Dziļi kosmosa spoki
Kāds reiz teica: Habla radītājiem ir jāuzceļ piemineklis katrā lielākajā Zemes pilsētā. Viņam ir daudz nopelnu. Piemēram, ar šī teleskopa palīdzību astronomi ir nofotografējuši ļoti tālo galaktiku UDFj-39546284. 2011. gada janvārī zinātnieki noskaidroja, ka tas atrodas aptuveni 150 miljonus gaismas gadu tālāk nekā iepriekšējais rekordists - UDFy -38135539. Galaxy UDFj-39546284 atrodas 13,4 miljardu gaismas gadu attālumā no mums. Tas ir, Habls redzēja zvaigznes, kas pastāvēja pirms vairāk nekā 13 miljardiem gadu, 380 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena. Šie objekti, iespējams, ilgu laiku nav "dzīvi": mēs redzam tikai sen mirušu zvaigžņu un galaktiku gaismu.
Bet visos nopelnos Habla kosmiskais teleskops ir pagājušās tūkstošgades tehnoloģija: tas tika palaists 1990. Protams, gadu gaitā tehnoloģija ir guvusi lielus panākumus. Ja Habla teleskops parādītos mūsu laikā, tā iespējas kolosālā veidā pārspētu sākotnējo versiju. Tā radās Džeimss Vēbs.
Kāpēc "Džeimss Vēbs" ir noderīgs
Jaunais teleskops, tāpat kā tā priekštecis, ir arī riņķojoša infrasarkanā observatorija. Tas nozīmē, ka viņa galvenais uzdevums būs izpētīt termisko starojumu. Atgādiniet, ka līdz noteiktai temperatūrai uzsildīti objekti izstaro enerģiju infrasarkanajā spektrā. Viļņa garums ir atkarīgs no sildīšanas temperatūras: jo augstāks tas ir, jo īsāks viļņa garums un intensīvāks starojums.
Tomēr ir viena konceptuāla atšķirība starp teleskopiem. Habls atrodas zemā Zemes orbītā, tas ir, tas riņķo ap Zemi aptuveni 570 km augstumā. Džeimss Vēbs tiks palaists halo orbītā Saules-Zemes sistēmas L2 Lagrange punktā. Tas griezīsies ap Sauli, un atšķirībā no situācijas ar Hablu Zeme tai netraucēs. Tūlīt rodas problēma: jo tālāk objekts atrodas no Zemes, jo grūtāk ar to sazināties, tāpēc ir lielāks risks to pazaudēt. Tāpēc "Džeimss Vēbs" ap zvaigzni pārvietosies sinhronizēti ar mūsu planētu. Šajā gadījumā teleskopa attālums no Zemes būs 1,5 miljoni km pretējā virzienā no Saules. Salīdzinājumam - attālums no Zemes līdz Mēnesim ir 384 403 km. Tas ir, ja Džeimsa Veba iekārta neizdosies, visticamāk, to neizdosies salabot (izņemot attālināti, kas rada nopietnus tehniskus ierobežojumus). Tāpēc daudzsološs teleskops ir ne tikai uzticams, bet arī īpaši uzticams. Daļēji tas ir saistīts ar pastāvīgo palaišanas datuma atlikšanu.
Džeimsam Vēbam ir vēl viena būtiska atšķirība. Aprīkojums ļaus viņam koncentrēties uz ļoti seniem un aukstiem objektiem, kurus Habls nespēja saskatīt. Tādā veidā mēs uzzināsim, kad un kur parādījās pirmās zvaigznes, kvazāri, galaktikas, galaktiku kopas un supergrupas.
Interesantākie atklājumi, ko var izveidot jaunais teleskops, ir eksoplanētas. Precīzāk sakot, mēs runājam par to blīvuma noteikšanu, kas ļaus mums saprast, kāda veida objekts atrodas mūsu priekšā un vai šāda planēta var būt potenciāli apdzīvojama. Ar Džeimsa Veba palīdzību zinātnieki arī cer savākt datus par tālu planētu masām un diametriem, un tas pavērs jaunus datus par mājas galaktiku.
