„James Webb”: ce va vedea cel mai avansat telescop din lume
fantome ale spațiului îndepărtat
Cineva a spus odată: creatorii lui Hubble ar trebui să ridice un monument în fiecare oraș important de pe Pământ. Are foarte multe merite. Deci, de exemplu, cu ajutorul acestui telescop, astronomii au făcut o fotografie a unei galaxii foarte îndepărtate UDFj-39546284. În ianuarie 2011, oamenii de știință au descoperit că se află mai departe decât deținătorul recordului anterior - UDFy-38135539 - cu aproximativ 150 de milioane de ani lumină. Galaxia UDFj-39546284 se află la 13,4 miliarde de ani lumină distanță de noi. Adică, Hubble a văzut stele care au existat cu mai bine de 13 miliarde de ani în urmă, la 380 de milioane de ani după Big Bang. Aceste obiecte probabil nu mai sunt „vii”: vedem doar lumina luminilor și galaxiilor de mult moarte.
Dar cu toate meritele sale, telescopul spațial Hubble este tehnologia ultimului mileniu: a fost lansat în 1990. Desigur, tehnologia a parcurs un drum lung de-a lungul anilor. Dacă telescopul Hubble ar apărea în epoca noastră, capacitățile sale ar depăși cu mult versiunea originală. Așa s-a născut „James Webb”.
Beneficiile lui James Webb
Noul telescop, ca și predecesorul său, este, de asemenea, un observator în infraroșu în orbită. Aceasta înseamnă că sarcina sa principală va fi studierea radiațiilor termice. Amintiți-vă că obiectele încălzite la o anumită temperatură emit energie în spectrul infraroșu. Lungimea de undă depinde de temperatura de încălzire: cu cât este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai mică și radiația este mai intensă.
Cu toate acestea, există o diferență conceptuală între telescoape. Hubble se află pe orbită joasă a Pământului, adică se învârte în jurul Pământului la o altitudine de aproximativ 570 km. James Webb va fi lansat pe o orbită halo în punctul L2 Lagrange al sistemului Soare-Pământ. Se va învârti în jurul Soarelui și, spre deosebire de situația Hubble, Pământul nu va interfera cu acesta. Apare imediat o problemă: cu cât un obiect este mai departe de Pământ, cu atât este mai dificil să-l contactezi, prin urmare, cu atât riscul de a-l pierde este mai mare. Prin urmare, „James Webb” se va mișca în jurul soarelui în sincronizare cu planeta noastră. În acest caz, îndepărtarea telescopului de pe Pământ va fi de 1,5 milioane km în direcția opusă față de Soare. Pentru comparație, distanța de la Pământ la Lună este de 384 km. Adică, dacă echipamentul James Webb eșuează, cel mai probabil nu va fi posibil să-l repare (cu excepția cazului de la distanță, ceea ce impune limitări tehnice serioase). Prin urmare, un telescop promițător este făcut nu doar fiabil, ci și ultra-fiabil. Acest lucru se datorează parțial transferurilor constante ale datei lansării.
„James Webb” are o altă diferență importantă. Echipamentul îi va permite să se concentreze asupra obiectelor foarte vechi și reci pe care Hubble nu le-a putut vedea. Așa că vom afla când și unde au apărut primele stele, quasari, galaxii, clustere și superclustere de galaxii.
Cele mai interesante descoperiri pe care le poate face noul telescop sunt exoplanetele. Pentru a fi mai precis, vorbim despre determinarea densității acestora, ceea ce va face posibil să înțelegem ce tip de obiect se află în fața noastră și dacă o astfel de planetă poate fi potențial locuibilă. Cu ajutorul lui James Webb, oamenii de știință speră să colecteze și date despre masa și diametrele planetelor îndepărtate, iar acest lucru va deschide noi date despre galaxia nativă.
Echipamentul telescopului va permite detectarea exoplanetelor reci cu temperaturi de suprafață de până la 27°C (temperatura medie de pe suprafața planetei noastre este de 15°C). „James Webb” va putea găsi astfel de obiecte situate la o distanță de peste 12 unități astronomice (adică distanța de la Pământ la Soare) de stelele lor și îndepărtate de Pământ la o distanță de până la 15 lumini. ani. Planuri serioase privesc atmosfera planetelor. Telescoapele Spitzer și Hubble au reușit să colecteze informații despre aproximativ o sută de cochilii gazoase. Potrivit experților, noul telescop va putea explora cel puțin trei sute de atmosfere ale diferitelor exoplanete.
