„James Webb”: co zobaczy najbardziej zaawansowany teleskop na świecie
duchy odległej przestrzeni
Ktoś kiedyś powiedział: twórcy Hubble'a powinni postawić pomnik w każdym większym mieście na Ziemi. Ma wiele zasług. Na przykład za pomocą tego teleskopu astronomowie wykonali zdjęcie bardzo odległej galaktyki UDFj-39546284. W styczniu 2011 roku naukowcy odkryli, że znajduje się dalej niż poprzedni rekordzista - UDFy-38135539 - o około 150 milionów lat świetlnych. Galaktyka UDFj-39546284 znajduje się 13,4 miliarda lat świetlnych od nas. Oznacza to, że Hubble widział gwiazdy, które istniały ponad 13 miliardów lat temu, 380 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Obiekty te prawdopodobnie już nie są „żywe”: widzimy jedynie światło od dawna martwych luminarzy i galaktyk.
Ale mimo wszystkich swoich zalet Kosmiczny Teleskop Hubble'a jest technologią ostatniego tysiąclecia: został wystrzelony w 1990 roku. Oczywiście technologia przeszła długą drogę na przestrzeni lat. Gdyby teleskop Hubble'a pojawił się w naszych czasach, jego możliwości znacznie przewyższyłyby pierwotną wersję. Tak narodził się „James Webb”.
Korzyści Jamesa Webba
Nowy teleskop, podobnie jak jego poprzednik, jest także orbitalnym obserwatorium w podczerwieni. Oznacza to, że jego głównym zadaniem będzie badanie promieniowania cieplnego. Przypomnijmy, że przedmioty ogrzane do określonej temperatury emitują energię w widmie podczerwieni. Długość fali zależy od temperatury ogrzewania: im jest ona wyższa, tym krótsza jest długość fali i tym intensywniejsze jest promieniowanie.
Istnieje jednak jedna różnica koncepcyjna między teleskopami. Hubble znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej, to znaczy krąży wokół Ziemi na wysokości około 570 km. James Webb zostanie wystrzelony na orbitę halo w punkcie L2 Lagrange'a układu Słońce-Ziemia. Będzie krążyć wokół Słońca iw przeciwieństwie do Hubble'a, Ziemia nie będzie mu przeszkadzać. Od razu pojawia się problem: im dalej obiekt znajduje się od Ziemi, tym trudniej się z nim skontaktować, a więc tym większe ryzyko jego utraty. Dlatego „James Webb” będzie poruszał się wokół Słońca w synchronizacji z naszą planetą. W tym przypadku usunięcie teleskopu z Ziemi wyniesie 1,5 miliona km w kierunku przeciwnym do Słońca. Dla porównania odległość Ziemi od Księżyca wynosi 384 403 km. Oznacza to, że jeśli sprzęt Jamesa Webba ulegnie awarii, najprawdopodobniej nie będzie można go naprawić (chyba że zdalnie, co nakłada poważne ograniczenia techniczne). Dlatego obiecujący teleskop jest nie tylko niezawodny, ale także bardzo niezawodny. Po części wynika to z ciągłych przesunięć daty premiery.
„James Webb” ma jeszcze jedną ważną różnicę. Sprzęt pozwoli mu skoncentrować się na bardzo starożytnych i zimnych obiektach, których Hubble nie mógł zobaczyć. Dowiemy się więc, kiedy i gdzie pojawiły się pierwsze gwiazdy, kwazary, galaktyki, gromady i supergromady galaktyk.
Najciekawszym znaleziskiem, jakiego może dokonać nowy teleskop, są egzoplanety. Mówiąc dokładniej, mówimy o określeniu ich gęstości, co pozwoli zrozumieć, jaki rodzaj obiektu znajduje się przed nami i czy taka planeta może potencjalnie nadawać się do zamieszkania. Z pomocą Jamesa Webba naukowcy mają również nadzieję zebrać dane na temat masy i średnic odległych planet, co otworzy nowe dane na temat macierzystej galaktyki.
