• vụ tai nạn làm mát công cụ hệ thống giữa IR phạm vi, mà làm cho nó không thích hợp để sử dụng, nhưng không ảnh hưởng đến các công cụ khác (0,6-6 micron).

Các bài kiểm tra khó khăn nhất đang chờ đợi các kính thiên văn James Webb, - ra mắt và tiêm vào quỹ đạo mong muốn. Đó là những tình huống này đã được thử nghiệm và vượt qua thành công.

Cuộc cách mạng trong khoa học

Nếu kính thiên văn James Webb sẽ làm việc trong một chế độ bình thường, nhiên liệu là đủ để đảm bảo rằng công việc của mình 2018-2028. Hơn nữa, khả năng tồn tại để tiếp nhiên liệu, mà sẽ kéo dài tuổi thọ của kính viễn vọng để một thập niên nữa. Cũng như "Hubble" được vận hành trong suốt 25 năm qua, JWST sẽ đảm bảo hệ của khoa học mang tính cách mạng. Trong tháng 10 năm 2018, tên lửa mang "Ariane 5" sẽ quay quanh tương lai của thiên văn học, trong đó, sau hơn 10 năm làm việc chăm chỉ đã được thực hiện để bắt đầu đơm hoa kết trái. kính viễn vọng không gian tương lai gần đến.