Un punct separat este căutarea unor populații stelare ipotetice de tip III, care ar trebui să alcătuiască prima generație de stele care au apărut după Big Bang. Potrivit oamenilor de știință, acestea sunt corpuri de iluminat foarte grele, cu o durată de viață scurtă, care, desigur, nu mai există. Aceste obiecte aveau o masă mare din cauza lipsei de carbon necesar reacției termonucleare clasice, în care hidrogenul greu este transformat în heliu ușor, iar masa în exces este transformată în energie. Pe lângă toate acestea, noul telescop va putea studia în detaliu locuri neexplorate până acum în care se nasc stelele, lucru foarte important și pentru astronomie.
Principalele sarcini ale noului telescop:
— Căutarea și studiul celor mai vechi galaxii;
— Căutați exoplanete asemănătoare Pământului;
— Detectarea populațiilor stelare de al treilea tip;
— Cercetarea „leagănelor stelare”
Caracteristici de design
Dispozitivul a fost dezvoltat de două companii americane - Northrop Grumman și Bell Aerospace. Telescopul spațial James Webb este o adevărată piesă de artă inginerească. Noul telescop cântărește 6,2 tone - spre comparație, Hubble are o masă de 11 tone.Dar dacă vechiul telescop poate fi comparat ca dimensiune cu un camion, atunci cel nou este comparabil cu un teren de tenis. Lungimea sa ajunge la 20 m, iar înălțimea ei este ca a unei case cu trei etaje. Cea mai mare parte a telescopului spațial James Webb este uriașul scut solar. Aceasta este baza întregii structuri, creată dintr-un film de polimer. Pe de o parte, este acoperit cu un strat subțire de aluminiu, iar pe de altă parte, cu siliciu metalic.
Parasolarul are mai multe straturi. Golurile dintre ele sunt umplute cu vid. Acest lucru este necesar pentru a proteja echipamentul de „șoc termic”. Această abordare permite răcirea matricelor suprasensibile la –220°C, ceea ce este foarte important atunci când vine vorba de observarea obiectelor îndepărtate. Cert este că, în ciuda senzorilor perfecți, ei nu au putut vedea obiecte din cauza altor detalii „fierbinți” ale lui James Webb.
În centrul structurii se află o oglindă imensă. Acesta este „suplimentul” necesar pentru a focaliza fasciculele de lumină - oglinda le îndreaptă, creând o imagine clară. Diametrul oglinzii principale a telescopului James Webb este de 6,5 m. Include 18 blocuri: în timpul lansării vehiculului de lansare, aceste segmente vor fi într-o formă compactă și se vor deschide numai după ce dispozitivul intră pe orbită. Fiecare segment are șase colțuri - acest lucru se face pentru a utiliza în mod optim spațiul disponibil. Iar forma rotunjită a oglinzii vă permite să focalizați cel mai bine lumina pe detectoare.
Beriliul a fost ales pentru realizarea oglinzii, un metal relativ dur de culoare gri deschis, care, printre altele, se caracterizează prin costuri ridicate. Printre avantajele acestei alegeri se numără că beriliul își păstrează forma chiar și la temperaturi foarte scăzute, ceea ce este foarte important pentru colectarea corectă a informațiilor.
instrumente științificeg
O revizuire a unui telescop promițător ar fi incompletă dacă nu ne-am concentra pe principalele sale instrumente:
MIRI. Acesta este un dispozitiv cu infraroșu mijlociu. Include o cameră și un spectrograf. MIRI include mai multe matrice de detectoare de arsenic-siliciu. Datorită senzorilor acestui dispozitiv, astronomii speră să ia în considerare deplasarea spre roșu a obiectelor îndepărtate: stele, galaxii și chiar comete mici. Deplasarea cosmologică spre roșu este o scădere a frecvențelor radiațiilor, care se explică prin îndepărtarea dinamică a surselor unele de altele datorită expansiunii Universului. Ceea ce este cel mai interesant, nu este vorba doar despre repararea unui obiect la distanță, ci despre obținerea unei cantități mari de date despre proprietățile acestuia.
NIRCam, sau camera cu infraroșu apropiat, este principala unitate de imagistică a telescopului. NIRCam este un complex de senzori mercur-cadmiu-telur. Intervalul de operare al dispozitivului NIRCam este de 0,6-5 µm. Este greu de imaginat ce mistere va ajuta NIRCam la deslușire. Oamenii de știință, de exemplu, doresc să o folosească pentru a crea o hartă a materiei întunecate folosind așa-numita metodă de lentilă gravitațională, de exemplu. găsirea aglomerărilor de materie întunecată prin câmpul gravitațional, vizibile prin curbura traiectoriei radiației electromagnetice apropiate.