Teleskopa aprīkojums ļaus atklāt aukstas eksoplanētas ar virsmas temperatūru līdz 27 ° C (vidējā temperatūra uz mūsu planētas virsmas ir 15 ° C)."Džeimss Vēbs" varēs atrast šādus objektus, kas atrodas vairāk nekā 12 astronomisko vienību attālumā (tas ir, attālums no Zemes līdz Saulei) no viņu zvaigznēm un tālu no Zemes līdz 15 gaismas attālumā gadiem. Nopietni plāni attiecas uz planētu atmosfēru. Spicera un Habla teleskopi spēja savākt informāciju par aptuveni simts gāzes apvalkiem. Pēc ekspertu domām, jaunais teleskops varēs izpētīt vismaz trīs simtus dažādu eksoplanētu atmosfēru.
Atsevišķs jautājums, ko vērts izcelt, ir hipotētisku III tipa zvaigžņu populāciju meklēšana, kas būtu pirmās zvaigznes paaudze, kas parādījās pēc Lielā sprādziena. Pēc zinātnieku domām, tie ir ļoti smagi gaismekļi ar īsu kalpošanas laiku, kuru, protams, vairs nav. Šiem objektiem bija liela masa, jo trūka oglekļa, kas vajadzīgs klasiskajai kodolreakcijai, kurā smagais ūdeņradis tiek pārvērsts par vieglu hēliju, bet liekā masa - par enerģiju. Papildus tam visam jaunais teleskops varēs detalizēti izpētīt iepriekš neizpētītās vietas, kur dzimst zvaigznes, kas ir ļoti svarīgi arī astronomijai.
- Senāko galaktiku meklēšana un izpēte;
- Zemei līdzīgu eksoplanetu meklēšana;
- trešā tipa zvaigžņu populāciju noteikšana;
- "Zvaigžņu šūpuļu" izpēte
Dizaina iezīmes
Ierīci izstrādāja divi amerikāņu uzņēmumi - Northrop Grumman un Bell Aerospace. Džeimsa Veba kosmosa teleskops ir inženierzinātņu šedevrs. Jaunais teleskops sver 6, 2 tonnas - salīdzinājumam Habla masa ir 11 tonnas. Bet, ja veco teleskopu pēc izmēra var salīdzināt ar kravas automašīnu, tad jaunais ir salīdzināms ar tenisa kortu. Tā garums sasniedz 20 m, un augstums ir tāds pats kā trīsstāvu ēkai. Lielākā Džeimsa Veba kosmosa teleskopa daļa ir milzīgs saules vairogs. Tas ir pamats visai struktūrai, kas izveidota no polimēra plēves. No vienas puses tas ir pārklāts ar plānu alumīnija slāni, bet no otras - metāla silīcijs.
Saules aizsargam ir vairāki slāņi. Tukšumi starp tiem ir piepildīti ar vakuumu. Tas ir nepieciešams, lai aizsargātu aprīkojumu no "karstuma dūriena". Šī pieeja ļauj ultrasensitīvās matricas atdzesēt līdz –220 ° C, kas ir ļoti svarīgi, novērojot attālus objektus. Fakts ir tāds, ka, neskatoties uz perfektiem sensoriem, viņi nevarēja redzēt objektus citu "karsto" Džeimsa Vēba detaļu dēļ.
Konstrukcijas centrā ir milzīgs spogulis. Šī ir "virsbūve", kas nepieciešama, lai fokusētu gaismas starus - spogulis tos iztaisno, radot skaidru ainu. Džeimsa Veba teleskopa galvenā spoguļa diametrs ir 6,5 m. Tas ietver 18 blokus: nesējraķetes palaišanas laikā šie segmenti būs kompaktā formā un tiks atvērti tikai pēc tam, kad kosmosa kuģis būs nonācis orbītā. Katram segmentam ir seši stūri, lai pēc iespējas labāk izmantotu pieejamo telpu. Un noapaļotā spoguļa forma ļauj vislabāk fokusēt gaismu uz detektoriem.
Spoguļa ražošanai tika izvēlēts berilijs - samērā ciets gaiši pelēkas krāsas metāls, kam cita starpā raksturīgas augstas izmaksas. Šīs izvēles priekšrocības ir fakts, ka berilijs saglabā savu formu pat ļoti zemā temperatūrā, kas ir ļoti svarīgi pareizai informācijas vākšanai.
