My, ludzie, mamy nienasycony głód zrozumienia Wszechświata. Jak powiedział Carl Sagan: „Zrozumienie to ekstaza”. Ale aby zrozumieć Wszechświat, potrzebujemy coraz lepszych sposobów jego obserwacji. A to oznacza jedno: wielkie, ogromne, ogromne teleskopy.
W tej serii przyjrzymy się 6 światowym super teleskopom:
- Olbrzymi Teleskop Magellana
- Przytłaczająco duży teleskop
- Teleskop 30 metrów
- Niezwykle duży europejski teleskop
- Duży synoptyczny teleskop pomiarowy
- Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba
- Szerokopasmowy teleskop pomiarowy w podczerwieni
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba „> Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST lub Webb) może być najbardziej wyczekiwanym spośród Super Teleskopów. Może dlatego, że przetrwał torturowaną drogę na drodze do budowy. A może dlatego, że różni się od innych Super Teleskopów, ponieważ po uruchomieniu znajduje się 1,5 miliona km (1 milion mil) od Ziemi.
Jeśli śledziłeś dramat związany z Webbem, będziesz wiedział, że przekroczenie kosztów prawie spowodowało jego anulowanie. To byłby prawdziwy wstyd.
JWST warzy od 1996 roku, ale doznał pewnych wstrząsów na drodze. Ta droga i jej nierówności zostały omówione gdzie indziej, więc następuje krótkie podsumowanie.
Początkowe szacunki dla JWST wyniosły 1,6 miliarda dolarów i data premiery w 2011 roku. Ale koszty gwałtownie wzrosły i pojawiły się inne problemy. Spowodowało to, że Izba Reprezentantów w USA przeprowadziła się, aby anulować projekt w 2011 roku. Jednak w tym samym roku Kongres USA cofnął anulowanie. Ostatecznie ostateczny koszt Webba wyniósł 8,8 miliarda dolarów, a data premiery przewidziana jest na październik 2018 r. Oznacza to, że pierwsze światło JWST będzie znacznie wcześniej niż inne super teleskopy.
Webb został przewidziany jako następca Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, który działa od 1990 roku. Ale Hubble znajduje się na niskiej orbicie ziemskiej i ma pierwotne zwierciadło 2,4 metra. JWST będzie znajdować się na orbicie w punkcie LaGrange 2, a jego główne lustro będzie miało 6,5 metra. Hubble obserwuje w widmie bliskiego ultrafioletu, widzialnego i bliskiej podczerwieni, podczas gdy Webb będzie obserwował w świetle widzialnym o dużej długości (pomarańczowo-czerwonej), od bliskiej podczerwieni do średniej podczerwieni. Ma to pewne ważne implikacje dla nauki uzyskanej przez Webb.
James Webb jest zbudowany na czterech instrumentach:
- Kamera w bliskiej podczerwieni (NIRCam)
- Spektrograf w bliskiej podczerwieni (NIRSpec)
- Instrument w środkowej podczerwieni (MIRI)
- Czujnik precyzyjnego prowadzenia / kamera termowizyjna w pobliżu podczerwieni i spektrograf szczelinowy (FGS / NIRISS)
NIRCam jest głównym urządzeniem do obrazowania Webba. Będzie obserwował powstawanie najwcześniejszych gwiazd i galaktyk, populację gwiazd w pobliskich galaktykach, obiekty Pasa Kuipera i młode gwiazdy w Drodze Mlecznej. NIRCam jest wyposażony w koronografy, które blokują światło jasnych obiektów w celu obserwacji ciemniejszych obiektów w pobliżu.
NIRSpec będzie działać w zakresie od 0 do 5 mikronów. Spektrograf rozdzieli światło na widmo. Powstałe widmo mówi nam o obiektach, temperaturze, masie i składzie chemicznym. NIRSpec obserwuje jednocześnie 100 obiektów.
MIRI to kamera i spektrograf. Zobaczy przesunięte na czerwono światło odległych galaktyk, nowo formujących się gwiazd, obiektów w Pasie Kuipera i słabych komet. Kamera MIRI zapewni szerokopasmowe obrazowanie szerokopasmowe, które będzie się tam zajmować wraz ze zdumiewającymi obrazami, których Hubble dał nam stałą dietę. Spektrograf dostarczy szczegółów fizycznych odległych obiektów, które będzie obserwował.
Czujnik precyzyjnego prowadzenia FGS / NIRISS zapewni Webbowi precyzję wymaganą do uzyskania wysokiej jakości obrazów. NIRISS to specjalistyczny instrument działający w trzech trybach. Zbadane zostanie pierwsze wykrywanie światła, wykrywanie i charakteryzacja egzoplanet oraz spektroskopia tranzytowa egzoplanet.
