Με κάθε επιπλέον εκατοστό διαφράγματος, κάθε επιπλέον δευτερόλεπτο χρόνου παρατήρησης και κάθε επιπλέον άτομο ατμοσφαιρικής ακαταστασίας που αφαιρείται από το οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου, το Σύμπαν μπορεί να δει καλύτερα, βαθύτερο και καθαρότερο.
25 χρόνια Hubble
Όταν το τηλεσκόπιο Hubble άρχισε να λειτουργεί το 1990, εγκαινίασε μια νέα εποχή στην αστρονομία - το διάστημα. Δεν υπήρχε πια μάχη με την ατμόσφαιρα, δεν υπήρχε πλέον ανησυχία για τα σύννεφα ή το ηλεκτρομαγνητικό τρεμόπαιγμα. Το μόνο που χρειαζόταν ήταν η ανάπτυξη του δορυφόρου στον στόχο, η σταθεροποίησή του και η συλλογή φωτονίων. Μέσα σε 25 χρόνια, τα διαστημικά τηλεσκόπια άρχισαν να καλύπτουν ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, επιτρέποντας για πρώτη φορά την προβολή του σύμπαντος σε κάθε μήκος κύματος φωτός.
Αλλά όσο αυξάνονται οι γνώσεις μας, τόσο αυξάνεται η κατανόησή μας για το άγνωστο. Όσο πιο μακριά κοιτάζουμε στο σύμπαν, τόσο πιο βαθύ βλέπουμε το παρελθόν: ο πεπερασμένος χρόνος από τη Μεγάλη Έκρηξη, σε συνδυασμό με την πεπερασμένη ταχύτητα του φωτός, παρέχει ένα όριο σε αυτό που μπορούμε να παρατηρήσουμε. Επιπλέον, η ίδια η επέκταση του χώρου λειτουργεί εναντίον μας τεντώνοντας το μήκος κύματοςτο φως των αστεριών καθώς ταξιδεύει μέσα στο σύμπαν στα μάτια μας. Ακόμη και το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, το οποίο μας δίνει τη βαθύτερη, πιο συναρπαστική εικόνα του σύμπαντος που έχουμε ανακαλύψει ποτέ, είναι περιορισμένο από αυτή την άποψη.
Μειονεκτήματα του Hubble
Το Hubble είναι ένα καταπληκτικό τηλεσκόπιο, αλλά έχει ορισμένους θεμελιώδεις περιορισμούς:
- Μόνο 2,4 μέτρα διάμετρος, περιορίζοντας την ανάλυσή του.
- Παρόλο που είναι καλυμμένο με ανακλαστικά υλικά, εκτίθεται συνεχώς στο άμεσο ηλιακό φως, το οποίο το θερμαίνει. Αυτό σημαίνει ότι λόγω θερμικών επιδράσεων, δεν μπορεί να παρατηρήσει μήκη κύματος φωτός μεγαλύτερα από 1,6 μm.
- Ο συνδυασμός περιορισμένου διαφράγματος και των μηκών κύματος στα οποία είναι ευαίσθητο σημαίνει ότι το τηλεσκόπιο μπορεί να δει γαλαξίες που δεν υπερβαίνουν τα 500 εκατομμύρια χρόνια.
Αυτοί οι γαλαξίες είναι όμορφοι, μακρινοί και υπήρχαν όταν το σύμπαν ήταν μόνο περίπου το 4% της τρέχουσας ηλικίας του. Αλλά είναι γνωστό ότι αστέρια και γαλαξίες υπήρχαν και νωρίτερα.
Για να το δείτε αυτό, το τηλεσκόπιο πρέπει να έχει μεγαλύτερη ευαισθησία. Αυτό σημαίνει μετακίνηση σε μεγαλύτερα μήκη κύματος και χαμηλότερες θερμοκρασίες από το Hubble. Γι' αυτό κατασκευάζεται το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb.
