Sa bawat dagdag na sentimetro ng aperture, bawat dagdag na segundo ng oras ng pagmamasid, at bawat dagdag na atom ng atmospheric clutter na inalis mula sa field of view ng teleskopyo, makikita ang Uniberso nang mas mahusay, mas malalim at mas malinaw.
25 taon ng Hubble
Nang nagsimulang gumana ang teleskopyo ng Hubble noong 1990, pinasimulan nito ang isang bagong panahon sa astronomiya - kalawakan. Wala nang pakikipaglaban sa kapaligiran, wala nang pag-aalala tungkol sa mga ulap o electromagnetic flicker. Ang kailangan lang ay i-deploy ang satellite sa target, patatagin ito at mangolekta ng mga photon. Sa loob ng 25 taon, ang mga teleskopyo sa kalawakan ay nagsimulang sumakop sa buong electromagnetic spectrum, na nagbibigay-daan sa unang pagkakataon na makita ang uniberso sa bawat wavelength ng liwanag.
Ngunit habang dumarami ang ating kaalaman, lumalago rin ang ating pang-unawa sa hindi alam. Kung mas malayo ang pagtingin natin sa uniberso, mas malalim ang nakaraan na nakikita natin: ang may hangganang tagal ng panahon mula noong Big Bang, na sinamahan ng may hangganan na bilis ng liwanag, ay nagbibigay ng limitasyon sa kung ano ang maaari nating obserbahan. Bukod dito, ang pagpapalawak ng espasyo mismo ay gumagana laban sa atin sa pamamagitan ng pagpapahaba ng haba ng daluyongang liwanag ng mga bituin habang naglalakbay ito sa uniberso patungo sa ating mga mata. Maging ang Hubble Space Telescope, na nagbibigay sa atin ng pinakamalalim, pinakakapansin-pansing larawan ng uniberso na natuklasan natin, ay limitado sa bagay na ito.
Mga Disadvantages ng Hubble
Ang
Hubble ay isang kamangha-manghang teleskopyo, ngunit mayroon itong ilang pangunahing limitasyon:
- 2.4m lang ang diameter, nililimitahan ang resolution nito.
- Sa kabila ng natatakpan ng mga reflective na materyales, palagi itong nalalantad sa direktang sikat ng araw, na nagpapainit dito. Nangangahulugan ito na dahil sa mga thermal effect, hindi nito mapapansin ang mga light wavelength na higit sa 1.6 µm.
- Ang kumbinasyon ng limitadong aperture at ang mga wavelength kung saan sensitibo ito ay nangangahulugan na ang teleskopyo ay nakakakita ng mga galaxy na hindi lalampas sa 500 milyong taon.
Ang mga galaxy na ito ay maganda, malayo at umiral noong ang uniberso ay halos 4% lamang ng kasalukuyang edad nito. Ngunit alam na ang mga bituin at kalawakan ay umiral nang mas maaga.
Upang makita ito, dapat ay may mas mataas na sensitivity ang teleskopyo. Nangangahulugan ito ng paglipat sa mas mahabang wavelength at mas mababang temperatura kaysa sa Hubble. Kaya naman itinayo ang James Webb Space Telescope.
Prospects for Science
James Webb Space Telescope (JWST) ay idinisenyo upang malampasan ang mga limitasyong ito: na may diameter na 6.5 m, ang teleskopyo ay kumukolekta ng 7 beses na mas liwanag kaysa sa Hubble. Binuksan niyaultra-spectroscopy na may mataas na resolution mula 600 nm hanggang 6 µm (4 na beses ang wavelength na nakikita ni Hubble), upang gumawa ng mga obserbasyon sa mid-infrared na rehiyon ng spectrum na may mas mataas na sensitivity kaysa dati. Gumagamit ang JWST ng passive cooling sa temperatura ng ibabaw ng Pluto at may kakayahang aktibong palamigin ang mga mid-infrared na instrumento hanggang sa 7K.