Nadrzędnym celem JWST, podobnie jak wielu innych teleskopów, jest zrozumienie Wszechświata i naszych początków. Webb zbada cztery szerokie tematy:
- Pierwsze światło i rejonizacja: We wczesnych stadiach Wszechświata nie było światła. Wszechświat był nieprzejrzysty. W końcu, gdy się ochłodziło, fotony mogły podróżować swobodniej. Potem, prawdopodobnie setki milionów lat po Wielkim Wybuchu, powstały pierwsze źródła światła: gwiazdy. Ale nie wiemy, kiedy i jakie rodzaje gwiazd.
- Jak składają się galaktyki: Jesteśmy przyzwyczajeni do oglądania oszałamiających zdjęć wielkich galaktyk spiralnych, które istnieją w Space Magazine. Ale galaktyki nie zawsze takie były. Wczesne galaktyki były często małe i zlepione. Jak uformowali się w kształty, które widzimy dzisiaj?
- Narodziny gwiazd i układów protoplanetarnych: Bystre oko Webba spogląda prosto przez chmury pyłu, których „lunety takie jak Hubble nie widzą. Te chmury pyłu tworzą gwiazdy i ich układy protoplanetarne. To, co tam widzimy, powie nam wiele o tworzeniu własnego Układu Słonecznego, a także o rzucaniu światła na wiele innych pytań.
- Planety i początki życia: Wiemy teraz, że egzoplanety są powszechne. Znaleźliśmy tysiące z nich krążących wokół wszystkich rodzajów gwiazd. Ale wciąż wiemy o nich bardzo niewiele, na przykład o tym, jak powszechne są atmosfery i czy elementy składowe życia są wspólne.
To oczywiście fascynujące tematy. Ale w naszych obecnych czasach jeden z nich wyróżnia się spośród innych: Planety i Początki życia.
Niedawne odkrycie systemu TRAPPIST 1 wzbudziło podekscytowanie możliwością odkrycia życia w innym układzie słonecznym. TRAPPIST 1 ma 7 planet lądowych, a 3 z nich znajdują się w strefie zamieszkiwania. To była wielka wiadomość w lutym 2017 roku. Buzz jest wciąż wyczuwalny, a ludzie z niecierpliwością czekają na wieści o systemie. Tam właśnie wchodzi JWST.
Jedno duże pytanie wokół systemu TRAPPIST brzmi: „Czy planety mają atmosferę?” Webb może pomóc nam odpowiedzieć na to pytanie.
Instrument NIRSpec na JWST będzie w stanie wykryć dowolną atmosferę wokół planet. Co ważniejsze, będzie w stanie zbadać atmosferę i powiedzieć nam o ich składzie. Dowiemy się, czy atmosfera, jeśli istnieje, zawiera gazy cieplarniane. Webb może również wykrywać chemikalia, takie jak ozon i metan, które są biosignaturami i mogą nam powiedzieć, czy życie może być obecne na tych planetach.
Można powiedzieć, że jeśli James Webb byłby w stanie wykryć atmosferę na planetach TRAPPIST 1 i potwierdzić istnienie chemikaliów biosignaturalnych, już by to zrobił. Nawet jeśli potem przestanie działać. To chyba zbyt daleko idące. Ale wciąż istnieje taka możliwość.
Nauka, którą zapewni JWST, jest niezwykle intrygująca. Ale jeszcze nas tam nie ma. Nadal jest kwestia uruchomienia JWST i jest to trudne wdrożenie.
Główne lustro JWST jest znacznie większe niż lustro Hubble'a. Ma 6,5 metra średnicy, w porównaniu z 2,4 metra dla Hubble'a. Hubble nie miał problemu z uruchomieniem, mimo że był tak duży jak autobus szkolny. Został umieszczony w promie kosmicznym i rozlokowany przez Canadarm na niskiej orbicie ziemskiej. To nie zadziała dla Jamesa Webba.
Webb musi zostać wystrzelony na pokładzie rakiety, aby został wysłany w drodze do L2, a ostatecznie do domu. Aby wystrzelić na pokład rakiety, musi zmieścić się w przestrzeni ładunkowej w nosie rakiety. Oznacza to, że należy go złożyć.
Lustro, które składa się z 18 segmentów, składa się w trzy elementy wewnątrz rakiety i rozkłada w drodze do L2. Anteny i ogniwa słoneczne również muszą się rozwinąć.
W przeciwieństwie do Hubble'a, Webb musi być wyjątkowo chłodny, aby mógł wykonywać swoją pracę. Pomaga w tym krio-chłodnica, ale ma też ogromny parasol przeciwsłoneczny. Ten parasol przeciwsłoneczny ma pięć warstw i jest bardzo duży.
Potrzebujemy wszystkich tych komponentów, aby wdrożyć Webb. I nic takiego wcześniej nie zostało wypróbowane.
Premiera Webba jest już za 7 miesięcy. To naprawdę blisko, biorąc pod uwagę, że projekt został prawie odwołany. Gdy zadziała, trzeba zrobić róg obfitości nauki.
Ale jeszcze nas tam nie ma i będziemy musieli przejść irytujące uruchomienie i wdrożenie, zanim będziemy naprawdę podekscytowani.
