Τηλεσκόπιο James Webb
Τα διαστημικά τηλεσκόπια θα βρίσκονται πάντα στην πρώτη γραμμή της εξερεύνησης του διαστήματος - δεν παρεμποδίζονται από παραμορφώσεις και θολότητα, ή δονήσεις και θόρυβο στην επιφάνεια του πλανήτη. Ήταν εξωγήινες συσκευές που επέτρεψαν τη λήψη λεπτομερών και όμορφων φωτογραφιών από μακρινά νεφελώματα και γαλαξίες που δεν είναι καν ορατές στο ανθρώπινο μάτι στον νυχτερινό ουρανό. Ωστόσο, το 2018, θα ξεκινήσει μια νέα εποχή στην εξερεύνηση του διαστήματος, η οποία θα ωθήσει περαιτέρω τα ορατά όρια του Σύμπαντος - θα εκτοξευθεί το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, κάτοχος ρεκόρ του κλάδου. Επιπλέον, σπάει ρεκόρ όχι μόνο ως προς τα χαρακτηριστικά: το κόστος του έργου φτάνει σήμερα τα 8,8 δισεκατομμύρια δολάρια.
Πριν μιλήσουμε για τη δομή και τη λειτουργικότητα του James Webb, αξίζει να καταλάβουμε σε τι χρησιμεύει. Φαίνεται ότι η μελέτη του Σύμπαντος παρεμποδίζεται μόνο από την ατμόσφαιρα της Γης και μπορείτε απλά να παραδώσετε ένα τηλεσκόπιο με μια κάμερα συνδεδεμένη σε αυτό σε τροχιά και να απολαύσετε τη ζωή. Ταυτόχρονα όμως, το «James Webb» βρίσκεται σε εξέλιξη για περισσότερο από μια δεκαετία και ο τελικός προϋπολογισμός, ακόμη και στο πρώιμο στάδιο της προβολής, ξεπέρασε το κόστος του προκατόχου του! Επομένως, ένα τροχιακό τηλεσκόπιο είναι κάτι πιο περίπλοκο από ένα ερασιτεχνικό τηλεσκόπιο σε τρίποδο και οι ανακαλύψεις του θα είναι εκατοντάδες φορές πιο πολύτιμες. Αλλά τι είναι τόσο ιδιαίτερο που μπορεί να εξερευνηθεί με ένα τηλεσκόπιο, ειδικά ένα διαστημικό;
Σηκώνοντας το κεφάλι σας στον ουρανό, όλοι μπορούν να δουν τα αστέρια. Αλλά η μελέτη αντικειμένων δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων μακριά είναι ένα αρκετά δύσκολο έργο. Το φως των αστεριών και των γαλαξιών, που ταξιδεύει σε εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια χρόνια, υφίσταται σημαντικές αλλαγές - ή ακόμα και δεν φτάνει καθόλου σε εμάς. Έτσι, τα σύννεφα σκόνης, που είναι συχνά κοινά στους γαλαξίες, είναι ικανά να απορροφήσουν πλήρως όλη την ορατή ακτινοβολία ενός αστεριού. Η συνεχής διαστολή του Σύμπαντος οδηγεί στο φως - τα κύματα του γίνονται μακρύτερα, αλλάζοντας το εύρος προς το κόκκινο ή το αόρατο υπέρυθρο. Και η ακτινοβολία ακόμη και των μεγαλύτερων αντικειμένων, έχοντας πετάξει σε απόσταση δισεκατομμυρίων ετών φωτός, γίνεται σαν το φως ενός φακού ανάμεσα σε εκατοντάδες προβολείς - η ανίχνευση εξαιρετικά μακρινών γαλαξιών απαιτεί συσκευές άνευ προηγουμένου ευαισθησίας.
Την προηγούμενη μέρα έκανε μια ανακοίνωση που αναστάτωσε και πάλι πολλούς επιστήμονες, μπέρδεψε τις κάρτες τους και τώρα θα οδηγήσει σε αύξηση της δαπάνης των κονδυλίων του προϋπολογισμού.
Οι Ηνωμένες Πολιτείες αναβάλλουν για άλλη μια φορά, σχεδόν κατά ένα χρόνο, την εκτόξευση της πολυαναμενόμενης αποστολής του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb.
Επικαλούμενη μια σειρά από τεχνικά εμπόδια και λάθη που θα μπορούσαν να είχαν αποφευχθεί ως αιτία, η διοίκηση της NASA είπε ότι η εκτόξευση αναβλήθηκε από το 2019 για τον Μάιο του 2020.
Ωστόσο, η NASA δεν έχει άλλη επιλογή, αφού όλα τα λάθη στο σχεδιασμό πρέπει να διορθωθούν στο έδαφος, γιατί, σε αντίθεση με το τηλεσκόπιο Hubble, δεν θα υπάρχει δυνατότητα επισκευής του τηλεσκοπίου σε τροχιά.
«Βασικά, έχουμε μόνο μία ευκαιρία να τα κάνουμε όλα πριν πάμε στο διάστημα», δήλωσε ο Thomas Zurbuchen, βοηθός διευθυντής της NASA για την επιστήμη. "Τώρα φαίνεται ότι έχουμε την ευκαιρία να το κάνουμε αυτό πριν περάσουμε τη γραμμή του τερματισμού."
Ουσιαστικά, ο τηλεσκοπικός εξοπλισμός έχει ήδη συναρμολογηθεί σε δύο ξεχωριστά μέρη. Το πρώτο είναι το ίδιο το τηλεσκόπιο, που αποτελείται από έναν καθρέφτη με διάμετρο 6,5 μέτρων, συναρμολογημένο από 18 εξαγωνικά τμήματα και τέσσερα επιστημονικά όργανα.
