Касмічны тэлескоп Джэймса Вебб (James Webb Space Telescope): дата запуску, абсталяванне

З кожным дадатковым сантыметрам апертуры, кожнай дадатковай секундай часу назірання і кожным дадатковым атамам атмасферных перашкод, выдаленым з поля агляду тэлескопа, лепш, глыбей і больш зразумела можна будзе ўбачыць Сусвет.

25 гадоў «Хабл»

Калі тэлескоп «Хабл» пачаў функцыянаваць у 1990 годзе, ён адкрыў новую эру ў астраноміі - касмічную. Ня трэба было больш змагацца з атмасферай, турбавацца аб аблоках або электрамагнітных мігацення. Усё, што патрабавалася, - гэта разгарнуць спадарожнік на мэту, стабілізаваць яго і збіраць фатоны. За 25 гадоў касмічныя тэлескопы пачалі ахопліваць увесь электрамагнітны спектр, што дазволіла ўпершыню разгледзець Сусвет на кожнай даўжыні хвалі святла.

Але паколькі наша веданне павялічылася, вырасла і наша разуменне невядомага. Чым далей мы зазіраем ў сусвет, тым больш глыбокае мінулае мы бачым: канчатковае колькасць часу з моманту Вялікага выбуху ў спалучэнні з канчатковай хуткасцю святла забяспечвае мяжа таго, што мы можам назіраць. Больш за тое, пашырэнне самага прасторы працуе супраць нас, расцягваючы даўжыню хвалі святла зорак, пакуль ён падарожнічае па Сусвету да нашых вачэй. Нават касмічны тэлескоп «Хабл», які дае нам самае глыбокае, самае захапляльнае малюнак Сусвету, якое мы калі-небудзь адкрывалі, у гэтых адносінах абмежаваны.

Недахопы «Хабла»

«Хабл» - дзіўны тэлескоп, але ён мае шэраг прынцыповых абмежаванняў:

• Ўсяго 2,4 м у дыяметры, што абмяжоўвае яго магчымай здольнасцю.
• Нягледзячы на пакрыццё святлоадбівальнымі матэрыяламі, ён увесь час знаходзіцца пад прамымі сонечнымі прамянямі, якія яго награваюць. Гэта значыць, што з-за цеплавых эфектаў ён не можа назіраць даўжыню хвалі святла больш за 1,6 мкм.
• Спалучэнне абмежаванай святласілу і даўжынь хваль, да якіх ён адчувальны, азначае, што тэлескоп можа ўбачыць галактыкі узростам не старэйшыя за 500 млн гадоў.

Гэтыя галактыкі выдатныя, далёкія і існавалі тады, калі Сусвету было ўсяго каля 4% ад яе цяперашняга ўзросту. Але вядома, што зоркі і галактыкі існавалі яшчэ раней.

Каб убачыць гэта, тэлескоп павінен валодаць больш высокай адчувальнасцю. Гэта азначае пераход на больш доўгія хвалі і больш нізкія тэмпературы, чым у «Хабла». Менавіта таму і ствараецца касмічны тэлескоп Джэймса Вебб.

Перспектывы для навукі

James Webb Space Telescope (JWST) прызначаны для пераадолення менавіта гэтых абмежаванняў: з дыяметрам 6,5 м тэлескоп дазваляе збіраць у 7 разоў больш святла, чым "Хабл". Ён адкрывае магчымасць ультра-спектраскапіі высокага дазволу ад 600 нм да 6 мкм (у 4 разы больш даўжыні хвалі, якую здольны ўбачыць "Хабл"), праводзіць назіранні ў сярэдняй інфрачырвонай вобласці спектру з больш высокай адчувальнасцю, чым калі-небудзь раней. JWST выкарыстоўвае пасіўнае астуджэнне да тэмпературы паверхні Плутона і здольны актыўна астуджаць прыборы сярэдняй інфрачырвонай вобласці аж да 7 K. Тэлескоп Джэймса Вебб дасць магчымасць займацца навукай так, як ніхто раней гэтага не рабіў.