NIRspec. Fără un spectrograf în infraroșu apropiat, ar fi imposibil să se determine proprietățile fizice ale obiectelor astronomice, cum ar fi masa sau compoziția chimică. NIRSpec poate oferi spectroscopie cu rezoluție medie în intervalul de lungimi de undă de la 1 până la 5 µm și cu o rezoluție scăzută de 0,6-5 µm. Dispozitivul este format din mai multe celule cu control individual, ceea ce vă permite să vă concentrați pe anumite obiecte, „eliminând” radiațiile inutile.
FGS/NIRISS. Aceasta este o pereche formată dintr-un senzor de îndreptare fină și un aparat de imagine în infraroșu apropiat cu un spectrograf fără fante. Cu senzorul de ghidare fină (FGS), telescopul va putea focaliza cât mai precis posibil, iar cu NIRISS, oamenii de știință intenționează să efectueze primele teste orbitale ale telescopului, care vor oferi o idee generală a stării acestuia. . De asemenea, este de așteptat ca dispozitivul de imagistică să joace un rol important în observarea planetelor îndepărtate.
În mod oficial, telescopul va funcționa timp de cinci până la zece ani. Cu toate acestea, după cum arată practica, această perioadă poate fi prelungită pe termen nelimitat. Iar „James Webb” ne poate oferi informații mult mai utile și pur și simplu interesante decât și-ar putea imagina oricine. Mai mult, acum este imposibil chiar să ne imaginăm ce „monstru” îl va înlocui însuși pe „James Webb” și cât o sumă astronomică va costa construcția lui.
În primăvara anului 2018, prețul proiectului a crescut la 9,66 miliarde de dolari de neconceput. Pentru comparație, bugetul anual al NASA este de aproximativ 20 de miliarde de dolari, iar Hubble a costat 2,5 miliarde de dolari la momentul construcției. Cu alte cuvinte, James Webb a intrat deja cel istorie ca cel mai scump telescop și unul dintre cele mai scumpe proiecte din istoria explorării spațiului. Doar programul lunar, Stația Spațială Internațională, navetele și sistemul de poziționare globală GPS costă mai mult. Cu toate acestea, „James Webb” are totul în față: prețul său poate crește și mai mult. Și, deși experți din 17 țări au participat la construcția sa, partea leului din finanțare rămâne încă pe umerii statelor. Trebuie să presupunem că așa va fi în continuare.
Cineva a spus odată: creatorii lui Hubble ar trebui să ridice un monument în fiecare oraș important de pe Pământ. Are foarte multe merite. Deci, de exemplu, cu ajutorul acestui telescop, astronomii au făcut o fotografie a unei galaxii foarte îndepărtate UDFj-39546284. În ianuarie 2011, oamenii de știință au descoperit că se află mai departe decât deținătorul recordului anterior - UDFy-38135539 - cu aproximativ 150 de milioane de ani lumină. Galaxia UDFj-39546284 se află la 13,4 miliarde de ani lumină distanță de noi. Adică, Hubble a văzut stele care au existat cu mai bine de 13 miliarde de ani în urmă, la 380 de milioane de ani după Big Bang. Aceste obiecte probabil nu mai sunt „vii”: vedem doar lumina luminilor și galaxiilor de mult moarte.
Dar cu toate meritele sale, telescopul spațial Hubble este tehnologia ultimului mileniu: a fost lansat în 1990. Desigur, tehnologia a parcurs un drum lung de-a lungul anilor. Dacă telescopul Hubble ar apărea în epoca noastră, capacitățile sale ar depăși cu mult versiunea originală. Așa s-a născut „James Webb”.
Beneficiile lui James Webb
Noul telescop, ca și predecesorul său, este, de asemenea, un observator în infraroșu în orbită. Aceasta înseamnă că sarcina sa principală va fi studierea radiațiilor termice. Amintiți-vă că obiectele încălzite la o anumită temperatură emit energie în spectrul infraroșu. Lungimea de undă depinde de temperatura de încălzire: cu cât este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai mică și radiația este mai intensă.