Wyposażenie teleskopu pozwoli na wykrywanie zimnych egzoplanet o temperaturze powierzchni dochodzącej do 27°C (średnia temperatura na powierzchni naszej planety to 15°C). „James Webb” będzie w stanie znaleźć takie obiekty znajdujące się w odległości ponad 12 jednostek astronomicznych (czyli odległości od Ziemi do Słońca) od swoich gwiazd i usunięte z Ziemi w odległości do 15 lat świetlnych. Poważne plany dotyczą atmosfery planet. Teleskopy Spitzera i Hubble'a były w stanie zebrać informacje o około stu gazowych powłokach. Według ekspertów nowy teleskop będzie w stanie zbadać co najmniej trzysta atmosfer różnych egzoplanet.
Osobnym punktem są poszukiwania hipotetycznych populacji gwiazd typu III, które powinny składać się na pierwszą generację gwiazd, które pojawiły się po Wielkim Wybuchu. Według naukowców są to bardzo ciężkie luminarze o krótkiej żywotności, które oczywiście już nie istnieją. Obiekty te miały dużą masę ze względu na brak węgla potrzebnego do klasycznej reakcji termojądrowej, w której ciężki wodór zamieniany jest w lekki hel, a nadmiar masy zamieniany jest w energię. Oprócz tego nowy teleskop będzie mógł szczegółowo badać niezbadane wcześniej miejsca narodzin gwiazd, co jest również bardzo ważne dla astronomii.
Główne zadania nowego teleskopu:
— Wyszukiwanie i badanie najstarszych galaktyk;
— Szukaj egzoplanet podobnych do Ziemi;
— Wykrywanie populacji gwiazd trzeciego typu;
— Badania „gwiezdnych kołysek”
Cechy konstrukcyjne
Urządzenie zostało opracowane przez dwie amerykańskie firmy – Northrop Grumman i Bell Aerospace. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba to prawdziwe dzieło inżynierii. Nowy teleskop waży 6,2 t – dla porównania Hubble ma masę 11 t. Ale jeśli stary teleskop można porównać rozmiarami do ciężarówki, to nowy można porównać do kortu tenisowego. Jego długość dochodzi do 20 m, a wysokość dorównuje trzypiętrowemu domowi. Największą częścią Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba jest ogromna tarcza słoneczna. To podstawa całej konstrukcji, stworzonej z folii polimerowej. Z jednej strony pokryty cienką warstwą aluminium, z drugiej metalicznego krzemu.
Osłona przeciwsłoneczna ma kilka warstw. Pustki między nimi są wypełnione próżnią. Jest to konieczne, aby chronić sprzęt przed „szokiem termicznym”. Takie podejście pozwala schłodzić superczułe matryce do –220°C, co jest bardzo ważne, jeśli chodzi o obserwacje odległych obiektów. Faktem jest, że pomimo doskonałych czujników nie mogli zobaczyć obiektów z powodu innych „gorących” szczegółów Jamesa Webba.
Pośrodku konstrukcji znajduje się ogromne lustro. To „dodatek” potrzebny do skupienia wiązek światła – lustro prostuje je, tworząc wyraźny obraz. Średnica głównego zwierciadła teleskopu Jamesa Webba wynosi 6,5 m. Zawiera 18 bloków: podczas startu rakiety segmenty te będą miały zwartą formę i otworzą się dopiero po wejściu urządzenia na orbitę. Każdy segment ma sześć rogów - ma to na celu optymalne wykorzystanie dostępnej przestrzeni. A zaokrąglony kształt lustra pozwala jak najlepiej skupić światło na detektorach.