Προοπτικές για την Επιστήμη
James Webb Space Telescope (JWST) έχει σχεδιαστεί για να ξεπερνά ακριβώς αυτούς τους περιορισμούς: με διάμετρο 6,5 m, το τηλεσκόπιο συλλέγει 7 φορές περισσότερο φως από το Hubble. Αυτος ανοιγειυπερφασματοσκοπία υψηλής ανάλυσης από 600 nm έως 6 μm (4 φορές το μήκος κύματος που μπορεί να δει το Hubble), για την πραγματοποίηση παρατηρήσεων στην περιοχή του μεσαίου υπέρυθρου του φάσματος με μεγαλύτερη ευαισθησία από ποτέ. Το JWST χρησιμοποιεί παθητική ψύξη στη θερμοκρασία της επιφάνειας του Πλούτωνα και είναι σε θέση να ψύχει ενεργά όργανα μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας έως και 7K.
Θα επιτρέψει:
- παρατηρήστε τους πρώτους γαλαξίες που σχηματίστηκαν ποτέ;
- δείτε μέσω ουδέτερου αερίου και ανιχνεύστε τα πρώτα αστέρια και τον επαναιονισμό του σύμπαντος;
- πραγματοποιήστε φασματοσκοπική ανάλυση των πρώτων αστεριών (πληθυσμός III) που σχηματίστηκαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη;
- πάρτε εκπληκτικές εκπλήξεις, όπως η ανακάλυψη των παλαιότερων υπερμεγέθων μαύρων οπών και κβάζαρ στο σύμπαν.
Το επίπεδο επιστημονικής έρευνας του JWST δεν μοιάζει με τίποτα στο παρελθόν, γι' αυτό το τηλεσκόπιο επιλέχθηκε ως η ναυαρχίδα της NASA τη δεκαετία του 2010.
Επιστημονικό αριστούργημα
Από τεχνική άποψη, το νέο τηλεσκόπιο James Webb είναι ένα πραγματικό έργο τέχνης. Το έργο έχει προχωρήσει πολύ: υπήρξαν υπερβάσεις προϋπολογισμού, καθυστερήσεις χρονοδιαγράμματος και κίνδυνος ακύρωσης του έργου. Μετά την παρέμβαση της νέας ηγεσίας όλα άλλαξαν. Το έργο ξαφνικά λειτούργησε σαν ρολόι, κατανεμήθηκαν κονδύλια, λήφθηκαν υπόψη λάθη, αστοχίες και προβλήματα και η ομάδα JWST άρχισε να ταιριάζειόλες τις προθεσμίες, τα χρονοδιαγράμματα και τα δημοσιονομικά πλαίσια. Η εκτόξευση της συσκευής έχει προγραμματιστεί για τον Οκτώβριο του 2018 στον πύραυλο Ariane-5. Η ομάδα όχι μόνο τηρεί το πρόγραμμα, αλλά έχει ακόμη εννέα μήνες για να λογοδοτήσει για όλα τα απρόοπτα για να διασφαλίσει ότι όλα είναι γεμάτα και έτοιμα για εκείνη την ημερομηνία.
Το τηλεσκόπιο James Webb αποτελείται από 4 κύρια μέρη.
Οπτικό μπλοκ
Περιλαμβάνει όλους τους καθρέφτες, από τους οποίους οι δεκαοκτώ κύριοι επιχρυσωμένοι καθρέφτες είναι οι πιο αποτελεσματικοί. Θα χρησιμοποιηθούν για τη συλλογή μακρινών αστεριών και την εστίασή του σε όργανα για ανάλυση. Όλοι αυτοί οι καθρέφτες είναι πλέον έτοιμοι και άψογοι, φτιαγμένοι σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα. Μόλις συναρμολογηθούν, θα διπλωθούν σε μια συμπαγή δομή που θα εκτοξευθεί σε απόσταση άνω του 1 εκατομμυρίου χλμ από τη Γη στο σημείο L2 Lagrange και στη συνέχεια θα αναπτυχθούν αυτόματα για να σχηματίσουν μια κυψελοειδή δομή που θα συλλέγει φως εξαιρετικά μεγάλης εμβέλειας για τα επόμενα χρόνια. Αυτό είναι ένα πραγματικά όμορφο πράγμα και το επιτυχημένο αποτέλεσμα των τιτάνιας προσπάθειας πολλών ειδικών.