Το δεύτερο μέρος είναι το τμήμα εξυπηρέτησης, το οποίο περιέχει τα συστήματα ισχύος και την ασπίδα του ήλιου, τα οποία θα πρέπει να ξεδιπλωθούν στο διάστημα και να δημιουργήσουν μια σκιά στο μέγεθος ενός γηπέδου τένις για να αποτρέψει τη θέρμανση του τηλεσκοπίου από τις ακτίνες του ήλιου. Ήταν αυτό το εξάρτημα, το οποίο κατασκευάζεται στο εργοστάσιο της Northrop Grumman στην Καλιφόρνια, που είχε σοβαρά προβλήματα. Έτσι, βαλβίδες διαρροής στο σύστημα πρόωσης και δυσκολίες ανακαλύφθηκαν κατά τη δοκιμαστική ανάπτυξη της προστατευτικής ασπίδας.
«Κάναμε κάποια λάθη», είπε ο Zurbuchen. Μεταξύ άλλων, αποδείχθηκε ότι κατά τη δοκιμαστική ανάπτυξη η οθόνη, που αποτελείται από πέντε στρώματα Kapton, σκίστηκε σε πολλά σημεία. Συνολικά εντοπίστηκαν επτά ρήξεις, δύο εκ των οποίων ήταν μήκους άνω των 10 cm.
Και τα καλώδια που υποτίθεται ότι το κρατούσαν τεντωμένο αποδείχτηκαν πολύ αδύναμα και μπορούσαν να σπάσουν στο διάστημα.
Η NASA και η Northrop Grumman γνωρίζουν ήδη πώς να λύσουν αυτά τα προβλήματα, αλλά η επίλυσή τους θα απαιτήσει πλέον επιπλέον μήνες εργασίας.
Ο οργανισμός αποφάσισε να συγκαλέσει μια ανεξάρτητη επιτροπή αναθεώρησης, με επικεφαλής τον βετεράνο της NASA Thomas Young, που θα επιβλέπει τη συναρμολόγηση του τηλεσκοπίου και θα στείλει μια έκθεση στο Κογκρέσο το καλοκαίρι. Την ίδια στιγμή, το πρακτορείο δεν κρύβεται πλέον
ότι η πρόσθετη εργασία θα απαιτούσε περισσότερα από τα 8 δισεκατομμύρια δολάρια που διατέθηκαν για την αποστολή από το Κογκρέσο.
Η απόφαση της NASA έχει ήδη προκαλέσει την έντονη αντίδραση τόσο από επιστήμονες όσο και από πολιτικούς. «Η σημερινή ανακοίνωση ότι η εκτόξευση του τηλεσκοπίου έχει καθυστερήσει ξανά και θα κοστίσει περισσότερα από 8 δισεκατομμύρια δολάρια είναι λυπηρή και απαράδεκτη... Αυτές οι συνεχιζόμενες καθυστερήσεις και οι υπερβάσεις κόστους υπονομεύουν την εμπιστοσύνη στη NASA και τον κύριο ανάδοχό της Northrop Grumman. Η NASA πρέπει να τηρήσει τις υποσχέσεις της προς τους φορολογούμενους», δήλωσε ο επικεφαλής της Επιτροπής Επιστήμης της Βουλής των Αντιπροσώπων των ΗΠΑ.
Με τις αναμενόμενες υπερβάσεις κόστους, οι επιστήμονες φοβούνται ότι το τηλεσκόπιο Webb θα μπορούσε να θέσει σε κίνδυνο την εκτόξευση άλλων αποστολών αστρονομίας, κυρίως της αποστολής WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope), η οποία είχε προγραμματιστεί για τη δεκαετία του 2020.
«Το Webb θα μπορούσε να είναι το τηλεσκόπιο που σκοτώνει την αστροφυσική της NASA», προειδοποίησε ο Brian Keating, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο.
ο οποίος, το 2010, ονόμασε το έργο το τηλεσκόπιο που «έφαγε την αστρονομία».
Η τελευταία αναβολή της πολύπαθης και δαπανηρής αποστολής για την αντικατάσταση του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble δεν προκάλεσε μεγάλη έκπληξη. Τον Φεβρουάριο, το Γραφείο Λογοδοσίας της Κυβέρνησης των ΗΠΑ στην έκθεσή του χαρακτήρισε την έναρξη της αποστολής που είχε προγραμματιστεί για τον Μάρτιο-Ιούνιο «μάλλον ανέφικτη» και ανακοίνωσε την απειλή υπέρβασης του προϋπολογισμού.
Το τηλεσκόπιο James Webb, που αρχικά είχε προγραμματιστεί να ξεκινήσει το 2007, έχει μακρά ιστορία καθυστερήσεων εκτόξευσης και αυξήσεων κόστους. Η ανάπτυξη του νέου τηλεσκοπίου ξεκίνησε το 1996, το κόστος του υπολογίστηκε στα 500 εκατομμύρια δολάρια.
Οι κύριοι στόχοι του τηλεσκοπίου θα πρέπει να είναι η κοσμολογική έρευνα, τα θέματα σχηματισμού άστρων και πλανητών και η αναζήτηση πλανητών γύρω από άλλα αστέρια. Σχεδιάστηκε να αφιερωθεί σημαντικό μέρος του χρόνου παρατήρησης σε εφαρμογές από επιστήμονες που εργάζονται σε άλλα θέματα.
Θα μπορούσατε να ρίξετε μια πιο προσεκτική ματιά στο τηλεσκόπιο Hubble. Και αυτό μας περιμένει στο εγγύς μέλλον =)
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Τζέιμς Γουέμπ είναι ένα παρατηρητήριο υπερύθρων σε τροχιά που αναμένεται να αντικαταστήσει το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.