Ён дасць магчымасць:

• назіраць самыя раннія галактыкі, калі-небудзь якія сфармаваліся;
• бачыць скрозь нейтральны газ і зандаваць першыя зоркі і реионизацию Сусвету;
• праводзіць Спектраскапічныя аналіз самых першых зорак (насельніцтва III), якія ўтварыліся пасля Вялікага выбуху;
• атрымаць дзіўныя сюрпрызы, падобныя адкрыцця самых ранніх сверхмассивных чорных дзюр і квазараў ў Сусвеце.

Ўзровень навуковых даследаванняў JWST не падобны ні на што ў мінулым, і таму тэлескоп быў абраны ў якасці флагманскай місіі НАСА 2010-х гадоў.

навуковы шэдэўр

З тэхнічнага пункту гледжання, новы тэлескоп Джэймса Вебб ўяўляе сабой сапраўдны твор мастацтва. Праект прайшоў доўгі шлях: былі перарасход бюджэту, адставання ад графіка і небяспека адмены праекта. Пасля ўмяшання новага кіраўніцтва ўсё змянілася. Праект раптам зарабіў як гадзіннік, былі выдзелены сродкі, улічаныя памылкі, няўдачы і праблемы, і каманда JWST стала ўкладвацца ва ўсе тэрміны, графікі і бюджэтныя рамкі. Запуск апарата запланаваны на кастрычнік 2018 года на ракеце «Арыян-5». Каманда не толькі варта раскладзе, у яе ёсць дзевяць месяцаў у запасе, каб ўлічыць усе непрадбачаныя сітуацыі, каб усё было сабрана і падрыхтавана да гэтай даты.

Тэлескоп Джэймса Вебб складаецца з 4 асноўных частак.

аптычны блок

Уключае ўсе люстэрка, з якіх найбольш эфектыўныя васемнаццаць першасных сегментаваць пазалочаных люстэрка. Яны будуць выкарыстоўвацца для збору далёкага зорнага святла і факусіроўка яго на інструментах для аналізу. Усе гэтыя люстэркі ў цяперашні час гатовыя і бездакорныя, зробленыя сапраўды па раскладзе. На завяршэнне кампіляцыі яны будуць складзеныя ў кампактную канструкцыю, каб быць запушчанымі на адлегласць больш за 1 млн км ад Зямлі да кропкі Лагранжа L2, а затым аўтаматычна разгарнуцца з адукацыяй сотавай структуры, якая доўгія гады будзе збіраць звышдалёкія святло. Гэта сапраўды прыгожая рэч і паспяховы вынік тытанічных намаганняў многіх спецыялістаў.

Камера блізкага інфрачырвонага дыяпазону

«Вебб» абсталяваны чатырма навуковымі інструментамі, якія ўжо гатовыя на 100%. Асноўны камерай тэлескопа з'яўляецца камера блізкага ІЧ-дыяпазону: ад бачнага аранжавага святла да глыбокай інфрачырвонай вобласці. Яна дазволіць атрымаць беспрэцэдэнтныя выявы самых ранніх зорак, самых маладых галактык, якія знаходзяцца яшчэ ў працэсе фарміравання, маладых зорак Млечнага Шляху і бліжэйшых галактык, сотняў новых аб'ектаў у поясе Койпера. Яна аптымізавана для непасрэднага атрымання малюнкаў планет вакол іншых зорак. Гэта будзе асноўная камера, выкарыстоўваная большасцю назіральнікаў.

Блізкае інфрачырвоны спектрограф

Дадзены інструмент не толькі падзяляе святло на асобныя даўжыні хваль, але здольны гэта рабіць для больш за 100 асобных аб'ектаў адначасова! Гэты прыбор будзе універсальным спектрограф «Вебб», які здольны працаваць у 3-х розных рэжымах спектраскапіі. Ён быў пабудаваны Еўрапейскім касмічным агенцтвам, але многія кампаненты, уключаючы дэтэктары і батарэя мульты-засаўкі, прадастаўлены Цэнтрам касмічных палётаў ім. Годдард (НАСА). Гэты прыбор быў пратэставаны і гатовы да ўстаноўцы.