Κοντά στην υπέρυθρη κάμερα
Το Webb είναι εξοπλισμένο με τέσσερα επιστημονικά όργανα που είναι 100% ολοκληρωμένα. Η κύρια κάμερα του τηλεσκοπίου είναι μια κάμερα σχεδόν IR που κυμαίνεται από ορατό πορτοκαλί φως έως βαθύ υπέρυθρο. Θα παρέχει άνευ προηγουμένου εικόνες από τα πρώτα αστέρια, τους νεότερους γαλαξίες που βρίσκονται ακόμη σε διαδικασία σχηματισμού, τα νεαρά αστέρια του Γαλαξία και τους κοντινούς γαλαξίες, εκατοντάδες νέα αντικείμενα στη ζώνη Kuiper. Αυτή είναιβελτιστοποιημένο για άμεση απεικόνιση πλανητών γύρω από άλλα αστέρια. Αυτή θα είναι η κύρια κάμερα που χρησιμοποιούν οι περισσότεροι παρατηρητές.
Φασματογράφος κοντά στο υπέρυθρο
Αυτό το εργαλείο όχι μόνο διαχωρίζει το φως σε ξεχωριστά μήκη κύματος, αλλά μπορεί να το κάνει αυτό για περισσότερα από 100 ξεχωριστά αντικείμενα ταυτόχρονα! Αυτό το όργανο θα είναι ένας γενικός φασματογράφος Webba ικανός να λειτουργεί σε 3 διαφορετικούς τρόπους φασματοσκοπίας. Κατασκευάστηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος, αλλά πολλά εξαρτήματα, συμπεριλαμβανομένων ανιχνευτών και μπαταρίας πολλαπλών πυλών, παρασχέθηκαν από το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων. Goddard (NASA). Αυτή η συσκευή έχει δοκιμαστεί και είναι έτοιμη για εγκατάσταση.
Όργανο μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας
Η συσκευή θα χρησιμοποιηθεί για ευρυζωνική απεικόνιση, δηλαδή θα παράγει τις πιο εντυπωσιακές εικόνες από όλα τα όργανα Webb. Από επιστημονική άποψη, θα είναι πιο χρήσιμο στη μέτρηση πρωτοπλανητικών δίσκων γύρω από νεαρά αστέρια, στη μέτρηση και την απεικόνιση αντικειμένων της ζώνης Kuiper και σκόνης που θερμαίνονται από το φως των αστεριών με πρωτοφανή ακρίβεια. Θα είναι το μόνο όργανο που θα ψύχεται κρυογονικά στους 7 Κ. Σε σύγκριση με το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer, αυτό θα βελτιώσει τα αποτελέσματα κατά 100.
Φασματογράφος κοντινού υπερύθρου χωρίς σχισμή (NIRISS)
Η συσκευή θα σας επιτρέψει να παράγετε:
- φασματοσκοπία ευρείας γωνίας στα εγγύς υπέρυθρα μήκη κύματος (1,0 - 2,5 μm);
- φασματοσκοπία γκρισμού ενός αντικειμένου σεορατό και υπέρυθρο εύρος (0,6 - 3,0 μικρά);
- συμβολομετρία κάλυψης διαφράγματος σε μήκη κύματος 3,8 - 4,8 μm (όπου αναμένονται τα πρώτα αστέρια και γαλαξίες);
- λήψη ευρείας εμβέλειας ολόκληρου του οπτικού πεδίου.
Αυτό το όργανο δημιουργήθηκε από την Καναδική Διαστημική Υπηρεσία. Αφού περάσει από κρυογονικές δοκιμές, θα είναι επίσης έτοιμο για ενσωμάτωση στο διαμέρισμα οργάνων του τηλεσκοπίου.
αντηλιακή ασπίδα
Τα διαστημικά τηλεσκόπια δεν έχουν ακόμη εξοπλιστεί με αυτά. Μία από τις πιο εκφοβιστικές πτυχές κάθε κυκλοφορίας είναι η χρήση εντελώς νέου υλικού. Αντί να ψύχει ενεργά ολόκληρο το διαστημικό σκάφος με ένα εφάπαξ αναλώσιμο ψυκτικό, το τηλεσκόπιο James Webb χρησιμοποιεί μια εντελώς νέα τεχνολογία, μια ηλιοπροστασία 5 επιπέδων που θα αναπτυχθεί για να αντανακλά την ηλιακή ακτινοβολία από το τηλεσκόπιο. Πέντε φύλλα 25 μέτρων θα συνδεθούν με ράβδους τιτανίου και θα εγκατασταθούν μετά την ανάπτυξη του τηλεσκοπίου. Η προστασία δοκιμάστηκε το 2008 και το 2009. Τα μοντέλα πλήρους κλίμακας που συμμετείχαν στις εργαστηριακές δοκιμές έκαναν ό,τι έπρεπε να κάνουν εδώ στη Γη. Αυτή είναι μια όμορφη καινοτομία.