Αρχικά ονομάστηκε «Διαστημικό Τηλεσκόπιο Επόμενης Γενιάς». Το 2002, μετονομάστηκε προς τιμήν του δεύτερου επικεφαλής της NASA, Τζέιμς Γουέμπ (1902-1992), ο οποίος ήταν επικεφαλής της υπηρεσίας από το 1961 έως το 1968.
Ο James Webb θα έχει έναν σύνθετο καθρέφτη 6,5 μέτρασε διάμετρο (η διάμετρος του καθρέφτη Hubble είναι 2,4 μέτρα) και μια ηλιακή ασπίδα στο μέγεθος ενός γηπέδου τένις.
Θα βρίσκεται στο σημείο Lagrange L2 του συστήματος Ήλιου-Γης. 
Το σημείο L2 στο σύστημα Ήλιου-Γης είναι ιδανικό μέρος για την κατασκευή παρατηρητηρίων και τηλεσκοπίων τροχιακού διαστήματος. Δεδομένου ότι το αντικείμενο στο σημείο L2 μπορεί να διατηρήσει τον προσανατολισμό του σε σχέση με τον Ήλιο και τη Γη για μεγάλο χρονικό διάστημα, η θωράκισή του και η βαθμονόμησή του γίνονται πολύ πιο εύκολα. Ωστόσο, αυτό το σημείο βρίσκεται ελαφρώς πιο μακριά από τη σκιά της γης (στην περιοχή του μισού), επομένως η ηλιακή ακτινοβολία δεν εμποδίζεται εντελώς. Τα διαστημόπλοια των αμερικανικών και ευρωπαϊκών διαστημικών υπηρεσιών - WMAP, Planck, Herschel και Gaia - βρίσκονται ήδη σε αυτό το σημείο και ο James Webb θα πρέπει να ενταχθεί το 2018.
Το έργο είναι μια διεθνής συνεργασία 17 χωρών, με επικεφαλής τη NASA, με σημαντικές συνεισφορές από τους Ευρωπαϊκούς και Καναδικούς Διαστημικούς Οργανισμούς.
Τα τρέχοντα σχέδια προβλέπουν την εκτόξευση του τηλεσκοπίου με πύραυλο Ariane 5 το 2018. 
Μοντέλο πυραύλων στο Μουσείο Αεροπορίας και Διαστήματος, Γαλλία
Οι πρωταρχικοί στόχοι του JWST είναι: η ανίχνευση του φωτός των πρώτων αστεριών και γαλαξιών που σχηματίστηκαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η μελέτη του σχηματισμού και της ανάπτυξης γαλαξιών, αστεριών, πλανητικών συστημάτων και της προέλευσης της ζωής. Ο Webb θα μπορεί επίσης να μιλήσει για το πότε και πού ξεκίνησε ο επαναιονισμός του Σύμπαντος (η περίοδος στην ιστορία του Σύμπαντος μεταξύ 150 εκατομμυρίων ετών και 800 εκατομμυρίων ετών μετά τη Μεγάλη Έκρηξη) και τι τον προκάλεσε.
Το τηλεσκόπιο θα πρέπει να είναι σε θέση να ανιχνεύει σχετικά μικρούς πλανήτες —πολλές φορές μεγαλύτερους από τη Γη— κάτι που το Hubble δεν μπορεί να κάνει. Επιπλέον, ο Webb θα έχει μεγαλύτερη ευαισθησία στις ατμόσφαιρες των αστεριών κοντά στη Γη. Το τηλεσκόπιο θα μπορεί να παρέχει κοντινές εικόνες των πλανητών του ηλιακού συστήματος, από τον Άρη και όχι μόνο. Η μεγάλη φωτεινότητα της Αφροδίτης και του Ερμή βρίσκεται πέρα από την οπτική του τηλεσκοπίου.
Το τηλεσκόπιο θα επιτρέψει την ανίχνευση σχετικά ψυχρών εξωπλανητών με θερμοκρασία επιφάνειας έως και 300 K (η οποία είναι σχεδόν ίση με τη θερμοκρασία της επιφάνειας της Γης), που βρίσκονται περισσότερο από 12 AU. δηλαδή από τα αστέρια τους και μακριά από τη Γη σε απόσταση έως και 15 ετών φωτός (διπλάσια απόσταση από τον Σείριο). Περισσότερα από δύο δωδεκάδες αστέρια που βρίσκονται πιο κοντά στον Ήλιο θα πέσουν στη λεπτομερή ζώνη παρατήρησης. Χάρη στο JWST, αναμένεται μια πραγματική ανακάλυψη στην εξωπλανητολογία - οι δυνατότητες του τηλεσκοπίου θα είναι επαρκείς όχι μόνο για να ανιχνεύσει τους ίδιους τους εξωπλανήτες, αλλά ακόμη και τους δορυφόρους και τις φασματικές γραμμές αυτών των πλανητών (που θα είναι ένας ανέφικτος δείκτης για κάθε επίγειο ή τροχιακό τηλεσκόπιο μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 2020, όταν τίθεται σε λειτουργία το Ευρωπαϊκό εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο με διάμετρο καθρέφτη 39,3 m).
Κατασκευή του οπτικού συστήματος
Προβλήματα
Η ευαισθησία ενός τηλεσκοπίου και η διακριτική του ισχύς σχετίζονται άμεσα με το μέγεθος της περιοχής του καθρέφτη που συλλέγει φως από αντικείμενα. Επιστήμονες και μηχανικοί έχουν καθορίσει ότι η ελάχιστη διάμετρος του πρωτεύοντος καθρέφτη πρέπει να είναι 6,5 μέτρα για να μετρηθεί το φως από τους πιο μακρινούς γαλαξίες. Το να φτιάξουμε απλώς έναν καθρέφτη παρόμοιο με αυτόν του τηλεσκοπίου Hubble, αλλά μεγαλύτερο, ήταν απαράδεκτο, καθώς η μάζα του θα ήταν πολύ μεγάλη για να εκτοξεύσει το τηλεσκόπιο στο διάστημα. Η ομάδα επιστημόνων και μηχανικών χρειαζόταν να βρει μια λύση ώστε ο νέος καθρέφτης να έχει το 1/10 της μάζας του κατόπτρου του τηλεσκοπίου Hubble ανά μονάδα επιφάνειας.
