W pełni zmontowany Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba z osłoną przeciwsłoneczną i „ujednoliconymi strukturami palet” (które składają się wokół teleskopu podczas startu) są częściowo rozmieszczone w konfiguracji otwartej, aby umożliwić instalację teleskopu.
(Zdjęcie: © NASA / Chris Gunn)
Paul M. Sutter jest astrofizykiem Ohio State University, gospodarzem Zapytaj kosmonautę i Radio kosmicznei autor „Twoje miejsce we wszechświecie.„Sutter przyczynił się do napisania tego artykułu Space.com's Expert Voices: Op-Ed & Insights.
NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest (obecnie) zaplanowany na uruchomienie w marcu 2021 r., po latach opóźnień i miliardów dolarów wydanych ponad budżet. Chociaż łatwo jest argumentować, że cały ten czas i pieniądze zostały zmarnowane, to obserwatorium będzie premierem i niekwestionowanym mistrzem długości fal podczerwieni, dając nam niezrównany dostęp do zakątków wszechświata, które są obecnie niedostępne.
Jeśli chcemy nauczyć się nowych rzeczy o wszystkim, od pierwszych galaktyk po szansę życie na innych planetachJames Webb, około 9,7 miliarda dolarów, jest naszą jedyną nadzieją.
Bez chłodu
Podczas gdy James Webb Space Telescope („JWST” dla znanych) jest zwiastowany jako „następca” NASA Kosmiczny teleskop Hubble, to trochę nie jest. Hubble jest przede wszystkim teleskopem optycznym, który przechwytuje fale świetlne o długości zbliżonej do zasięgu ludzkiego oka i rozciąga się nieco dalej w zakresie podczerwieni i ultrafioletu (UV) widma elektromagnetycznego. Zasadniczo Hubble jest gigantyczną orbitą kosmiczną, która zapewnia oszałamiające zdjęcia, które można by zobaczyć, gdyby nerwy wzrokowe były podobnie wyposażone.
Ale JWST jest inny. Będzie obserwował całkowicie w podczerwieni, ledwo zarysowując najgłębsze możliwe czerwienie, jakie człowiek może zobaczyć. Innymi słowy, JWST będzie badał wszechświat, który jest w dużej mierze niewidoczny dla ludzkiego doświadczenia.
Jednym z głównych powodów, dla których JWST jest przeznaczony do pracy w podczerwieni, jest to, że astronomia w podczerwieni jest ogólnie bardzo trudna do zrobienia z powierzchni Ziemi. Zanieczyszczenie światłem jest zmorą astronomów, którzy potrzebują swoich krystalicznie czystych i idealnie ciemnych niebios do wykonywania szczegółowych obserwacji i pomiarów.
A zanieczyszczenie światłem podczerwonym pochodzi z wielu różnych miejsc. Zasadniczo wszystko ciepłe. Co w zasadzie jest wszystkim. Ciała ludzkie wytwarzają 100 watów promieniowania podczerwonego. Sama Ziemia jest dość ciepła, silnie świecąca w pasmach podczerwieni. Nawet sam teleskop, jeśli ma temperaturę pokojową, płonie w podczerwieni.
To nie tak, że nie możemy tego zrobić astronomia w podczerwieni z ziemi, po prostu jest to frustrująco trudne.
Stąd kosmos.
Daleko od domu
JWST będzie działał około 1 miliona mil (1,5 miliona kilometrów) od Ziemi, aby bezpiecznie oddalić się od naszej ciepłej, świecącej w podczerwieni planety. Ale i tak jest słońce Do konfrontacji. Czy kiedykolwiek siedziałeś na zewnątrz w piękny letni dzień, czując ciepło słońca na skórze? Tak, to promieniowanie podczerwone pompowane przez wiadro. A nawet milion mil od Ziemi słońce wciąż jest trochę za dobrze.
Aby temu przeciwdziałać, projektanci kosmicznych teleskopów na podczerwień mają kilka opcji. Najczęstszym wyborem jest użycie aktywnego układu chłodzenia, schładzającego teleskop do temperatur potrzebnych do prawidłowej obserwacji długości fal podczerwonych. Jest to świetne i wykorzystywane przez poprzednie teleskopy w podczerwieni, ale ogranicza ich żywotność. Nigdy więcej chłodziwa = koniec astronomii.