Είναι επίσης μια απίστευτη ιδέα: όχι απλώς να μπλοκάρεις το φως από τον Ήλιο και να τοποθετήσεις το τηλεσκόπιο στη σκιά, αλλά να το κάνεις με τέτοιο τρόπο ώστε όλη η θερμότητα να ακτινοβολείται προς την αντίθετη κατεύθυνση από τον προσανατολισμό του τηλεσκοπίου. Κάθε ένα από τα πέντε στρώματα στο κενό του χώρου θα γίνει κρύο καθώς απομακρύνεται από το εξωτερικό, το οποίο θα είναι ελαφρώς θερμότερο από τη θερμοκρασία.η επιφάνεια της Γης - περίπου 350-360 Κ. Η θερμοκρασία του τελευταίου στρώματος πρέπει να πέσει στους 37-40 Κ, που είναι πιο κρύα από τη νύχτα στην επιφάνεια του Πλούτωνα.
Επιπλέον, έχουν ληφθεί σημαντικές προφυλάξεις για την προστασία από το σκληρό περιβάλλον του βαθύ διαστήματος. Ένα από τα πράγματα που πρέπει να ανησυχείτε εδώ είναι μικροσκοπικά βότσαλα σε μέγεθος βότσαλου, κόκκοι άμμου, κηλίδες σκόνης και ακόμη μικρότερα που πετούν μέσω του διαπλανητικού χώρου με ταχύτητες δεκάδων ή και εκατοντάδων χιλιάδων χιλιομέτρων την ώρα. Αυτοί οι μικρομετεωρίτες είναι ικανοί να κάνουν μικροσκοπικές, μικροσκοπικές τρύπες σε οτιδήποτε συναντούν: διαστημόπλοιο, στολές αστροναυτών, καθρέφτες τηλεσκοπίων και πολλά άλλα. Εάν οι καθρέφτες έχουν μόνο βαθουλώματα ή τρύπες, γεγονός που μειώνει ελαφρώς την ποσότητα του "καλού φωτός" που είναι διαθέσιμο, τότε η ηλιακή ασπίδα μπορεί να σκιστεί από άκρη σε άκρη, καθιστώντας ολόκληρο το στρώμα άχρηστο. Μια λαμπρή ιδέα χρησιμοποιήθηκε για την καταπολέμηση αυτού του φαινομένου.
Ολόκληρη η ηλιακή ασπίδα έχει χωριστεί σε τμήματα με τέτοιο τρόπο ώστε αν υπάρχει ένα μικρό κενό σε ένα, δύο ή και τρία από αυτά, το στρώμα δεν θα σκιστεί περισσότερο, όπως μια ρωγμή στο παρμπρίζ ενός αυτοκίνητο. Ο διαχωρισμός θα διατηρήσει ολόκληρη τη δομή ανέπαφη, κάτι που είναι σημαντικό για την αποφυγή υποβάθμισης.
Διαστημικό σκάφος: συστήματα συναρμολόγησης και ελέγχου
Αυτό είναι το πιο κοινό στοιχείο, όπως έχουν όλα τα διαστημικά τηλεσκόπια και οι επιστημονικές αποστολές. Στο JWST είναι μοναδικό, αλλά και εντελώς έτοιμο. Το μόνο που έμενε στον γενικό ανάδοχο του έργου, Northrop Grumman, ήταν να ολοκληρώσει την ασπίδα, να συναρμολογήσει το τηλεσκόπιο και να το δοκιμάσει. Το μηχάνημα θα είναι έτοιμο γιακυκλοφορήσει σε 2 χρόνια.