Сярэдне-інфрачырвоны інструмент

Прыбор будзе выкарыстоўвацца для шырокапалоснай візуалізацыі, гэта значыць з яго дапамогай будуць атрыманы найбольш ўражлівыя выявы з усіх інструментаў «Вебб». З навуковага пункту гледжання, ён будзе найбольш карысным пры вымярэнні протопланетных дыскаў вакол маладых зорак, вымярэнні і візуалізацыі з беспрэцэдэнтнай дакладнасцю аб'ектаў пояса Койпера і пылу, разагрэтай святлом зорак. Ён будзе адзіным інструментам з крыягенных астуджэннем да 7 К. У параўнанні з касмічным тэлескопам Spitzer, гэта дазволіць палепшыць вынікі ў 100 разоў.

Бесщелевой спектрограф блізкага ІЧ-дыяпазону (NIRISS)

Прыбор дазволіць вырабляць:

• шырокавугольную спектраскапіі ў блізкай інфрачырвонай вобласці даўжынь хваль (1,0 - 2,5 мкм);
• гризм-спектраскапіі аднаго аб'екта ў бачным і інфрачырвоным дыяпазоне (0,6 - 3,0 мкм);
• апертурных-маскіравалыя інтэрфераметрыя на даўжынях хваль 3,8 - 4,8 мкм (дзе чакаюцца першыя зоркі і галактыкі);
• шырокадыяпазоннае здымку ўсяго поля зроку.

Гэты інструмент створаны Канадскім касмічным агенцтвам. Пасля праходжання крыягеннага тэставання ён таксама будзе гатовы да інтэграцыі ў прыборны адсек тэлескопа.

сонцаахоўнае прылада

Касмічныя тэлескопы імі яшчэ не абсталёўваліся. Адной з самых палохалых бакоў кожнага запуску з'яўляецца прымяненне зусім новага матэрыялу. Замест таго, каб астуджаць ўвесь касмічны апарат актыўна з дапамогай аднаразовага выдаткоўванага холадагенту, тэлескоп Джэймса Вебб выкарыстоўвае зусім новую тэхналогію - 5-слойный сонцаахоўны экран, які будзе разгорнуты для адлюстравання сонечнага выпраменьвання ад тэлескопа. Пяць 25-метровых лістоў будуць злучаныя тытанавымі стрыжнямі і ўстаноўлены пасля разгортвання тэлескопа. Абарона тэставалася ў 2008 і 2009 гадах. Поўнамаштабныя мадэлі, якія ўдзельнічалі ў лабараторных выпрабаваннях, выканалі ўсё, што яны павінны былі зрабіць, тут на Зямлі. Гэта прыгожая інавацыя.

Да таго ж гэта яшчэ і неверагодная канцэпцыя: не проста блакаваць святло ад Сонца і змясціць тэлескоп у цені, а зрабіць гэта такім чынам, каб усе цяпло праменіў ў кірунку, процілеглым арыентацыі тэлескопа. Кожны з пяці слаёў у вакууме космасу будзе становіцца халодным па меры выдалення ад вонкавага, які будзе крыху цяплей, чым тэмпература паверхні Зямлі - каля 350-360 K. Тэмпература апошняга пласта павінна апусціцца да 37-40 Да, што халадней, чым уначы на паверхні Плутона.

Акрамя таго, прыняты значныя меры засцярогі для абароны ад неспрыяльнай асяроддзя глыбокага космасу. Адной з рэчаў, пра якія тут варта турбавацца, з'яўляюцца малюсенькія каменьчыкі, памерам з гальку, пясчынкі, парушынкі і яшчэ менш, лятуць праз міжпланетную прастору з хуткасцю дзесяткаў ці нават соцень тысяч км / ч. Гэтыя микрометеориты могуць паказваць малюсенькія, мікраскапічныя адтуліны ва ўсім, з чым яны сутыкаюцца: касмічных апаратах, касцюмах касманаўтаў, люстэрках тэлескопаў і многае іншае. Калі люстэрка атрымаюць толькі ўвагнутасць або адтуліны, што злёгку паменшыць колькасць даступнага «добрага святла», то сонечны шчыт можа парвацца ад краю да краю, што зробіць увесь пласт бескарысным. Для барацьбы з гэтай з'явай была выкарыстаная бліскучая ідэя.