Do wykonania lustra wybrano beryl, stosunkowo twardy metal o jasnoszarym kolorze, który między innymi charakteryzuje się wysokimi kosztami. Wśród zalet tego wyboru jest to, że beryl zachowuje swój kształt nawet w bardzo niskich temperaturach, co jest bardzo ważne dla prawidłowego zbierania informacji.
instrumenty naukoweg
Recenzja obiecującego teleskopu byłaby niepełna, gdybyśmy nie skupili się na jego głównych narzędziach:
MIRI. To jest urządzenie średniej podczerwieni. Zawiera kamerę i spektrograf. MIRI zawiera kilka zestawów detektorów arsenowo-krzemowych. Dzięki czujnikom tego urządzenia astronomowie mają nadzieję rozważyć przesunięcie ku czerwieni odległych obiektów: gwiazd, galaktyk, a nawet małych komet. Kosmologiczne przesunięcie ku czerwieni to spadek częstotliwości promieniowania, co tłumaczy się dynamicznym oddalaniem się źródeł od siebie w wyniku rozszerzania się Wszechświata. Co najciekawsze, nie chodzi tylko o naprawienie odległego obiektu, ale o pozyskanie dużej ilości danych o jego właściwościach.
NIRCam, czyli kamera bliskiej podczerwieni, jest główną jednostką obrazującą teleskopu. NIRCam to kompleks czujników rtęciowo-kadmowo-telurowych. Zakres roboczy urządzenia NIRCam to 0,6-5 µm. Trudno sobie nawet wyobrazić, jakie tajemnice NIRCam pomoże rozwikłać. Naukowcy chcą go wykorzystać np. do stworzenia mapy ciemnej materii metodą tzw. soczewkowania grawitacyjnego, czyli tzw. znajdowanie skupisk ciemnej materii na podstawie ich pola grawitacyjnego, zauważalnego przez krzywiznę trajektorii bliskiego promieniowania elektromagnetycznego.
Specyfikacja NIR Bez spektrografu bliskiej podczerwieni niemożliwe byłoby określenie właściwości fizycznych obiektów astronomicznych, takich jak masa czy skład chemiczny. NIRSpec może zapewnić spektroskopię średniej rozdzielczości w zakresie długości fal od 1 do 5 µm i niskiej rozdzielczości w zakresie długości fal 0,6-5 µm. Urządzenie składa się z wielu komórek z indywidualnym sterowaniem, co pozwala skupić się na konkretnych obiektach, „odsłaniając” niepotrzebne promieniowanie.
FGS/NIRISS. Jest to para składająca się z precyzyjnego czujnika wskazującego i przetwornika obrazu bliskiej podczerwieni ze spektrografem bez szczelin. Dzięki czujnikowi Fine Guidance Sensor (FGS) teleskop będzie w stanie ustawić ostrość tak dokładnie, jak to możliwe, a dzięki NIRISS naukowcy zamierzają przeprowadzić pierwsze testy orbitalne teleskopu, które dadzą ogólne pojęcie o jego stanie. Oczekuje się również, że urządzenie obrazujące odegra ważną rolę w obserwacjach odległych planet.
Formalnie teleskop ma działać od pięciu do dziesięciu lat. Jednak, jak pokazuje praktyka, okres ten można przedłużać w nieskończoność. A „James Webb” może dostarczyć nam o wiele bardziej przydatnych i po prostu interesujących informacji, niż ktokolwiek mógłby sobie wyobrazić. Co więcej, teraz nawet nie sposób sobie wyobrazić, jaki „potwór” zastąpi samego „Jamesa Webba” i jaką astronomiczną sumę będzie kosztowała jego budowa.
Wiosną 2018 roku cena projektu wzrosła do niewyobrażalnych 9,66 miliarda dolarów.Dla porównania roczny budżet NASA wynosi około 20 miliardów dolarów, a Hubble kosztował w momencie budowy 2,5 miliarda dolarów.Innymi słowy, James Webb wszedł już do historia jako najdroższy teleskop i jeden z najdroższych projektów w historii eksploracji kosmosu. Więcej kosztują tylko program księżycowy, Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, wahadłowce i globalny system pozycjonowania GPS. Jednak „James Webb” ma wszystko przed sobą: jego cena może wzrosnąć jeszcze bardziej. I choć w jego budowie brali udział eksperci z 17 krajów, lwia część finansowania nadal spoczywa na barkach Stanów Zjednoczonych. Należy założyć, że tak będzie nadal.