10 χρόνια ανακάλυψης
Αν όλα πάνε καλά, η ανθρωπότητα θα βρίσκεται στο κατώφλι μεγάλων επιστημονικών ανακαλύψεων. Το πέπλο του ουδέτερου αερίου που μέχρι στιγμής έχει συσκοτίσει τη θέα των πρώτων αστεριών και γαλαξιών θα εξαλειφθεί από τις υπέρυθρες δυνατότητες του Webb και την τεράστια φωτεινότητά του. Θα είναι το μεγαλύτερο, πιο ευαίσθητο τηλεσκόπιο που κατασκευάστηκε ποτέ, με τεράστιο εύρος μήκους κύματος από 0,6 έως 28 μικρά (το ανθρώπινο μάτι βλέπει 0,4 έως 0,7 μικρά). Αναμένεται να προσφέρει μια δεκαετία παρατηρήσεων.
Σύμφωνα με τη NASA, η διάρκεια ζωής της αποστολής Webb θα είναι από 5,5 έως 10 χρόνια. Περιορίζεται από την ποσότητα του προωθητικού που απαιτείται για τη διατήρηση της τροχιάς και τη διάρκεια ζωής των ηλεκτρονικών και του εξοπλισμού στο σκληρό περιβάλλον του διαστήματος. Το τροχιακό τηλεσκόπιο James Webb θα μεταφέρει καύσιμο για ολόκληρη τη 10ετή περίοδο και 6 μήνες μετά την εκτόξευση θα πραγματοποιηθεί δοκιμή υποστήριξης πτήσης, η οποία εγγυάται 5 χρόνια επιστημονικής εργασίας.
Τι θα μπορούσε να πάει στραβά;
Ο κύριος περιοριστικός παράγοντας είναι η ποσότητα καυσίμου στο πλοίο. Όταν τελειώσει, ο δορυφόρος θα απομακρυνθεί από το σημείο L2 Lagrange, μπαίνοντας σε μια χαοτική τροχιά σε άμεση γειτνίαση με τη Γη.
Έλα με αυτό, μπορεί να συμβούν άλλα προβλήματα:
- υποβάθμιση των κατόπτρων, η οποία θα επηρεάσει την ποσότητα του συλλεγόμενου φωτός και θα δημιουργήσει τεχνουργήματα εικόνας, αλλά δεν θα βλάψει την περαιτέρω λειτουργία του τηλεσκοπίου.
- αστοχία μέρους ή του συνόλου της ηλιακής οθόνης, η οποία θα οδηγήσει σε αύξησηθερμοκρασία του διαστημικού σκάφους και περιορίστε το χρησιμοποιήσιμο εύρος μήκους κύματος στο πολύ κοντινό υπέρυθρο (2-3 μm)·
- Αποτυχία συστήματος ψύξης οργάνων Mid-IR, που το καθιστά άχρηστο αλλά δεν επηρεάζει άλλα όργανα (0,6 έως 6 μm).
Η πιο δύσκολη δοκιμή που περιμένει το τηλεσκόπιο James Webb είναι η εκτόξευση και η εισαγωγή σε μια δεδομένη τροχιά. Αυτές οι καταστάσεις δοκιμάστηκαν και ολοκληρώθηκαν με επιτυχία.
Επανάσταση στην επιστήμη
Εάν το τηλεσκόπιο James Webb είναι λειτουργικό, θα υπάρχει αρκετό καύσιμο για να το τροφοδοτήσει από το 2018 έως το 2028. Επιπλέον, υπάρχει η δυνατότητα ανεφοδιασμού, που θα μπορούσε να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του τηλεσκοπίου για άλλη μια δεκαετία. Όπως ακριβώς το Hubble λειτουργεί εδώ και 25 χρόνια, το JWST θα μπορούσε να προσφέρει μια γενιά επαναστατικής επιστήμης. Τον Οκτώβριο του 2018, το όχημα εκτόξευσης Ariane 5 θα εκτοξευτεί σε τροχιά για το μέλλον της αστρονομίας, το οποίο, μετά από περισσότερα από 10 χρόνια σκληρής δουλειάς, είναι έτοιμο να αρχίσει να αποδίδει καρπούς. Το μέλλον των διαστημικών τηλεσκοπίων είναι σχεδόν εδώ.