Ανάπτυξη και δοκιμή
Η NASA έχει αρχίσει να ερευνά νέους τρόπους για να δημιουργήσει έναν τηλεσκοπικό καθρέφτη. Για να επιτευχθεί αυτό, δημιουργήθηκε το πρόγραμμα Advanced Mirror System Demonstrator, το οποίο ουσιαστικά είναι μια 4ετής συνεργασία μεταξύ της NASA, της Εθνικής Διαστημικής Υπηρεσίας των ΗΠΑ και της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ. Με βάση την έρευνα, κατασκευάστηκαν και δοκιμάστηκαν δύο δοκιμαστικοί καθρέφτες. Το ένα από αυτά κατασκευάστηκε από βηρύλλιο από την Ball Aerospace & Technologies, το άλλο κατασκευάστηκε από την Kodak (τώρα ITT) από ειδικό γυαλί.
Καθρέφτες Hubble (αριστερά) και Webb (δεξιά) στην ίδια κλίμακα
Μια ομάδα ειδικών δοκίμασε και τους δύο καθρέφτες για να καθορίσει πόσο καλά εκτελούν την εργασία τους, πόσο κοστίζουν και πόσο εύκολο (ή δύσκολο) θα ήταν να κατασκευαστεί ένας καθρέφτης πλήρους μεγέθους, 6,5 μέτρων. Οι ειδικοί συνέστησαν έναν καθρέφτη βηρυλλίου για το τηλεσκόπιο James Webb για διάφορους λόγους, ένας από τους οποίους ήταν ότι το βηρύλλιο διατηρεί το σχήμα του σε κρυογονικές θερμοκρασίες. Με βάση τις συμβουλές ειδικών, η Northrop Grumman επέλεξε έναν καθρέφτη βηρυλλίου και το Goddard Space Flight Center ενέκρινε την απόφαση.
Αποφασίστηκε επίσης να γίνει ο καθρέφτης όχι συμπαγής, αλλά από τμήματα που θα απομακρύνονταν σε τροχιά, αφού οι διαστάσεις ενός συμπαγούς καθρέφτη δεν θα επέτρεπαν την τοποθέτησή του στο όχημα εκτόξευσης Ariane 5. Κάθε ένα από τα 18 εξαγωνικά τμήματα καθρέφτη έχει μήκος 1,32 μέτρα από άκρη σε άκρη και το βάρος του τμήματος είναι 20 κιλά.
Το εξαγωνικό σχήμα των τμημάτων δεν επιλέχθηκε τυχαία. Έχει υψηλό συντελεστή πλήρωσης και έχει συμμετρία έκτης τάξης. Ένας υψηλός συντελεστής πλήρωσης σημαίνει ότι τα τμήματα ταιριάζουν μεταξύ τους χωρίς κενά. Η συμμετρία είναι καλή καθώς χρειάζεστε μόνο 3 διαφορετικές οπτικές ρυθμίσεις για 18 τμήματα, 6 τμήματα για το καθένα. Τέλος, είναι επιθυμητό ο καθρέφτης να έχει σχήμα κοντά στο κυκλικό για να εστιάσει το φως στους ανιχνευτές όσο το δυνατόν πιο συμπαγή. Ένας οβάλ καθρέφτης, για παράδειγμα, θα δώσει μια μακρόστενη εικόνα, ενώ ένας τετράγωνος θα στείλει πολύ φως από την κεντρική περιοχή.
Μετά την εκτόξευση και τις συνακόλουθες δονήσεις, η συστοιχία καθρέφτη πρέπει να αναπτυχθεί σε αυτό που οι σχεδιαστές αποκαλούν «προ-θέση». Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την απελευθέρωση καθενός από τα 18 κύρια τμήματα καθρέφτη από τις λαβές εκτόξευσης. Κάθε τμήμα έχει μια θέση ελεγχόμενη από υπολογιστή με έξι βαθμούς ελευθερίας, επιπλέον, ο υπολογιστής ελέγχει την επέκταση/ανάσυρση του κεντρικού σημείου κάθε καθρέφτη για να αλλάξει την ακτίνα καμπυλότητας της επιφάνειας. Κάθε καθρέφτης έχει το δικό του σύστημα κίνησης για την εκτέλεση αυτών των κινήσεων. Μόλις ξεκλειδωθούν οι καθρέφτες, οι ενεργοποιητές πρέπει να ευθυγραμμίσουν τη θέση τους με το μέτωπο του κύματος εντός 20 νανόμετρων (1/5000 του πάχους μιας τρίχας).
Παραγωγή
Ο καθρέφτης Webb χρησιμοποιεί έναν ειδικό τύπο βηρυλλίου. Είναι μια λεπτή σκόνη. Η σκόνη τοποθετείται σε δοχείο από ανοξείδωτο χάλυβα και πιέζεται σε επίπεδο σχήμα. Μόλις αφαιρεθεί το χαλύβδινο δοχείο, το κομμάτι βηρυλλίου κόβεται στη μέση για να γίνουν δύο κενά καθρέφτη πλάτους περίπου 1,3 μέτρων. Κάθε κενό καθρέφτη χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός τμήματος.