Zamiast tego JWST zastosuje gigantyczny, drogi parasol kosmiczny, o długości 22 metrów i szerokości 11 stóp, wykonany z pięciu warstw niezwykle odblaskowego materiału, z których każda jest cieńsza niż ludzki włos. Ten ogromny „tarcza słoneczna"utrzyma sam teleskop w stałym cieniu, gdzieś na południe od minus 370 stopni Fahrenheita (minus 223 stopni Celsjusza), co jest idealne dla badanych fal podczerwonych.
Chociaż, dla zabawy, jeden z instrumentów na pokładzie będzie chłodzony aktywnym systemem chłodzenia do temperatury poniżej minus 433 Fahrenheita (minus 258 ° C), co pozwoli mu uzyskać dostęp do jeszcze dłuższych fal podczerwieni.
Oto nauka
Podsumowując, JWST jest ogromny. W rzeczywistości jest tak duży, że nie powinien zmieścić się na rakiecie. Oprócz olbrzymiej osłony przeciwsłonecznej, główne lustro będzie miało szerokość 6,5 metra, co jest znacznie szersze niż jakakolwiek aktualnie używana owiewka rakietowa. Przyklejanie lustra do boku rakiety nie jest rozwiązaniem, więc sprytni inżynierowie NASA rozbili lustro na 18 mniejszych heksagonalnych sekcji, które zostaną schowane i złożone w rakietę (wraz ze złożonym osłona przeciwsłoneczna i reszta samego teleskopu).
Jeśli wszystko pójdzie dobrze, zaledwie kilka dni po uruchomieniu JWST przejdzie do punktu obserwacyjnego, rozłoży się i zacznie się gapić.
A to, co zobaczy, będzie - i nie używam tego słowa lekko - niezwykłe. Jednym z jego głównych celów będzie wczesny wszechświat, gdy nasz kosmos miał zaledwie kilkaset milionów lat. Pierwsze gwiazdy i galaktyki pojawiające się w kosmicznej scenie płonęły jasno w widmie widzialnym, ale w ciągu ostatnich 13 miliardów lat wszechświat rozszerzyło się, rozciągając to światło poza zakres widzialny i aż do podczerwieni - w najsłodszym miejscu parametrów projektowych JWST.
Ponieważ nie mamy żadnych zdjęć z epoki pierwszych gwiazd i galaktyk (zwanych potocznie „kosmiczny świt„) będzie to nasz pierwszy wgląd w ten ważny wiek w historii kosmosu.
Bliżej domu JWST będzie badał wszystko, co fajne w kosmosie, od protoplanetarnych dysków wokół nowonarodzonych gwiazd po chmury molekularne, komety, obiekty Pasa Kuipera i inne.
A JWST użyje specjalistycznego urządzenia do blokowania światła z odległych gwiazd, umożliwiając obserwatorium robienie zdjęć dowolnych obiektów krążących wokół tych gwiazd - takich jak egzoplanety. Planety te będą świecić w podczerwieni, a światło z tych planet będzie modyfikowane przez chemikalia i pierwiastki w ich atmosferze, chemikalia i pierwiastki, które mogą być oznakami życia.
Od myśliwego ET po odkrywcę kosmicznego świtu, JWST z pewnością będzie wart czekania.
- Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba z NASA: Kosmiczny Następca Hubble'a
- Wydatki na dom wystrzeliwują ostrzeżenie strzał w Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba
- Kosmiczny teleskop Jamesa Webba z NASA przybywa do Kalifornii na ostateczne zgromadzenie (zdjęcia)
Dowiedz się więcej, słuchając odcinka „Czy James Webb jest wart czekania?” na podcastie Ask A Spaceman, dostępnym na stronie iTunes oraz w Internecie pod adresem http://www.askaspaceman.com. Dzięki @SethDSanders, @hhyech, White I. i Veljo U. za pytania, które doprowadziły do tego utworu! Zadaj własne pytanie na Twitterze za pomocą #AskASpaceman lub obserwując Paula @PaulMattSutter i facebook.com/PaulMattSutter.