Ktoś kiedyś powiedział: twórcy Hubble'a powinni postawić pomnik w każdym większym mieście na Ziemi. Ma wiele zasług. Na przykład za pomocą tego teleskopu astronomowie wykonali zdjęcie bardzo odległej galaktyki UDFj-39546284. W styczniu 2011 roku naukowcy odkryli, że znajduje się dalej niż poprzedni rekordzista - UDFy-38135539 - o około 150 milionów lat świetlnych. Galaktyka UDFj-39546284 znajduje się 13,4 miliarda lat świetlnych od nas. Oznacza to, że Hubble widział gwiazdy, które istniały ponad 13 miliardów lat temu, 380 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Obiekty te prawdopodobnie już nie są „żywe”: widzimy jedynie światło od dawna martwych luminarzy i galaktyk.
Ale mimo wszystkich swoich zalet Kosmiczny Teleskop Hubble'a jest technologią ostatniego tysiąclecia: został wystrzelony w 1990 roku. Oczywiście technologia przeszła długą drogę na przestrzeni lat. Gdyby teleskop Hubble'a pojawił się w naszych czasach, jego możliwości znacznie przewyższyłyby pierwotną wersję. Tak narodził się „James Webb”.
Korzyści Jamesa Webba
Nowy teleskop, podobnie jak jego poprzednik, jest także orbitalnym obserwatorium w podczerwieni. Oznacza to, że jego głównym zadaniem będzie badanie promieniowania cieplnego. Przypomnijmy, że przedmioty ogrzane do określonej temperatury emitują energię w widmie podczerwieni. Długość fali zależy od temperatury ogrzewania: im jest ona wyższa, tym krótsza jest długość fali i tym intensywniejsze jest promieniowanie.
Istnieje jednak jedna różnica koncepcyjna między teleskopami. Hubble znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej, to znaczy krąży wokół Ziemi na wysokości około 570 km. James Webb zostanie wystrzelony na orbitę halo w punkcie L2 Lagrange'a układu Słońce-Ziemia. Będzie krążyć wokół Słońca iw przeciwieństwie do Hubble'a, Ziemia nie będzie mu przeszkadzać. Od razu pojawia się problem: im dalej obiekt znajduje się od Ziemi, tym trudniej się z nim skontaktować, a więc tym większe ryzyko jego utraty. Dlatego „James Webb” będzie poruszał się wokół Słońca w synchronizacji z naszą planetą. W tym przypadku usunięcie teleskopu z Ziemi wyniesie 1,5 miliona km w kierunku przeciwnym do Słońca. Dla porównania odległość Ziemi od Księżyca wynosi 384 403 km. Oznacza to, że jeśli sprzęt Jamesa Webba ulegnie awarii, najprawdopodobniej nie będzie można go naprawić (chyba że zdalnie, co nakłada poważne ograniczenia techniczne). Dlatego obiecujący teleskop jest nie tylko niezawodny, ale także bardzo niezawodny. Po części wynika to z ciągłych przesunięć daty premiery.
„James Webb” ma jeszcze jedną ważną różnicę. Sprzęt pozwoli mu skoncentrować się na bardzo starożytnych i zimnych obiektach, których Hubble nie mógł zobaczyć. Dowiemy się więc, kiedy i gdzie pojawiły się pierwsze gwiazdy, kwazary, galaktyki, gromady i supergromady galaktyk.
Najciekawszym znaleziskiem, jakiego może dokonać nowy teleskop, są egzoplanety. Mówiąc dokładniej, mówimy o określeniu ich gęstości, co pozwoli zrozumieć, jaki rodzaj obiektu znajduje się przed nami i czy taka planeta może potencjalnie nadawać się do zamieszkania. Z pomocą Jamesa Webba naukowcy mają również nadzieję zebrać dane na temat masy i średnic odległych planet, co otworzy nowe dane na temat macierzystej galaktyki.