Η διαδικασία σχηματισμού του καθρέφτη ξεκινά με την αποκοπή της περίσσειας υλικού από το πίσω μέρος του ακατέργαστου βηρυλλίου έτσι ώστε να παραμείνει μια λεπτή δομή κορυφογραμμής. Η μπροστινή πλευρά κάθε τεμαχίου εργασίας εξομαλύνεται λαμβάνοντας υπόψη τη θέση του τμήματος σε έναν μεγάλο καθρέφτη. 
Στη συνέχεια, η επιφάνεια κάθε καθρέφτη αλέθεται προς τα κάτω για να του δώσει σχήμα κοντά στο υπολογιζόμενο. Μετά από αυτό, ο καθρέφτης λειαίνεται και γυαλίζεται προσεκτικά. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται έως ότου το σχήμα του τμήματος του καθρέφτη πλησιάσει στο ιδανικό. Στη συνέχεια, το τμήμα ψύχεται σε θερμοκρασία -240 °C και οι διαστάσεις του τμήματος μετρώνται χρησιμοποιώντας συμβολόμετρο λέιζερ. Στη συνέχεια, ο καθρέφτης, λαμβάνοντας υπόψη τις πληροφορίες που λαμβάνονται, υφίσταται τελική στίλβωση.
Μόλις το τμήμα υποβληθεί σε επεξεργασία, το μπροστινό μέρος του καθρέφτη επικαλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα χρυσού για να αντανακλά καλύτερα την υπέρυθρη ακτινοβολία στην περιοχή 0,6-29 microns και το τελικό τμήμα δοκιμάζεται εκ νέου σε κρυογονικές θερμοκρασίες.
Εξοπλισμός
Το JWST θα διαθέτει τα ακόλουθα επιστημονικά όργανα για τη διεξαγωγή διαστημικής εξερεύνησης:
Κάμερα κοντά στην υπέρυθρη ακτινοβολία.
Η εγγύς υπέρυθρη κάμερα είναι η κύρια μονάδα απεικόνισης της Webb και θα αποτελείται από μια σειρά ανιχνευτών υδραργύρου-καδμίου-τελλουρίου. Το εύρος λειτουργίας της συσκευής είναι από 0,6 έως 5 μικρά.
Συσκευή για εργασία στο μεσαίο εύρος υπέρυθρης ακτινοβολίας (Μέσο Υπέρυθρο Όργανο).
Μια συσκευή μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας αποτελείται από μια κάμερα και έναν φασματογράφο που «βλέπουν» φως στην περιοχή μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας των 5-28 microns.
Φασματογράφος κοντά στο υπέρυθρο;
Ένας φασματογράφος κοντά στο υπέρυθρο θα αναλύσει το φάσμα των πηγών, το οποίο θα παρέχει πληροφορίες τόσο για τις φυσικές ιδιότητες των υπό μελέτη αντικειμένων, όπως θερμοκρασία και μάζα, όσο και για τη χημική τους σύνθεση. Το NIRSpec είναι ικανό να κάνει φασματοσκοπία μέσης ανάλυσης στην περιοχή μήκους κύματος 1-5 μm και φασματοσκοπία χαμηλής ανάλυσης στην περιοχή μήκους κύματος 0,6-5 μm.
Αισθητήρας λεπτής καθοδήγησης/Κοντά σε υπέρυθρη απεικόνιση και φασματογράφος χωρίς σχισμή.
Εάν το χρονοδιάγραμμα κατασκευής μπορεί να διατηρηθεί, το νέο τηλεσκόπιο θα τεθεί σε λειτουργία πριν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble σταματήσει να λειτουργεί. «Η προοπτική του Hubble και του Webb να λειτουργούν ταυτόχρονα είναι πολύ συναρπαστική επειδή οι δυνατότητές τους είναι συμπληρωματικές από πολλές απόψεις», λέει ο John Gardner, Goddard Space Flight Center.
Μια ενδιαφέρουσα ανασκόπηση φωτογραφιών συλλέγεται σε αυτόν τον ιστότοπο!
Ορισμένες πληροφορίες λαμβάνονται από το http://sci-lib.com
Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Πίστωση: NASA.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) απέχει ακόμα πολύ από την εκτόξευση της αποστολής του, αλλά ο λαμπερός χρυσός καθρέφτης του έχει ήδη αποκτήσει εμβληματική κατάσταση. Αυτός ο τμηματικός καθρέφτης μοιάζει με το μάτι ενός εντόμου και στο μέλλον, όταν το «μάτι» αρχίσει να λειτουργεί στο σημείο Lagrange (L2), θα παρέχει στην ανθρωπότητα λεπτομερή δεδομένα για το Σύμπαν μας. Ο καθρέφτης του τηλεσκοπίου έχει ήδη συναρμολογηθεί και βρίσκεται σε ένα αποστειρωμένο δωμάτιο στο Goddard Space Flight Center, δίνοντάς μας μια γεύση για το πώς θα μοιάζει το τηλεσκόπιο όταν ξεκινήσει την αποστολή του.
Ακόμα κι αν δεν γνωρίζετε τίποτα για το JWST, τις δυνατότητές του ή την αποστολή του, θα εντυπωσιαστείτε και μόνο κοιτάζοντάς το. Είναι προφανές ότι πρόκειται για ένα όργανο υψηλής τεχνολογίας και μοναδικό στο είδος του. Στην πραγματικότητα, μπορεί ακόμη και να εκληφθεί ως παράδειγμα τέχνης. Δυστυχώς, έχω δει λιγότερο ελκυστικές δημιουργίες μοντέρνας τέχνης, και εσείς;
Φυσικά, πολλοί από εσάς γνωρίζετε το γεγονός ότι το JWST θα ξεπεράσει τον προκάτοχό του, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Και αυτό είναι αρκετά κατανοητό, δεδομένου του γεγονότος ότι το Hubble εκτοξεύτηκε τον Απρίλιο του 1990. Αλλά πώς ακριβώς μπορεί το JWST να νικήσει το Hubble και ποιοι είναι οι κύριοι στόχοι του;
Οι κύριοι στόχοι της αποστολής JWST μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις τομείς:
- Υπέρυθρες παρατηρήσεις που μπορούν να συγκριθούν με μια χρονομηχανή. Μας δίνουν μια γεύση από τα πρώτα αστέρια και τους γαλαξίες που σχηματίστηκαν στο Σύμπαν, πριν από περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια.