Cu toate acestea, există o diferență conceptuală între telescoape. Hubble se află pe orbită joasă a Pământului, adică se învârte în jurul Pământului la o altitudine de aproximativ 570 km. James Webb va fi lansat pe o orbită halo în punctul L2 Lagrange al sistemului Soare-Pământ. Se va învârti în jurul Soarelui și, spre deosebire de situația Hubble, Pământul nu va interfera cu acesta. Apare imediat o problemă: cu cât un obiect este mai departe de Pământ, cu atât este mai dificil să-l contactezi, prin urmare, cu atât riscul de a-l pierde este mai mare. Prin urmare, „James Webb” se va mișca în jurul soarelui în sincronizare cu planeta noastră. În acest caz, îndepărtarea telescopului de pe Pământ va fi de 1,5 milioane km în direcția opusă față de Soare. Pentru comparație, distanța de la Pământ la Lună este de 384 km. Adică, dacă echipamentul James Webb eșuează, cel mai probabil nu va fi posibil să-l repare (cu excepția cazului de la distanță, ceea ce impune limitări tehnice serioase). Prin urmare, un telescop promițător este făcut nu doar fiabil, ci și ultra-fiabil. Acest lucru se datorează parțial transferurilor constante ale datei lansării.
„James Webb” are o altă diferență importantă. Echipamentul îi va permite să se concentreze asupra obiectelor foarte vechi și reci pe care Hubble nu le-a putut vedea. Așa că vom afla când și unde au apărut primele stele, quasari, galaxii, clustere și superclustere de galaxii.
Cele mai interesante descoperiri pe care le poate face noul telescop sunt exoplanetele. Pentru a fi mai precis, vorbim despre determinarea densității acestora, ceea ce va face posibil să înțelegem ce tip de obiect se află în fața noastră și dacă o astfel de planetă poate fi potențial locuibilă. Cu ajutorul lui James Webb, oamenii de știință speră să colecteze și date despre masa și diametrele planetelor îndepărtate, iar acest lucru va deschide noi date despre galaxia nativă.
Echipamentul telescopului va permite detectarea exoplanetelor reci cu temperaturi de suprafață de până la 27°C (temperatura medie de pe suprafața planetei noastre este de 15°C). „James Webb” va putea găsi astfel de obiecte situate la o distanță de peste 12 unități astronomice (adică distanța de la Pământ la Soare) de stelele lor și îndepărtate de Pământ la o distanță de până la 15 lumini. ani. Planuri serioase privesc atmosfera planetelor. Telescoapele Spitzer și Hubble au reușit să colecteze informații despre aproximativ o sută de cochilii gazoase. Potrivit experților, noul telescop va putea explora cel puțin trei sute de atmosfere ale diferitelor exoplanete.
Un punct separat este căutarea unor populații stelare ipotetice de tip III, care ar trebui să alcătuiască prima generație de stele care au apărut după Big Bang. Potrivit oamenilor de știință, acestea sunt corpuri de iluminat foarte grele, cu o durată de viață scurtă, care, desigur, nu mai există. Aceste obiecte aveau o masă mare din cauza lipsei de carbon necesar reacției termonucleare clasice, în care hidrogenul greu este transformat în heliu ușor, iar masa în exces este transformată în energie. Pe lângă toate acestea, noul telescop va putea studia în detaliu locuri neexplorate până acum în care se nasc stelele, lucru foarte important și pentru astronomie.
Principalele sarcini ale noului telescop:
— Căutarea și studiul celor mai vechi galaxii;
— Căutați exoplanete asemănătoare Pământului;
— Detectarea populațiilor stelare de al treilea tip;
— Cercetarea „leagănelor stelare”
Caracteristici de design
Dispozitivul a fost dezvoltat de două companii americane - Northrop Grumman și Bell Aerospace. Telescopul spațial James Webb este o adevărată piesă de artă inginerească. Noul telescop cântărește 6,2 tone - spre comparație, Hubble are o masă de 11 tone.Dar dacă vechiul telescop poate fi comparat ca dimensiune cu un camion, atunci cel nou este comparabil cu un teren de tenis. Lungimea sa ajunge la 20 m, iar înălțimea ei este ca a unei case cu trei etaje. Cea mai mare parte a telescopului spațial James Webb este uriașul scut solar. Aceasta este baza întregii structuri, creată dintr-un film de polimer. Pe de o parte, este acoperit cu un strat subțire de aluminiu, iar pe de altă parte, cu siliciu metalic.
Parasolarul are mai multe straturi. Golurile dintre ele sunt umplute cu vid. Acest lucru este necesar pentru a proteja echipamentul de „șoc termic”. Această abordare permite răcirea matricelor suprasensibile la –220°C, ceea ce este foarte important atunci când vine vorba de observarea obiectelor îndepărtate. Cert este că, în ciuda senzorilor perfecți, ei nu au putut vedea obiecte din cauza altor detalii „fierbinți” ale lui James Webb.