Wyposażenie teleskopu pozwoli na wykrywanie zimnych egzoplanet o temperaturze powierzchni dochodzącej do 27°C (średnia temperatura na powierzchni naszej planety to 15°C). „James Webb” będzie w stanie znaleźć takie obiekty znajdujące się w odległości ponad 12 jednostek astronomicznych (czyli odległości od Ziemi do Słońca) od swoich gwiazd i usunięte z Ziemi w odległości do 15 lat świetlnych. Poważne plany dotyczą atmosfery planet. Teleskopy Spitzera i Hubble'a były w stanie zebrać informacje o około stu gazowych powłokach. Według ekspertów nowy teleskop będzie w stanie zbadać co najmniej trzysta atmosfer różnych egzoplanet.
Osobnym punktem są poszukiwania hipotetycznych populacji gwiazd typu III, które powinny składać się na pierwszą generację gwiazd, które pojawiły się po Wielkim Wybuchu. Według naukowców są to bardzo ciężkie luminarze o krótkiej żywotności, które oczywiście już nie istnieją. Obiekty te miały dużą masę ze względu na brak węgla potrzebnego do klasycznej reakcji termojądrowej, w której ciężki wodór zamieniany jest w lekki hel, a nadmiar masy zamieniany jest w energię. Oprócz tego nowy teleskop będzie mógł szczegółowo badać niezbadane wcześniej miejsca narodzin gwiazd, co jest również bardzo ważne dla astronomii.
Główne zadania nowego teleskopu:
— Wyszukiwanie i badanie najstarszych galaktyk;
— Szukaj egzoplanet podobnych do Ziemi;
— Wykrywanie populacji gwiazd trzeciego typu;
— Badania „gwiezdnych kołysek”
Cechy konstrukcyjne
Urządzenie zostało opracowane przez dwie amerykańskie firmy – Northrop Grumman i Bell Aerospace. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba to prawdziwe dzieło inżynierii. Nowy teleskop waży 6,2 t – dla porównania Hubble ma masę 11 t. Ale jeśli stary teleskop można porównać rozmiarami do ciężarówki, to nowy można porównać do kortu tenisowego. Jego długość dochodzi do 20 m, a wysokość dorównuje trzypiętrowemu domowi. Największą częścią Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba jest ogromna tarcza słoneczna. To podstawa całej konstrukcji, stworzonej z folii polimerowej. Z jednej strony pokryty cienką warstwą aluminium, z drugiej metalicznego krzemu.
Osłona przeciwsłoneczna ma kilka warstw. Pustki między nimi są wypełnione próżnią. Jest to konieczne, aby chronić sprzęt przed „szokiem termicznym”. Takie podejście pozwala schłodzić superczułe matryce do –220°C, co jest bardzo ważne, jeśli chodzi o obserwacje odległych obiektów. Faktem jest, że pomimo doskonałych czujników nie mogli zobaczyć obiektów z powodu innych „gorących” szczegółów Jamesa Webba.
Pośrodku konstrukcji znajduje się ogromne lustro. To „dodatek” potrzebny do skupienia wiązek światła – lustro prostuje je, tworząc wyraźny obraz. Średnica głównego zwierciadła teleskopu Jamesa Webba wynosi 6,5 m. Zawiera 18 bloków: podczas startu rakiety segmenty te będą miały zwartą formę i otworzą się dopiero po wejściu urządzenia na orbitę. Każdy segment ma sześć rogów - ma to na celu optymalne wykorzystanie dostępnej przestrzeni. A zaokrąglony kształt lustra pozwala jak najlepiej skupić światło na detektorach.