- Μια συγκριτική μελέτη φωτεινών σπειροειδών και ελλειπτικών γαλαξιών, καθώς και ασθενέστερων πρώιμων γαλαξιών.
- Ανίχνευση του διαστήματος, επιτρέποντάς μας να κοιτάξουμε μέσα από σύννεφα αερίου και σκόνης για να μελετήσουμε το σχηματισμό άστρων και πλανητών.
- Μελέτη εξωπλανητών και της ατμόσφαιράς τους, καθώς και η ανακάλυψη βιοδεικτών εκεί.
Δηλαδή, αυτή είναι μια αρκετά εντυπωσιακή λίστα, ακόμη και σε μια εποχή που οι άνθρωποι θεωρούν δεδομένη την τεχνολογική και επιστημονική πρόοδο. Αλλά μαζί με αυτούς τους προγραμματισμένους στόχους, αναμφίβολα θα υπάρξουν και κάποιες εκπλήξεις. Το να μαντέψουμε αυτό μπορεί να είναι ανόητο, αλλά ας προσπαθήσουμε πάντως.
Πιστεύουμε ότι η διαδικασία της αβιογένεσης στη Γη συνέβη αρκετά γρήγορα, αλλά, δυστυχώς, δεν έχουμε τίποτα να συγκρίνουμε. Θα βρούμε αναλογίες όταν μελετάμε μακρινούς εξωπλανήτες και την ατμόσφαιρά τους, θα ρίξουμε φως στις απαραίτητες συνθήκες για την εμφάνιση της ζωής; Φαίνεται απίστευτο, αλλά ποιος ξέρει.
Είμαστε βέβαιοι ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, και υπάρχουν αρκετά πειστικά στοιχεία για αυτό. Θα μάθουμε κάτι νέο για αυτή τη διαδικασία; Ή θα βρούμε κάτι που να ρίχνει φως στη σκοτεινή ύλη ή τη σκοτεινή ενέργεια και τον ρόλο της στη ζωή του πρώιμου Σύμπαντος;
JWST. Πίστωση: NASA.Φυσικά, δεν χρειάζεται να είναι όλα καταπληκτικά για να είναι συναρπαστικά. Η εύρεση στοιχείων που θα υποστήριζαν τις τρέχουσες θεωρίες είναι επίσης ενδιαφέρουσα. Και ο «Τζέιμς Γουέμπ» πρέπει να μας παράσχει αυτά τα στοιχεία.
Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το JWST θα είναι σε θέση να ξεπεράσει το τηλεσκόπιο Hubble. Αλλά για μια ή δύο γενιές ανθρώπων, το Hubble θα έχει πάντα μια ξεχωριστή θέση. Κατάπληξε και κέντρισε το ενδιαφέρον πολλούς από εμάς με τις συναρπαστικές του εικόνες από νεφελώματα, γαλαξίες και άλλα αντικείμενα κατά τη διάσημη αποστολή του στο Deep Field και, φυσικά, με την επιστημονική του έρευνα. Το Hubble είναι πιθανώς το πρώτο τηλεσκόπιο που πέτυχε την ιδιότητα της διασημότητας.
Ο Τζέιμς Γουέμπ πιθανότατα δεν θα λάβει ποτέ το ειδικό καθεστώς που απέκτησε το Hubble. Είναι κάτι σαν: «Μπορεί να υπάρχει μόνο ένας Beatle» ή «ένας στο είδος του». Αλλά το JWST θα είναι ένα πολύ πιο ισχυρό όργανο και θα μας αποκαλύψει πολλά που δεν ήταν διαθέσιμα στο Hubble.
Εάν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, το JWST θα είναι ένα μνημειώδες τεχνολογικό επίτευγμα για όλη την ανθρωπότητα. Η ικανότητά του να κοιτάζει μέσα από σύννεφα αερίου και σκόνης ή να κοιτάζει πίσω στο χρόνο για να μας δείξει τις πρώτες μέρες του σύμπαντος, θα το κάνει ένα ισχυρό επιστημονικό εργαλείο.
Ο Webb θα κοιτάξει στο εγγύς και στο μέσο υπέρυθρο φάσμα, βοηθούμενος από τη θέση του στο σημείο L2 πίσω από το φεγγάρι και τις ηλιακές ασπίδες που εμποδίζουν το διεισδυτικό φως του Ήλιου, της Γης και της Σελήνης, επηρεάζοντας ευεργετικά την ψύξη της συσκευής. Οι επιστήμονες ελπίζουν να δουν τα πρώτα αστέρια του σύμπαντος, το σχηματισμό και τη σύγκρουση νεαρών γαλαξιών και τη γέννηση αστεριών σε πρωτοπλανητικά συστήματα - τα οποία μπορεί να περιέχουν τα χημικά συστατικά της ζωής.
Αυτά τα πρώτα αστέρια μπορεί να κρατούν το κλειδί για την κατανόηση της δομής του Σύμπαντος. Θεωρητικά, το πού και το πώς σχηματίζονται σχετίζεται άμεσα με τα πρώτα μοτίβα της σκοτεινής ύλης - μια αόρατη, μυστηριώδη ουσία που ανιχνεύεται από βαρυτικές επιρροές - και οι κύκλοι ζωής και θανάτου τους προκαλούν ανατροφοδότηση που επηρέασε τον σχηματισμό των πρώτων γαλαξιών. Και δεδομένου ότι τα βραχύβια υπερμεγέθη αστέρια έχουν περίπου 30 έως 300 φορές τη μάζα του Ήλιου μας (και εκατομμύρια φορές φωτεινότερα), αυτά τα πρώτα αστέρια θα μπορούσαν να είχαν εκραγεί ως σουπερνόβα και στη συνέχεια να είχαν καταρρεύσει για να σχηματίσουν μαύρες τρύπες, οι οποίες σταδιακά κατέλαβαν τα κέντρα των περισσότερων τεράστιοι γαλαξίες.
