Iemand zei ooit: de makers van Hubble moeten in elke grote stad op aarde een monument oprichten. Hij heeft veel verdiensten. Met behulp van deze telescoop hebben astronomen bijvoorbeeld een foto gemaakt van het zeer verre sterrenstelsel UDFj-39546284. In januari 2011 ontdekten wetenschappers dat het ongeveer 150 miljoen lichtjaar verder ligt dan de vorige recordhouder - UDFy-38135539. Galaxy UDFj-39546284 is 13,4 miljard lichtjaar van ons verwijderd. Dat wil zeggen, Hubble zag sterren die meer dan 13 miljard jaar geleden bestonden, 380 miljoen jaar na de oerknal. Deze objecten zijn waarschijnlijk lange tijd niet "levend": we zien alleen het licht van lang geleden overleden sterren en sterrenstelsels.
Maar ondanks al zijn verdiensten is de Hubble-ruimtetelescoop de technologie van het afgelopen millennium: hij werd gelanceerd in 1990. Natuurlijk heeft de technologie in de loop der jaren grote vooruitgang geboekt. Als de Hubble-telescoop in onze tijd zou verschijnen, zouden zijn mogelijkheden de originele versie op kolossale wijze hebben overtroffen. Zo is James Webb ontstaan.
Waarom "James Webb" handig is
De nieuwe telescoop is, net als zijn voorouder, ook een in een baan om de aarde draaiende infraroodobservatorium. Dit betekent dat zijn belangrijkste taak het bestuderen van thermische straling zal zijn. Bedenk dat objecten die tot een bepaalde temperatuur zijn verwarmd, energie uitstralen in het infraroodspectrum. De golflengte is afhankelijk van de verwarmingstemperatuur: hoe hoger deze is, hoe korter de golflengte en hoe intenser de straling.
Er is echter één conceptueel verschil tussen telescopen. Hubble bevindt zich in een lage baan om de aarde, dat wil zeggen, het draait om de aarde op een hoogte van ongeveer 570 km. James Webb zal in een halo-baan worden gelanceerd op het L2 Lagrange-punt van het zon-aarde-systeem. Het zal rond de zon draaien en, in tegenstelling tot de situatie met de Hubble, zal de aarde zich er niet mee bemoeien. Het probleem doet zich onmiddellijk voor: hoe verder een object van de aarde is, hoe moeilijker het is om er contact mee te maken, dus hoe groter het risico om het te verliezen. Daarom zal "James Webb" synchroon met onze planeet rond de ster bewegen. In dit geval is de afstand van de telescoop tot de aarde 1,5 miljoen km in de tegenovergestelde richting van de zon. Ter vergelijking: de afstand van de aarde tot de maan is 384.403 km. Dat wil zeggen, als de James Webb-apparatuur defect raakt, zal deze hoogstwaarschijnlijk niet worden gerepareerd (behalve op afstand, wat ernstige technische beperkingen met zich meebrengt). Daarom wordt een veelbelovende telescoop niet alleen betrouwbaar, maar ook super betrouwbaar gemaakt. Dit komt mede door het voortdurend uitstellen van de lanceringsdatum.
James Webb heeft nog een belangrijk verschil. Met de apparatuur kan hij zich concentreren op zeer oude en koude objecten die Hubble niet kon zien. Zo komen we erachter wanneer en waar de eerste sterren, quasars, sterrenstelsels, clusters en superclusters van sterrenstelsels verschenen.
De meest interessante vondsten die de nieuwe telescoop kan doen, zijn exoplaneten. Om preciezer te zijn, we hebben het over het bepalen van hun dichtheid, waardoor we kunnen begrijpen welk type object zich voor ons bevindt en of zo'n planeet mogelijk bewoonbaar kan zijn. Met de hulp van James Webb hopen wetenschappers ook gegevens te verzamelen over de massa's en diameters van verre planeten, en dit zal nieuwe gegevens over het eigen sterrenstelsel openen.