Zinātniskie instrumenti
Daudzsološa teleskopa pārskats būtu nepilnīgs, ja mēs nekoncentrētos uz tā galvenajiem instrumentiem:
MIRI. Šī ir vidēja infrasarkanā ierīce. Tas ietver kameru un spektrogrāfu. MIRI ietver vairākus arsēna-silīcija detektoru blokus. Pateicoties šīs ierīces sensoriem, astronomi cer ņemt vērā tālo objektu sarkano nobīdi: zvaigznes, galaktikas un pat nelielas komētas. Kosmoloģisko sarkano nobīdi sauc par radiācijas frekvenču samazināšanos, ko izskaidro avotu dinamiskais attālums viens no otra Visuma izplešanās dēļ. Interesantākais ir tas, ka runa nav tikai par šī vai tā attālā objekta labošanu, bet par liela datu apjoma iegūšanu par tā īpašībām.
NIRCam jeb infrasarkanā kamera ir teleskopa galvenā attēlveidošanas ierīce. NIRCam ir dzīvsudraba-kadmija-telūra sensoru komplekss. NIRCam ierīces darbības diapazons ir 0,6-5 mikroni. Grūti pat iedomāties, kādus noslēpumus palīdzēs atklāt NIRCam. Zinātnieki, piemēram, vēlas to izmantot, lai izveidotu tumšās vielas karti, izmantojot tā saukto gravitācijas lēcu metodi, t.i. tumšās vielas recekļu atrašana pēc to gravitācijas lauka, kas pamanāma pēc tuvumā esošā elektromagnētiskā starojuma trajektorijas izliekuma.
NIRSpec. Bez gandrīz infrasarkanā spektrogrāfa nebūtu iespējams noteikt astronomisko objektu fiziskās īpašības, piemēram, masu vai ķīmisko sastāvu. NIRSpec var nodrošināt vidējas izšķirtspējas spektroskopiju 1-5 μm viļņu garuma diapazonā un zemas izšķirtspējas spektroskopiju ar 0,6-5 μm viļņu garumiem. Ierīce sastāv no daudzām šūnām ar individuālu vadību, kas ļauj koncentrēties uz konkrētiem objektiem, "filtrējot" nevajadzīgu starojumu.
FGS / NIRISS. Tas ir pāris, kas sastāv no precīzas mērķēšanas sensora un tuvās infrasarkanās attēlveidošanas ierīces ar bez spraugām veidotu spektrogrāfu. Pateicoties precīzas vadības sensoram (FGS), teleskops varēs fokusēties pēc iespējas precīzāk, un, pateicoties NIRISS, zinātnieki plāno veikt teleskopa pirmos orbitālos testus, kas sniegs vispārēju priekšstatu par tā stāvokli. Tāpat tiek uzskatīts, ka attēlveidošanas ierīcei būs svarīga loma tālu planētu novērošanā.
Formāli viņi plāno izmantot teleskopu piecus līdz desmit gadus. Tomēr, kā rāda prakse, šo periodu var pagarināt uz nenoteiktu laiku. Un "Džeimss Vēbs" var mums sniegt daudz noderīgāku un vienkārši interesantāku informāciju, nekā kāds varētu iedomāties. Turklāt tagad nav iespējams pat iedomāties, kāds “briesmonis” aizstās “Džeimsu Vēbu” un cik maksās tā uzbūve.
Vēl 2018. gada pavasarī projekta cena pieauga līdz neiedomājamiem 9,66 miljardiem ASV dolāru. Salīdzinājumam - NASA gada budžets ir aptuveni 20 miljardi ASV dolāru, un Habla būvniecības laikā bija 2,5 miljardi ASV dolāru. Citiem vārdiem sakot, Džeimss Vēbs jau ir iegājis vēsturē kā dārgākais teleskops un viens no dārgākajiem projektiem kosmosa izpētes vēsturē. Vairāk maksā tikai Mēness programma, Starptautiskā kosmosa stacija, transporta pakalpojumi un GPS globālā pozicionēšanas sistēma. Tomēr “James Webb” viss ir priekšā: tā cena var pieaugt vēl vairāk. Un, lai gan tās celtniecībā piedalījās eksperti no 17 valstīm, lauvas tiesu finansējums joprojām gulstas uz ASV pleciem. Jādomā, ka tā tas būs arī turpmāk.
