Призраци в дълбокия космос
Някой веднъж каза: създателите на Хъбъл трябва да издигнат паметник във всеки голям град на Земята. Той има много достойнства. Например с помощта на този телескоп астрономите са направили снимка на много далечната галактика UDFj-39546284. През януари 2011 г. учените установиха, че той се намира по -далеч от предишния рекордьор - UDFy -38135539 - с около 150 милиона светлинни години. Галактиката UDFj-39546284 е на 13,4 милиарда светлинни години от нас. Тоест Хъбъл е видял звезди, съществували преди повече от 13 милиарда години, 380 милиона години след Големия взрив. Вероятно тези обекти не са „живи“дълго време: виждаме само светлината на отдавна мъртви звезди и галактики.
Но въпреки всичките си достойнства, космическият телескоп Хъбъл е технологията от миналото хилядолетие: стартиран е през 1990 г. Разбира се, технологиите постигнаха голям напредък през годините. Ако телескопът Хъбъл се появи в наше време, неговите възможности щяха да надминат оригиналната версия по колосален начин. Така се появи Джеймс Уеб.
Защо "Джеймс Уеб" е полезен
Новият телескоп, подобно на своя предшественик, също е орбитална инфрачервена обсерватория. Това означава, че основната му задача ще бъде да изследва топлинната радиация. Припомнете си, че нагретите до определена температура обекти излъчват енергия в инфрачервения спектър. Дължината на вълната зависи от температурата на нагряване: колкото е по -висока, толкова по -къса е дължината на вълната и по -интензивно е излъчването.
Има обаче една концептуална разлика между телескопите. Хъбъл е на ниска земна орбита, тоест обикаля около Земята на височина около 570 км. Джеймс Уеб ще бъде изстрелян на ореолна орбита в точката L2 Лагранж на системата Слънце-Земя. Той ще се върти около Слънцето и за разлика от ситуацията с Хъбъл, Земята няма да му пречи. Веднага възниква проблемът: колкото по -далеч е обектът от Земята, толкова по -трудно е да се докосне до него, следователно, по -голям е рискът от загуба. Следователно „Джеймс Уеб“ще се движи около звездата в синхрон с нашата планета. В този случай разстоянието на телескопа от Земята ще бъде 1,5 милиона км в обратна посока от Слънцето. За сравнение, разстоянието от Земята до Луната е 384 403 км. Тоест, ако оборудването на James Webb се повреди, то най -вероятно няма да бъде поправено (с изключение на дистанционното, което налага сериозни технически ограничения). Следователно обещаващ телескоп е направен не само надежден, но и супер надежден. Това отчасти се дължи на постоянното отлагане на датата на стартиране.
Джеймс Уеб има друга важна разлика. Оборудването ще му позволи да се концентрира върху много древни и студени предмети, които Хъбъл не може да види. По този начин ще разберем кога и къде са се появили първите звезди, квазари, галактики, клъстери и суперклъстери от галактики.
Най -интересните находки, които новият телескоп може да направи, са екзопланети. За да бъдем по -точни, говорим за определяне на тяхната плътност, което ще ни позволи да разберем какъв тип обект е пред нас и дали такава планета може да бъде потенциално обитаема. С помощта на Джеймс Уеб учените също се надяват да съберат данни за масите и диаметрите на далечни планети и това ще отвори нови данни за родната галактика.
Оборудването на телескопа ще позволи откриване на студени екзопланети с повърхностни температури до 27 ° C (средната температура на повърхността на нашата планета е 15 ° C).„Джеймс Уеб“ще може да намери такива обекти, разположени на разстояние повече от 12 астрономически единици (тоест разстоянието от Земята до Слънцето) от техните звезди и далеч от Земята на разстояние до 15 светлинни години. Сериозни планове касаят атмосферата на планетите. Телескопите Spitzer и Hubble успяха да съберат информация за около сто газови плика. Според експерти новият телескоп ще може да изследва поне триста атмосфери на различни екзопланети.
Отделен момент, който си струва да се подчертае, е търсенето на хипотетични звездни популации от тип III, които трябва да съставят първото поколение звезди, появили се след Големия взрив. Според учените това са много тежки светила с кратък живот, които, разбира се, вече не съществуват. Тези обекти имаха голяма маса поради липсата на въглерод, необходим за класическата термоядрена реакция, при която тежкият водород се превръща в лек хелий, а излишната маса се превръща в енергия. В допълнение към всичко това, новият телескоп ще може да изучава подробно преди това неизследвани места, където се раждат звезди, което също е много важно за астрономията.
- Търсене и проучване на най -древните галактики;
- Търсене на земни екзопланети;
- Откриване на звездни популации от трети тип;
- Проучване на „звездните люлки“
Характеристики на дизайна
Устройството е разработено от две американски компании - Northrop Grumman и Bell Aerospace. Космическият телескоп Джеймс Уеб е шедьовър на инженерството. Новият телескоп тежи 6, 2 тона - за сравнение, Хъбъл има маса от 11 т. Но ако старият телескоп може да бъде сравнен по размер с камион, то новият е сравним с тенис корта. Дължината му достига 20 м, а височината му е същата като тази на триетажна сграда. Най -голямата част от космическия телескоп Джеймс Уеб е огромен слънчев щит. Това е основата на цялата структура, създадена от полимерен филм. От едната страна е покрит с тънък слой алуминий, а от другата - метален силиций.