Met de uitrusting van de telescoop kunnen koude exoplaneten worden gedetecteerd met oppervlaktetemperaturen tot 27 ° C (de gemiddelde temperatuur op het oppervlak van onze planeet is 15 ° C)."James Webb" zal dergelijke objecten kunnen vinden op een afstand van meer dan 12 astronomische eenheden (dat wil zeggen de afstand van de aarde tot de zon) van hun sterren en ver van de aarde op een afstand van maximaal 15 licht jaar. Serieuze plannen hebben betrekking op de atmosfeer van de planeten. De telescopen van Spitzer en Hubble konden informatie verzamelen over ongeveer honderd gasomhulsels. Volgens experts zal de nieuwe telescoop minstens driehonderd atmosferen van verschillende exoplaneten kunnen verkennen.
Een apart punt dat de aandacht verdient, is de zoektocht naar hypothetische type III-stellaire populaties, die de eerste generatie sterren zouden moeten vormen die na de oerknal verschenen. Volgens wetenschappers zijn dit zeer zware armaturen met een korte levensduur, die natuurlijk niet meer bestaan. Deze objecten hadden een grote massa vanwege het gebrek aan koolstof dat nodig is voor de klassieke thermonucleaire reactie, waarbij zware waterstof wordt omgezet in licht helium en overtollige massa wordt omgezet in energie. Naast dit alles zal de nieuwe telescoop in staat zijn om voorheen onontgonnen plaatsen waar sterren worden geboren in detail te bestuderen, wat ook erg belangrijk is voor de astronomie.
- Zoeken en bestuderen van de oudste sterrenstelsels;
- Zoeken naar aardachtige exoplaneten;
- Detectie van sterrenpopulaties van het derde type;
- Verkenning van de "sterrenwiegjes"
Ontwerpkenmerken
Het apparaat is ontwikkeld door twee Amerikaanse bedrijven - Northrop Grumman en Bell Aerospace. James Webb Space Telescope is een technisch meesterwerk. De nieuwe telescoop weegt 6,2 ton - ter vergelijking, de Hubble heeft een massa van 11 ton. Maar als de oude telescoop qua grootte kan worden vergeleken met een vrachtwagen, dan is de nieuwe vergelijkbaar met een tennisbaan. De lengte bereikt 20 m en de hoogte is dezelfde als die van een gebouw met drie verdiepingen. Het grootste deel van de James Webb Space Telescope is een enorm zonnescherm. Dit is de basis van de hele structuur, gemaakt van een polymeerfilm. Aan de ene kant is het bedekt met een dunne laag aluminium en aan de andere kant - metallisch silicium.
Het zonnescherm heeft meerdere lagen. De holtes ertussen zijn gevuld met vacuüm. Dit is nodig om de apparatuur te beschermen tegen een "zonnesteek". Met deze benadering kan men ultragevoelige matrices afkoelen tot -220 ° C, wat erg belangrijk is als het gaat om het observeren van verre objecten. Het feit is dat ze, ondanks de perfecte sensoren, geen objecten konden zien vanwege andere "hete" details van "James Webb".
In het midden van de structuur is een enorme spiegel. Dit is een "bovenbouw" die nodig is om lichtstralen te focussen - de spiegel maakt ze recht, waardoor een duidelijk beeld ontstaat. De diameter van de hoofdspiegel van de James Webb-telescoop is 6,5 m. Het omvat 18 blokken: tijdens de lancering van het lanceervoertuig zullen deze segmenten in een compacte vorm zijn en pas openen nadat het ruimtevaartuig in een baan om de aarde is gekomen. Elk segment heeft zes hoeken om de beschikbare ruimte optimaal te benutten. En de ronde vorm van de spiegel zorgt voor de beste focus van het licht op de detectoren.
Voor de vervaardiging van de spiegel werd gekozen voor beryllium - een relatief hard metaal van lichtgrijze kleur, dat onder andere wordt gekenmerkt door hoge kosten. Een van de voordelen van deze keuze is het feit dat beryllium zelfs bij zeer lage temperaturen zijn vorm behoudt, wat erg belangrijk is voor het correct verzamelen van informatie.