Papayagan niya:
- obserbahan ang pinakamaagang mga kalawakan na nabuo;
- tingnan sa pamamagitan ng neutral na gas at suriin ang mga unang bituin at ang reionization ng uniberso;
- magsagawa ng spectroscopic analysis ng pinakaunang mga bituin (populasyon III) na nabuo pagkatapos ng Big Bang;
- makakuha ng mga kamangha-manghang sorpresa tulad ng pagtuklas ng pinakamaagang napakalaking black hole at quasar sa uniberso.
Ang antas ng siyentipikong pananaliksik ng JWST ay hindi katulad ng anumang bagay sa nakaraan, kaya naman napili ang teleskopyo bilang pangunahing misyon ng NASA noong 2010s.
Siyentipikong obra maestra
Mula sa teknikal na pananaw, ang bagong James Webb telescope ay isang tunay na gawa ng sining. Malayo na ang narating ng proyekto: nagkaroon ng mga overrun sa badyet, pagkaantala sa iskedyul, at panganib na makansela ang proyekto. Matapos ang interbensyon ng bagong pamunuan, nagbago ang lahat. Ang proyekto ay biglang gumana tulad ng orasan, ang mga pondo ay inilaan, ang mga pagkakamali, pagkabigo at mga problema ay isinasaalang-alang, at ang JWST team ay nagsimulang magkasya salahat ng mga deadline, iskedyul at mga balangkas ng badyet. Ang paglulunsad ng device ay naka-iskedyul para sa Oktubre 2018 sa Ariane-5 rocket. Ang koponan ay hindi lamang nananatili sa iskedyul, mayroon silang siyam na buwan na natitira upang isaalang-alang ang lahat ng mga contingencies upang matiyak na ang lahat ay nakaimpake at handa para sa petsang iyon.
Ang James Webb telescope ay binubuo ng 4 na pangunahing bahagi.
Optical block
Kabilang ang lahat ng salamin, kung saan ang labingwalong pangunahing naka-segment na gold-plated na salamin ang pinakaepektibo. Gagamitin ang mga ito upang mangolekta ng malayong starlight at ituon ito sa mga instrumento para sa pagsusuri. Ang lahat ng mga salamin na ito ay handa na at walang kamali-mali, na ginawa ayon sa iskedyul. Kapag na-assemble na, itutupi ang mga ito sa isang compact na istraktura na ilulunsad nang higit sa 1 milyong km mula sa Earth hanggang sa L2 Lagrange point, at pagkatapos ay awtomatikong ide-deploy upang bumuo ng honeycomb structure na mangongolekta ng ultra-long-range na liwanag sa mga darating na taon. Ito ay isang napakagandang bagay at ang matagumpay na resulta ng napakalaking pagsisikap ng maraming mga espesyalista.
Malapit sa infrared camera
Ang
Webb ay nilagyan ng apat na siyentipikong instrumento na 100% kumpleto. Ang pangunahing kamera ng teleskopyo ay isang near-IR camera mula sa nakikitang orange na liwanag hanggang sa malalim na infrared. Magbibigay ito ng mga hindi pa nagagawang larawan ng pinakamaagang mga bituin, ang pinakabatang mga kalawakan na nasa proseso pa rin ng pagbuo, ang mga batang bituin ng Milky Way at mga kalapit na kalawakan, daan-daang mga bagong bagay sa Kuiper belt. Siya ayna-optimize para sa direktang imaging ng mga planeta sa paligid ng iba pang mga bituin. Ito ang magiging pangunahing kamera na ginagamit ng karamihan sa mga nagmamasid.
Malapit sa infrared spectrograph
Ang tool na ito ay hindi lamang naghihiwalay ng liwanag sa magkahiwalay na wavelength, ngunit may kakayahang gawin ito para sa higit sa 100 magkahiwalay na mga bagay sa parehong oras! Ang instrumento na ito ay magiging isang unibersal na Webba spectrograph na may kakayahang gumana sa 3 magkaibang spectroscopy mode. Ito ay itinayo ng European Space Agency, ngunit maraming mga bahagi, kabilang ang mga detektor at isang multi-gate na baterya, ay ibinigay ng Space Flight Center. Goddard (NASA). Nasubukan na ang appliance na ito at handa nang i-install.