Το να βλέπουμε όλα αυτά είναι σίγουρα ένας άθλος για τα εργαλεία που έχουμε φτιάξει μέχρι τώρα. Χάρη σε νέα όργανα και διαστημόπλοια, θα μπορούμε να δούμε ακόμη περισσότερα.
Περιήγηση στο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb
Το Webb μοιάζει με μια σχεδία σε σχήμα διαμαντιού, εξοπλισμένη με χοντρό, καμπύλο ιστό και πανί - αν είχε κατασκευαστεί από γιγάντιες μέλισσες που τρώνε βηρύλλιο. Κατευθυνόμενη με το κάτω μέρος της προς τον Ήλιο, η «σχεδία» από κάτω αποτελείται από μια ασπίδα - στρώματα Kapton, που χωρίζονται με σχισμές. Κάθε στρώμα χωρίζεται από ένα κενό κενού για αποτελεσματική ψύξη και μαζί προστατεύουν τον κύριο ανακλαστήρα και τα όργανα.
Το Kapton είναι ένα πολύ λεπτό πολυμερές φιλμ (νομίζουμε ανθρώπινη τρίχα) κατασκευασμένο από την DuPont που είναι ικανό να διατηρεί σταθερές μηχανικές ιδιότητες υπό συνθήκες ακραίας θερμότητας και δονήσεων. Αν θέλετε, μπορείτε να βράσετε νερό από τη μία πλευρά της ασπίδας και να διατηρήσετε το άζωτο σε υγρή μορφή από την άλλη. Διπλώνει επίσης αρκετά καλά, κάτι που είναι σημαντικό για την εκτόξευση.
Η «καρίνα» του πλοίου αποτελείται από μια δομή που αποθηκεύει την ηλιακή ασπίδα κατά την εκτόξευση και ηλιακούς συλλέκτες για την τροφοδοσία του οχήματος. Στο κέντρο υπάρχει ένα κουτί που περιέχει όλες τις κρίσιμες λειτουργίες υποστήριξης που τροφοδοτούν το Webb, συμπεριλαμβανομένης της ισχύος, του ελέγχου στάσης, των επικοινωνιών, των εντολών, της επεξεργασίας δεδομένων και του θερμικού ελέγχου. Η κεραία φωτίζει την εμφάνιση του κουτιού και βοηθά να βεβαιωθείτε ότι όλα είναι προσανατολισμένα στη σωστή κατεύθυνση. Στο ένα άκρο της θερμικής ασπίδας, κάθετα προς αυτήν, υπάρχει ένα κοπτικό ροπής, το οποίο αντισταθμίζει την πίεση που ασκούν τα φωτόνια στη συσκευή.
Στη διαστημική πλευρά της ασπίδας υπάρχει ένα «πανί», ένας τεράστιος καθρέφτης Webb, μέρος του οπτικού εξοπλισμού και ένα κουτί με εξοπλισμό. Τα 18 εξαγωνικά τμήματα βηρυλλίου θα ξεδιπλωθούν μετά την εκτόξευση για να γίνουν ένας μεγάλος κύριος καθρέφτης, πλάτους 6,5 μέτρων.
Απέναντι από αυτόν τον καθρέφτη, που συγκρατείται στη θέση του από τρία στηρίγματα, υπάρχει ένας δευτερεύων καθρέφτης που εστιάζει το φως από τον πρωτεύοντα καθρέφτη στο πίσω οπτικό υποσύστημα, ένα σφηνοειδές κουτί που προεξέχει από το κέντρο του πρωτεύοντος καθρέφτη. Αυτή η δομή εκτρέπει το αδέσποτο φως και κατευθύνει το φως από τον δευτερεύοντα καθρέφτη σε όργανα που βρίσκονται στο πίσω μέρος του "ιστού", το οποίο υποστηρίζει επίσης την τμηματοποιημένη δομή του πρωτεύοντος καθρέφτη.
Μόλις το όχημα συμπληρώσει την εξάμηνη περίοδο θέσης σε λειτουργία, θα λειτουργεί για 5-10 χρόνια, ίσως και περισσότερο, ανάλογα με την κατανάλωση καυσίμου, αλλά θα είναι πολύ μακριά για να επισκευαστεί. Στην πραγματικότητα, το Hubble αποτελεί κάπως εξαίρεση από αυτή την άποψη. Όμως, όπως το Hubble και άλλα κοινά παρατηρητήρια, η αποστολή του Webb θα είναι να συνεργαστεί με ανταγωνιστικά επιλεγμένα έργα από επιστήμονες σε όλο τον κόσμο. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα θα βρουν το δρόμο τους στην έρευνα και τα δεδομένα που είναι διαθέσιμα στο διαδίκτυο.
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στα εργαλεία που καθιστούν δυνατή όλη αυτή την έρευνα.
Όργανα: εκτός οπτικού πεδίου
Αν και βλέπει κάτι στο οπτικό φάσμα (κόκκινο και χρυσό φως), το Webb είναι ένα θεμελιωδώς μεγάλο υπέρυθρο τηλεσκόπιο.