Увесь сонечны шчыт быў падзелены на ўчасткі такім чынам, што, калі ўзнікне невялікі разрыў у адным, двух ці нават трох з іх, пласт не парвецца далей, як трэшчына ў лабавым шкле аўтамабіля. Секционирование захавае ўсю структуру цэлай, што важна для прадухілення дэградацыі.

Касмічны апарат: сістэмы зборкі і кіравання

Гэта самы звычайны кампанент, так як ёсць ва ўсіх касмічных тэлескопаў і навуковых місій. У JWST ён унікальны, але таксама цалкам гатовы. Усё, што засталося зрабіць генеральнаму падрадчыку праекта кампаніі Northrop Grumman, - скончыць шчыт, сабраць тэлескоп і праверыць яго. Апарат будзе гатовы да запуску праз 2 гады.

10 гадоў адкрыццяў

Калі ўсё пойдзе правільна, чалавецтва апынецца на парозе вялікіх навуковых адкрыццяў. Заслона нейтральнага газу, якая да гэтага часу засланяла агляд самых ранніх зорак і галактык, будзе ліквідаваная інфрачырвонымі магчымасцямі «Вебб» і яго велізарнай святласілу. Гэта будзе самы вялікі, самы адчувальны тэлескоп з велізарным дыяпазонам даўжынь хваль ад 0,6 да 28 мікрон (чалавечае вока бачыць ад 0,4 да 0,7 мкм) з калі-небудзь пабудаваных. Чакаецца, што ён забяспечыць дзесяцігоддзе назіранняў.

Згодна з НАСА, тэрмін місіі «Вебб» складзе ад 5,5 да 10 гадоў. Ён абмежаваны колькасцю паліва, якое неабходна для падтрымання арбіты, і тэрмінам службы электронікі і абсталявання ў суровых умовах космасу. Арбітальны тэлескоп Джэймса Вебб будзе несці запас паліва на ўвесь 10-гадовы тэрмін, а праз 6 месяцаў пасля запуску будзе выраблена тэставанне забеспячэння палёту, якое гарантуе 5 гадоў навуковых прац.

Што можа пайсці не так?

Асноўным абмяжоўвалым фактарам з'яўляецца колькасць паліва на борце. Калі яно скончыцца, спадарожнік будзе дрэйфаваць у бок ад пункту Лагранжа L2, выйшаўшы на хаатычнага арбіту ў непасрэднай блізкасці ад Зямлі.

Коме гэтага, могуць адбыцца і іншыя непрыемнасці:

• дэградацыя люстэркаў, якая паўплывае на колькасць збіранага святла і створыць артэфакты малюнка, але не пашкодзіць далейшай эксплуатацыі тэлескопа;
• выхад з ладу часткі або ўсяго сонечнага экрана, што прывядзе да павышэння тэмпературы касмічнага апарата і павузіць які выкарыстоўваецца дыяпазон даўжынь хваляў да вельмі блізкай інфрачырвонай вобласці (2-3 мкм);
• паломка сістэмы астуджэння прылады сярэдняга ІЧ-дыяпазону, што зробіць яго непрыдатным для выкарыстання, але не паўплывае на іншыя інструменты (ад 0,6 да 6 мкм).

Найбольш цяжкае выпрабаванне, якое чакае тэлескоп Джэймса Вебб, - запуск і вывядзенне на зададзеную арбіту. Менавіта гэтыя сітуацыі тэставаліся і былі паспяхова пройдзены.

Рэвалюцыя ў навуцы

Калі тэлескоп імя Джэймса Вебб запрацуе ў штатным рэжыме, паліва хопіць, каб забяспечыць яго працу з 2018 па 2028 год. Акрамя таго, існуе патэнцыйная магчымасць дазапраўкі, якая магла б павялічыць тэрмін службы тэлескопа яшчэ на адно дзесяцігоддзе. Падобна таму, як «Хабл» эксплуатаваўся на працягу 25 гадоў, JWST мог бы забяспечыць пакаленне рэвалюцыйнай навукі. У кастрычніку 2018 года, ракета-носьбіт «Арыян-5» выведзе на арбіту будучыню астраноміі, якое пасля больш за 10 гадоў напружанай працы ўжо гатова пачаць прыносіць плён. Будучыня касмічных тэлескопаў амаль наступіла.