Mid-Infrared Instrument
Gagamitin ang device para sa broadband imaging, ibig sabihin, gagawa ito ng mga pinakakahanga-hangang larawan mula sa lahat ng instrumento ng Webb. Mula sa isang pang-agham na pananaw, ito ay magiging pinaka-kapaki-pakinabang sa pagsukat ng mga protoplanetary disk sa paligid ng mga batang bituin, pagsukat at pag-imaging ng mga bagay na Kuiper belt at alikabok na pinainit ng starlight na may hindi pa nagagawang katumpakan. Ito lang ang magiging instrumento na cryogenically cooled hanggang 7 K. Kung ikukumpara sa Spitzer space telescope, mapapabuti nito ang mga resulta ng 100 factor.
Slitless Near-IR Spectrograph (NIRISS)
Bibigyang-daan ka ng device na makagawa ng:
- wide-angle spectroscopy sa malapit na infrared na wavelength (1.0 - 2.5 µm);
- grism spectroscopy ng isang bagay sanakikita at infrared na saklaw (0.6 - 3.0 microns);
- aperture-masking interferometry sa wavelength na 3.8 - 4.8 µm (kung saan inaasahan ang mga unang bituin at galaxy);
- wide-range shooting ng buong field of view.
Ang instrumentong ito ay nilikha ng Canadian Space Agency. Pagkatapos na dumaan sa cryogenic testing, magiging handa na rin ito para sa pagsasama sa instrument compartment ng teleskopyo.
Sun shield
Ang mga teleskopyo sa kalawakan ay hindi pa nilagyan ng mga ito. Isa sa mga pinakanakakatakot na aspeto ng bawat paglulunsad ay ang paggamit ng ganap na bagong materyal. Sa halip na aktibong palamigin ang buong spacecraft gamit ang isang beses na consumable coolant, ang James Webb Telescope ay gumagamit ng isang ganap na bagong teknolohiya, isang 5-layer na sunshield na ipapakalat upang ipakita ang solar radiation mula sa teleskopyo. Limang 25-meter sheet ang ikokonekta sa mga titanium rod at ikakabit pagkatapos na mai-deploy ang teleskopyo. Sinubukan ang proteksyon noong 2008 at 2009. Ginawa ng mga full-scale na modelo na lumahok sa mga pagsubok sa laboratoryo ang lahat ng dapat nilang gawin dito sa Earth. Ito ay isang magandang inobasyon.
Isa rin itong hindi kapani-paniwalang konsepto: hindi lamang upang harangan ang liwanag mula sa Araw at ilagay ang teleskopyo sa anino, ngunit gawin ito sa paraang ang lahat ng init ay na-radiated sa kabaligtaran na direksyon ng oryentasyon ng teleskopyo. Magiging malamig ang bawat isa sa limang layer sa vacuum ng kalawakan habang lumalayo ito sa labas, na bahagyang mas mainit kaysa sa temperatura.ang ibabaw ng Earth - mga 350-360 K. Ang temperatura ng huling layer ay dapat bumaba sa 37-40 K, na mas malamig kaysa sa gabi sa ibabaw ng Pluto.
Bukod dito, nagsagawa ng makabuluhang pag-iingat upang maprotektahan laban sa malupit na kapaligiran ng malalim na kalawakan. Isa sa mga bagay na dapat ipag-alala dito ay ang maliliit na maliliit na bato, butil ng buhangin, mga butil ng alikabok at kahit na mas maliliit na lumilipad sa interplanetary space sa bilis na sampu o kahit daan-daang libong kilometro bawat oras. Ang mga micrometeorite na ito ay may kakayahang gumawa ng maliliit, mikroskopikong mga butas sa lahat ng bagay na kanilang nakakaharap: spacecraft, astronaut suit, teleskopyo salamin at higit pa. Kung ang mga salamin ay nakakakuha lamang ng mga dents o mga butas, na bahagyang binabawasan ang dami ng "magandang liwanag" na magagamit, kung gayon ang solar shield ay maaaring mapunit mula sa gilid hanggang sa gilid, na ginagawang walang silbi ang buong layer. Isang napakatalino na ideya ang ginamit upang labanan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito.