Η κύρια θερμική του εικόνα, κάμερα εγγύς υπέρυθρη NIRCam,βλέπει στην περιοχή 0,6-5,0 microns (κοντά στο υπέρυθρο). Θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει το υπέρυθρο φως από τη γέννηση των πρώτων αστεριών και γαλαξιών, να διεξάγει έρευνες σε κοντινούς γαλαξίες και τοπικά αντικείμενα που τρέχουν μέσα από τη Ζώνη Kuiper - μια έκταση παγωμένων σωμάτων σε τροχιά πέρα από τον Ποσειδώνα, που περιέχει επίσης Πλούτωνα και άλλους νάνους πλανήτες.
Το NIRCam είναι επίσης εξοπλισμένο με στεφανογράφο, ο οποίος θα επιτρέψει στην κάμερα να παρατηρεί το λεπτό φωτοστέφανο που περιβάλλει τα φωτεινά αστέρια, εμποδίζοντας το εκτυφλωτικό φως τους - ένα απαραίτητο εργαλείο για την αναγνώριση εξωπλανητών.
Ο φασματογράφος κοντά στο υπέρυθρο λειτουργεί στην ίδια περιοχή μήκους κύματος με το NIRCam. Όπως και άλλοι φασματογράφοι, αναλύει τις φυσικές ιδιότητες αντικειμένων όπως τα αστέρια, διαχωρίζοντας το φως που εκπέμπουν σε φάσματα, η δομή των οποίων αλλάζει ανάλογα με τη θερμοκρασία, τη μάζα και τη χημική σύσταση του αντικειμένου.
Το NIRSpec θα μελετήσει χιλιάδες αρχαίους γαλαξίες με εκπομπή τόσο αδύναμη που ένας μόνο φασματογράφος θα χρειαστεί εκατοντάδες ώρες για να κάνει τη δουλειά. Για να απλοποιήσει αυτό το τρομακτικό έργο, ο φασματογράφος είναι εξοπλισμένος με μια αξιοσημείωτη συσκευή: ένα πλέγμα 62.000 μεμονωμένων περσίδων, το καθένα με μέγεθος περίπου 100 επί 200 μικρά (το πλάτος λίγων ανθρώπινων τριχών) και το καθένα από τα οποία μπορεί να ανοιγοκλείνει για να μπλοκάρει. το φως των φωτεινότερων αστεριών. Με αυτόν τον πίνακα, το NIRSpec θα είναι ο πρώτος διαστημικός φασματογράφος που μπορεί να παρατηρήσει εκατοντάδες διαφορετικά αντικείμενα ταυτόχρονα.
Αισθητήρας Fine Guidanceκαι ένας φασματογράφος χωρίς σχισμή (FGS-NIRISS) είναι ουσιαστικά δύο αισθητήρες συσκευασμένοι μαζί. NIRISSπεριλαμβάνει τέσσερις λειτουργίες, καθεμία από τις οποίες σχετίζεται με διαφορετικό μήκος κύματος. Αυτά κυμαίνονται από τη φασματοσκοπία χωρίς σχισμή, η οποία δημιουργεί ένα φάσμα χρησιμοποιώντας ένα πρίσμα και μια σχάρα που ονομάζεται γρισμός, τα οποία μαζί δημιουργούν μοτίβα παρεμβολής που μπορούν να αποκαλύψουν εξωπλανητικό φως έναντι του φωτός του αστεριού.
FGSείναι μια ευαίσθητη κάμερα που δεν αναβοσβήνει που τραβάει φωτογραφίες πλοήγησης και τις μεταδίδει σε συστήματα ελέγχου στάσης που κρατούν το τηλεσκόπιο στραμμένο προς τη σωστή κατεύθυνση.
Το πιο πρόσφατο όργανο του Webb επεκτείνει το εύρος του από το εγγύς υπέρυθρο έως το μεσαίο υπέρυθρο φάσμα, το οποίο είναι χρήσιμο για την παρατήρηση αντικειμένων μετατόπισης προς το κόκκινο καθώς και πλανητών, κομητών, αστεροειδών, ηλιακής θερμαινόμενης σκόνης και πρωτοπλανητικών δίσκων. Όντας και κάμερα και φασματογράφος, αυτό το όργανο MIRIκαλύπτει το μεγαλύτερο εύρος μηκών κύματος, 5-28 μικρά. Η ευρυζωνική κάμερά του θα μπορεί να τραβήξει περισσότερα από τα είδη των εικόνων που αγαπάμε στο Hubble.
Επίσης, οι υπέρυθρες παρατηρήσεις έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην κατανόηση του Σύμπαντος. Η σκόνη και το αέριο μπορούν να εμποδίσουν το ορατό φως από τα αστέρια σε ένα αστρικό φυτώριο, αλλά το υπέρυθρο φως δεν μπορεί. Επιπλέον, καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται και οι γαλαξίες απομακρύνονται, το φως τους «τεντώνεται» και μετατοπίζεται στο κόκκινο, κινούμενος στο φάσμα μακρών κυμάτων των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων όπως το υπέρυθρο. Όσο πιο μακριά είναι ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα υποχωρεί και τόσο πιο σημαντική γίνεται η μετατόπισή του στο κόκκινο - αυτή είναι η αξία του τηλεσκοπίου Webb.
Το υπέρυθρο φάσμα μπορεί επίσης να παρέχει πληθώρα πληροφοριών σχετικά με τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών και εάν περιέχουν μοριακά συστατικά που σχετίζονται με τη ζωή. Στη Γη ονομάζουμε τους υδρατμούς, το μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα «αέρια του θερμοκηπίου» επειδή απορροφούν θερμότητα. Επειδή αυτή η τάση ισχύει παντού, οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν το Webb για να ανιχνεύσουν οικείες ουσίες στις ατμόσφαιρες μακρινών κόσμων, παρατηρώντας τα πρότυπα απορρόφησης των ουσιών χρησιμοποιώντας φασματογράφους.