În centrul structurii se află o oglindă imensă. Acesta este „suplimentul” necesar pentru a focaliza fasciculele de lumină - oglinda le îndreaptă, creând o imagine clară. Diametrul oglinzii principale a telescopului James Webb este de 6,5 m. Include 18 blocuri: în timpul lansării vehiculului de lansare, aceste segmente vor fi într-o formă compactă și se vor deschide numai după ce dispozitivul intră pe orbită. Fiecare segment are șase colțuri - acest lucru se face pentru a utiliza în mod optim spațiul disponibil. Iar forma rotunjită a oglinzii vă permite să focalizați cel mai bine lumina pe detectoare.
Beriliul a fost ales pentru realizarea oglinzii, un metal relativ dur de culoare gri deschis, care, printre altele, se caracterizează prin costuri ridicate. Printre avantajele acestei alegeri se numără că beriliul își păstrează forma chiar și la temperaturi foarte scăzute, ceea ce este foarte important pentru colectarea corectă a informațiilor.
instrumente științificeg
O revizuire a unui telescop promițător ar fi incompletă dacă nu ne-am concentra pe principalele sale instrumente:
MIRI. Acesta este un dispozitiv cu infraroșu mijlociu. Include o cameră și un spectrograf. MIRI include mai multe matrice de detectoare de arsenic-siliciu. Datorită senzorilor acestui dispozitiv, astronomii speră să ia în considerare deplasarea spre roșu a obiectelor îndepărtate: stele, galaxii și chiar comete mici. Deplasarea cosmologică spre roșu este o scădere a frecvențelor radiațiilor, care se explică prin îndepărtarea dinamică a surselor unele de altele datorită expansiunii Universului. Ceea ce este cel mai interesant, nu este vorba doar despre repararea unui obiect la distanță, ci despre obținerea unei cantități mari de date despre proprietățile acestuia.
NIRCam, sau camera cu infraroșu apropiat, este principala unitate de imagistică a telescopului. NIRCam este un complex de senzori mercur-cadmiu-telur. Intervalul de operare al dispozitivului NIRCam este de 0,6-5 µm. Este greu de imaginat ce mistere va ajuta NIRCam la deslușire. Oamenii de știință, de exemplu, doresc să o folosească pentru a crea o hartă a materiei întunecate folosind așa-numita metodă de lentilă gravitațională, de exemplu. găsirea aglomerărilor de materie întunecată prin câmpul gravitațional, vizibile prin curbura traiectoriei radiației electromagnetice apropiate.
NIRspec. Fără un spectrograf în infraroșu apropiat, ar fi imposibil să se determine proprietățile fizice ale obiectelor astronomice, cum ar fi masa sau compoziția chimică. NIRSpec poate oferi spectroscopie cu rezoluție medie în intervalul de lungimi de undă de la 1 până la 5 µm și cu o rezoluție scăzută de 0,6-5 µm. Dispozitivul este format din mai multe celule cu control individual, ceea ce vă permite să vă concentrați pe anumite obiecte, „eliminând” radiațiile inutile.
FGS/NIRISS. Aceasta este o pereche formată dintr-un senzor de îndreptare fină și un aparat de imagine în infraroșu apropiat cu un spectrograf fără fante. Cu senzorul de ghidare fină (FGS), telescopul va putea focaliza cât mai precis posibil, iar cu NIRISS, oamenii de știință intenționează să efectueze primele teste orbitale ale telescopului, care vor oferi o idee generală a stării acestuia. . De asemenea, este de așteptat ca dispozitivul de imagistică să joace un rol important în observarea planetelor îndepărtate.
În mod oficial, telescopul va funcționa timp de cinci până la zece ani. Cu toate acestea, după cum arată practica, această perioadă poate fi prelungită pe termen nelimitat. Iar „James Webb” ne poate oferi informații mult mai utile și pur și simplu interesante decât și-ar putea imagina oricine. Mai mult, acum este imposibil chiar să ne imaginăm ce „monstru” îl va înlocui însuși pe „James Webb” și cât o sumă astronomică va costa construcția lui.
În primăvara anului 2018, prețul proiectului a crescut la 9,66 miliarde de dolari de neconceput. Pentru comparație, bugetul anual al NASA este de aproximativ 20 de miliarde de dolari, iar Hubble a costat 2,5 miliarde de dolari la momentul construcției. Cu alte cuvinte, James Webb a intrat deja cel istorie ca cel mai scump telescop și unul dintre cele mai scumpe proiecte din istoria explorării spațiului. Doar programul lunar, Stația Spațială Internațională, navetele și sistemul de poziționare globală GPS costă mai mult. Cu toate acestea, „James Webb” are totul în față: prețul său poate crește și mai mult. Și, deși experți din 17 țări au participat la construcția sa, partea leului din finanțare rămâne încă pe umerii statelor. Trebuie să presupunem că așa va fi în continuare.
informații