Ang buong solar shield ay nahahati sa mga seksyon sa paraang kung may maliit na puwang sa isa, dalawa o kahit tatlo sa mga ito, ang layer ay hindi na mapupunit pa, tulad ng isang bitak sa windshield ng isang sasakyan. Ang paghahati ay mananatiling buo ang buong istraktura, na mahalaga upang maiwasan ang pagkasira.
Spacecraft: assembly at control system
Ito ang pinakakaraniwang bahagi, tulad ng mayroon ang lahat ng mga teleskopyo sa kalawakan at mga misyon sa agham. Sa JWST, ito ay natatangi, ngunit ganap ding handa. Ang natitira na lang para sa pangkalahatang kontratista ng proyekto, si Northrop Grumman, ay kumpletuhin ang kalasag, tipunin ang teleskopyo, at subukan ito. Ang makina ay magiging handa para sailunsad sa loob ng 2 taon.
10 taon ng pagtuklas
Kung magiging maayos ang lahat, ang sangkatauhan ay mapupunta sa threshold ng mahusay na pagtuklas sa siyensya. Ang belo ng neutral na gas na hanggang ngayon ay nakakubli sa view ng pinakamaagang mga bituin at mga kalawakan ay aalisin ng mga infrared na kakayahan ng Webb at ang malaking ningning nito. Ito ang magiging pinakamalaki, pinakasensitibong teleskopyo na nagawa kailanman, na may malaking wavelength na hanay na 0.6 hanggang 28 microns (nakikita ng mata ng tao ang 0.4 hanggang 0.7 microns). Inaasahang magbibigay ito ng isang dekada ng mga obserbasyon.
Ayon sa NASA, ang buhay ng Webb mission ay mula 5.5 hanggang 10 taon. Nililimitahan ito ng dami ng propellant na kailangan upang mapanatili ang orbit at ang buhay ng electronics at kagamitan sa malupit na kapaligiran ng espasyo. Ang James Webb Orbital Telescope ay magdadala ng gasolina para sa buong 10 taon, at 6 na buwan pagkatapos ng paglunsad, isasagawa ang pagsubok sa suporta sa paglipad, na ginagarantiyahan ang 5 taon ng gawaing siyentipiko.
Ano ang maaaring magkamali?
Ang pangunahing salik sa paglilimita ay ang dami ng gasolina sa board. Kapag natapos na ito, aalisin ang satellite palayo sa L2 Lagrange point, papasok sa isang magulong orbit sa malapit na paligid ng Earth.
Halika dito, maaaring mangyari ang iba pang problema:
- degradation ng mga salamin, na makakaapekto sa dami ng nakolektang liwanag at makakalikha ng mga artifact ng imahe, ngunit hindi makakasira sa karagdagang operasyon ng teleskopyo;
- pagkabigo ng bahagi o lahat ng solar screen, na hahantong sa pagtaastemperatura ng spacecraft at paliitin ang magagamit na hanay ng wavelength sa napakalapit na infrared (2-3 µm);
- Pagkabigo ng mid-IR instrument cooling system, ginagawa itong hindi magagamit ngunit hindi nakakaapekto sa iba pang mga instrumento (0.6 hanggang 6 µm).
Ang pinakamahirap na pagsubok na naghihintay sa teleskopyo ng James Webb ay ang paglulunsad at pagpasok sa isang partikular na orbit. Ang mga sitwasyong ito ay sinubukan at matagumpay na nakumpleto.
Rebolusyon sa agham
Kung gumagana ang James Webb Telescope, magkakaroon ng sapat na gasolina para paandarin ito mula 2018 hanggang 2028. Bilang karagdagan, mayroong potensyal para sa refueling, na maaaring pahabain ang buhay ng teleskopyo ng isa pang dekada. Kung paanong ang Hubble ay gumagana sa loob ng 25 taon, ang JWST ay maaaring magbigay ng isang henerasyon ng rebolusyonaryong agham. Sa Oktubre 2018, ilulunsad ng Ariane 5 launch vehicle sa orbit ang hinaharap ng astronomy, na, pagkatapos ng mahigit 10 taon ng pagsusumikap, ay handang magsimulang mamunga. Ang hinaharap ng mga teleskopyo sa kalawakan ay malapit na.