Wetenschappelijke instrumenten
De beoordeling van een veelbelovende telescoop zou onvolledig zijn als we ons niet zouden concentreren op de belangrijkste instrumenten:
MIRI. Dit is een mid-infrarood apparaat. Het bevat een camera en een spectrograaf. MIRI omvat verschillende arrays van arseen-siliciumdetectoren. Dankzij de sensoren van dit apparaat hopen astronomen rekening te houden met de roodverschuiving van verre objecten: sterren, sterrenstelsels en zelfs kleine kometen. De kosmologische roodverschuiving wordt een afname van stralingsfrequenties genoemd, wat wordt verklaard door de dynamische afstand van bronnen van elkaar als gevolg van de uitdijing van het heelal. Het meest interessante is dat het niet alleen gaat om het repareren van een of ander object op afstand, maar om het verkrijgen van een grote hoeveelheid gegevens over de eigenschappen ervan.
De NIRCam, of nabij-infraroodcamera, is de belangrijkste beeldeenheid van de telescoop. NIRCam is een complex van kwik-cadmium-telluriumsensoren. Het werkbereik van het NIRCam-apparaat is 0,6-5 micron. Het is moeilijk voor te stellen welke geheimen NIRCam zal helpen ontrafelen. Wetenschappers willen het bijvoorbeeld gebruiken om een kaart van donkere materie te maken met behulp van de zogenaamde zwaartekrachtlensmethode, d.w.z. het vinden van klonten donkere materie door hun zwaartekrachtsveld, merkbaar door de kromming van het traject van nabijgelegen elektromagnetische straling.
NIR Spec. Zonder een nabij-infraroodspectrograaf zou het onmogelijk zijn om de fysieke eigenschappen van astronomische objecten te bepalen, zoals massa of chemische samenstelling. NIRSpec kan spectroscopie met gemiddelde resolutie bieden in het golflengtebereik van 1-5 m en spectroscopie met lage resolutie met golflengten van 0,6-5 m. Het apparaat bestaat uit veel cellen met individuele controle, waarmee u zich kunt concentreren op specifieke objecten en onnodige straling "uitfiltert".
FGS/NIRIS. Het is een paar dat bestaat uit een precisierichtsensor en een nabij-infraroodbeeldvormingsapparaat met een spleetloze spectrograaf. Dankzij de precisiegeleidingssensor (FGS) kan de telescoop zo nauwkeurig mogelijk scherpstellen en dankzij NIRISS zijn wetenschappers van plan om de eerste orbitale tests van de telescoop uit te voeren, wat een algemeen idee zal geven van zijn toestand. Er wordt ook aangenomen dat het beeldvormingsapparaat een belangrijke rol zal spelen bij de observatie van verre planeten.
Formeel willen ze de telescoop vijf tot tien jaar gebruiken. Zoals de praktijk laat zien, kan deze periode echter voor onbepaalde tijd worden verlengd. En "James Webb" kan ons veel meer nuttige en eenvoudig interessante informatie geven dan iemand zich kan voorstellen. Bovendien is het nu onmogelijk om je voor te stellen wat voor soort "monster" "James Webb" zal vervangen, en hoeveel de constructie ervan zal kosten.
In het voorjaar van 2018 steeg de prijs van het project tot een onvoorstelbare $ 9,66 miljard. Ter vergelijking: het jaarlijkse budget van NASA is ongeveer $ 20 miljard en de Hubble was ten tijde van de bouw $ 2,5 miljard waard. Met andere woorden, James Webb is al de geschiedenis ingegaan als de duurste telescoop en een van de duurste projecten in de geschiedenis van de ruimteverkenning. Alleen het maanprogramma, het internationale ruimtestation, de shuttles en het GPS-systeem voor wereldwijde positionering kosten meer. "James Webb" heeft echter alles voor de boeg: de prijs kan nog meer stijgen. En hoewel experts uit 17 landen hebben meegewerkt aan de bouw, rust het leeuwendeel van de financiering nog steeds op de schouders van de Verenigde Staten. Vermoedelijk zal dit zo blijven.