Слънчевият щит има няколко слоя. Празнотите между тях се запълват с вакуум. Това е необходимо, за да се предпази оборудването от "топлинен удар". Този подход позволява да се охладят ултрачувствителни матрици до –220 ° C, което е много важно, когато става въпрос за наблюдение на отдалечени обекти. Факт е, че въпреки перфектните сензори, те не можеха да видят обекти поради други „горещи“детайли на „Джеймс Уеб“.
В центъра на конструкцията е огромно огледало. Това е „надстройка“, която е необходима за фокусиране на лъчи светлина - огледалото ги изправя, създавайки ясна картина. Диаметърът на основното огледало на телескопа Джеймс Уеб е 6,5 м. Той включва 18 блока: по време на изстрелването на ракетата -носител тези сегменти ще бъдат в компактна форма и ще се отворят едва след като космическият кораб влезе в орбита. Всеки сегмент има шест ъгъла, за да се използва най -добре наличното пространство. Заоблената форма на огледалото позволява най -доброто фокусиране на светлината върху детекторите.
За производството на огледалото е избран берилий - сравнително твърд метал със светлосив цвят, който, наред с други неща, се характеризира с висока цена. Сред предимствата на този избор е фактът, че берилият запазва формата си дори при много ниски температури, което е много важно за правилното събиране на информация.
Научни инструменти
Прегледът на обещаващ телескоп би бил непълен, ако не се съсредоточим върху основните му инструменти:
МИРИ. Това е средно инфрачервено устройство. Той включва камера и спектрограф. MIRI включва няколко масива детектори от арсен-силиций. Благодарение на сензорите на това устройство, астрономите се надяват да обмислят червеното изместване на отдалечени обекти: звезди, галактики и дори малки комети. Космологичното червено изместване се нарича намаляване на честотите на излъчване, което се обяснява с динамичното разстояние на източниците един от друг поради разширяването на Вселената. Най -интересното е, че не става въпрос само за фиксиране на този или онзи отдалечен обект, а за получаване на голямо количество данни за неговите свойства.
NIRCam или близката инфрачервена камера е основната единица за изобразяване на телескопа. NIRCam е комплекс от сензори живак-кадмий-телур. Работният обхват на устройството NIRCam е 0,6-5 микрона. Трудно е дори да си представим какви тайни ще помогне NIRCam да разкрие. Учените например искат да го използват за създаване на карта на тъмната материя, използвайки т. Нар. Метод на гравитационно леене, т.е. намиране на съсиреци от тъмна материя чрез тяхното гравитационно поле, забележимо по кривината на траекторията на близката електромагнитна радиация.
NIRSpec. Без близо инфрачервен спектрограф би било невъзможно да се определят физическите свойства на астрономическите обекти, като маса или химичен състав. NIRSpec може да осигури спектроскопия със средна разделителна способност в диапазона на дължините на вълните 1-5 μm и спектроскопия с ниска разделителна способност с дължини на вълните 0.6-5 μm. Устройството се състои от много клетки с индивидуален контрол, което ви позволява да се фокусирате върху конкретни обекти, "филтрирайки" ненужното излъчване.
FGS / NIRISS. Това е двойка, състояща се от прецизен насочващ сензор и близко инфрачервено изобразяващо устройство със спектрограф без прорези. Благодарение на сензора за прецизно насочване (FGS) телескопът ще може да фокусира възможно най -точно, а благодарение на NIRISS учените възнамеряват да проведат първите орбитални тестове на телескопа, които ще дадат обща представа за състоянието му. Смята се също, че устройството за изобразяване ще играе важна роля при наблюдението на далечни планети.
Официално те възнамеряват да експлоатират телескопа от пет до десет години. Въпреки това, както показва практиката, този период може да бъде удължен за неопределено време. А „Джеймс Уеб“може да ни предостави много по -полезна и просто интересна информация, отколкото всеки може да си представи. Освен това сега е невъзможно дори да си представим какво „чудовище“ще замени „Джеймс Уеб“и колко ще струва изграждането му.
Още през пролетта на 2018 г. цената на проекта нараства до невъобразими 9,66 млрд. Долара. За сравнение, годишният бюджет на НАСА е приблизително 20 млрд. Долара, а „Хъбъл“по време на строителството е на стойност 2,5 млрд. Долара. С други думи, Джеймс Уеб вече е влязъл в историята като най -скъпият телескоп и един от най -скъпите проекти в историята на космическите изследвания. Само лунната програма, Международната космическа станция, совалките и глобалната система за позициониране на GPS струват повече. „Джеймс Уеб“обаче има всичко пред себе си: цената му може да се повиши още повече. И въпреки че в изграждането му участваха експерти от 17 държави, лъвският дял от финансирането все още лежи на плещите на САЩ. Предполага се, че това ще продължи да бъде така.