Do wykonania lustra wybrano beryl, stosunkowo twardy metal o jasnoszarym kolorze, który między innymi charakteryzuje się wysokimi kosztami. Wśród zalet tego wyboru jest to, że beryl zachowuje swój kształt nawet w bardzo niskich temperaturach, co jest bardzo ważne dla prawidłowego zbierania informacji.
instrumenty naukoweg
Recenzja obiecującego teleskopu byłaby niepełna, gdybyśmy nie skupili się na jego głównych narzędziach:
MIRI. To jest urządzenie średniej podczerwieni. Zawiera kamerę i spektrograf. MIRI zawiera kilka zestawów detektorów arsenowo-krzemowych. Dzięki czujnikom tego urządzenia astronomowie mają nadzieję rozważyć przesunięcie ku czerwieni odległych obiektów: gwiazd, galaktyk, a nawet małych komet. Kosmologiczne przesunięcie ku czerwieni to spadek częstotliwości promieniowania, co tłumaczy się dynamicznym oddalaniem się źródeł od siebie w wyniku rozszerzania się Wszechświata. Co najciekawsze, nie chodzi tylko o naprawienie odległego obiektu, ale o pozyskanie dużej ilości danych o jego właściwościach.
NIRCam, czyli kamera bliskiej podczerwieni, jest główną jednostką obrazującą teleskopu. NIRCam to kompleks czujników rtęciowo-kadmowo-telurowych. Zakres roboczy urządzenia NIRCam to 0,6-5 µm. Trudno sobie nawet wyobrazić, jakie tajemnice NIRCam pomoże rozwikłać. Naukowcy chcą go wykorzystać np. do stworzenia mapy ciemnej materii metodą tzw. soczewkowania grawitacyjnego, czyli tzw. znajdowanie skupisk ciemnej materii na podstawie ich pola grawitacyjnego, zauważalnego przez krzywiznę trajektorii bliskiego promieniowania elektromagnetycznego.
Specyfikacja NIR Bez spektrografu bliskiej podczerwieni niemożliwe byłoby określenie właściwości fizycznych obiektów astronomicznych, takich jak masa czy skład chemiczny. NIRSpec może zapewnić spektroskopię średniej rozdzielczości w zakresie długości fal od 1 do 5 µm i niskiej rozdzielczości w zakresie długości fal 0,6-5 µm. Urządzenie składa się z wielu komórek z indywidualnym sterowaniem, co pozwala skupić się na konkretnych obiektach, „odsłaniając” niepotrzebne promieniowanie.
FGS/NIRISS. Jest to para składająca się z precyzyjnego czujnika wskazującego i przetwornika obrazu bliskiej podczerwieni ze spektrografem bez szczelin. Dzięki czujnikowi Fine Guidance Sensor (FGS) teleskop będzie w stanie ustawić ostrość tak dokładnie, jak to możliwe, a dzięki NIRISS naukowcy zamierzają przeprowadzić pierwsze testy orbitalne teleskopu, które dadzą ogólne pojęcie o jego stanie. Oczekuje się również, że urządzenie obrazujące odegra ważną rolę w obserwacjach odległych planet.
Formalnie teleskop ma działać od pięciu do dziesięciu lat. Jednak, jak pokazuje praktyka, okres ten można przedłużać w nieskończoność. A „James Webb” może dostarczyć nam o wiele bardziej przydatnych i po prostu interesujących informacji, niż ktokolwiek mógłby sobie wyobrazić. Co więcej, teraz nawet nie sposób sobie wyobrazić, jaki „potwór” zastąpi samego „Jamesa Webba” i jaką astronomiczną sumę będzie kosztowała jego budowa.
Wiosną 2018 roku cena projektu wzrosła do niewyobrażalnych 9,66 miliarda dolarów.Dla porównania roczny budżet NASA wynosi około 20 miliardów dolarów, a Hubble kosztował w momencie budowy 2,5 miliarda dolarów.Innymi słowy, James Webb wszedł już do historia jako najdroższy teleskop i jeden z najdroższych projektów w historii eksploracji kosmosu. Więcej kosztują tylko program księżycowy, Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, wahadłowce i globalny system pozycjonowania GPS. Jednak „James Webb” ma wszystko przed sobą: jego cena może wzrosnąć jeszcze bardziej. I choć w jego budowie brali udział eksperci z 17 krajów, lwia część finansowania nadal spoczywa na barkach Stanów Zjednoczonych. Należy założyć, że tak będzie nadal.
informacja