James Webb rumteleskop | |
---|---|
engelsk James Webb rumteleskop | |
| |
Organisation |
NASA ESA CSA |
Hovedentreprenører |
Northrop Grumman Ball Aerospace |
Bølgerækkevidde | 0,6–28 µm ( synlige og infrarøde dele ) |
COSPAR ID | 2021-130A |
NSSDCA ID | 2021-130A |
SCN | 50463 |
Beliggenhed | Lagrangepunkt L 2 i Sol-Jord-systemet (1,5 millioner km fra Jorden i modsat retning af Solen) |
Banetype | halo kredsløb |
Frokost aftale | 25. december 2021 |
Startsted | ELA-3 [2] [3] |
Orbit launcher | Ariane-5 ECA [4] [3] |
Varighed | 10-20 år |
Vægt | 6161,42 kg [5] |
teleskop type | reflekterende teleskop af Korsch-systemet [1] |
Diameter | 6,5 m [6] [7] og 0,74 m [8] |
Opsamling af overfladeareal |
omkring 25 m² |
Brændvidde | 131,4 m |
videnskabelige instrumenter | |
|
mellem-infrarødt instrument |
|
nær infrarødt kamera |
|
nær infrarød spektrograf |
|
finpegende sensor med nær infrarød billedkamera og spaltefri spektrograf |
Missions logo | |
Internet side | webb.nasa.gov _ |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
James Webb Space Telescope ( JWST ) er et orbitalt infrarødt observatorium . Det største rumteleskop med det største spejl (et segmenteret spejl med en samlet diameter på 6,5 meter , men det største monolitiske spejl er tilbage ved Herschel -teleskopet - 3,5 meter ) nogensinde opsendt af menneskeheden [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] .
Det blev oprindeligt kaldt " Næste generations rumteleskop" (NGST ) . I 2002 blev det omdøbt til ære for den anden leder af NASA, James Webb (1906-1992), som ledede agenturet i 1961-1968 under gennemførelsen af Apollo -programmet.
Det blev besluttet at gøre det primære spejl af teleskopet ikke solidt, men fra foldbare segmenter, der vil blive åbnet i kredsløb, da diameteren af det primære spejl ikke ville tillade det at blive placeret i Ariane -5 løfteraket . James Webb-teleskopets primære spejl er segmenteret og består af 18 sekskantede segmenter lavet af forgyldt beryllium , størrelsen af hvert af segmenterne er 1,32 meter kant-til-kant, som tilsammen danner ét spejl med en samlet diameter på 6,5 meter [16] . Dette giver teleskopet et lysopsamlingsområde omkring 5,6 gange større end Hubble -teleskopspejlet med en diameter på 2,4 meter med et opsamlingsareal på 25,37 m2 i forhold til Hubbles 4,52 m2 . I modsætning til Hubble, der observerer i det nære ultraviolette , synlige og nær infrarøde ( 0,1-1,0 μm ) spektre, observerer James Webb-teleskopet i et lavere frekvensområde, fra synligt lys med lang bølgelængde (rødt) til medium infrarødt ( 0,6-28,3) mikron ). Dette giver ham mulighed for at observere de fjerneste objekter i universet, objekter med høj rødforskydning (de første galakser og stjerner i universet), som er for gamle, svage og langt væk til Hubble-teleskopet [17] [18] . Teleskopet er beskyttet af et 5-lags termisk skjold for at holde temperaturen på spejlet og instrumenterne under 50 K ( -223 °C ), så teleskopet kan fungere i det infrarøde og observere svage infrarøde signaler uden interferens fra andre varmekilder . Derfor er teleskopet placeret i en gloriebane ved Lagrange-punktet L 2 af Sol-Jord-systemet, 1,5 millioner km fra Jorden, hvor dets 5-lags varmeskjold, i form af en drage og på størrelse med en tennisbane , beskytter den mod opvarmning fra Solen, Jorden og Månen på samme tid [19] [20] . At placere et teleskop i rummet gør det muligt at registrere elektromagnetisk stråling i de områder, hvor jordens atmosfære er uigennemsigtig; primært i det infrarøde område. På grund af fraværet af atmosfærens indflydelse er teleskopets opløsning 7-10 gange større end for et tilsvarende teleskop placeret på Jorden.
Projektet er resultatet af internationalt samarbejde mellem 17 lande , ledet af NASA , med betydelige bidrag fra de europæiske og canadiske rumorganisationer.
De anslåede omkostninger ved projektet er $10 milliarder (det vil vokse med driften af teleskopet), hvoraf bidraget fra NASA er anslået til $8,8 milliarder, bidraget fra European Space Agency er $850 millioner, inklusive opsendelse, bidrag fra den canadiske rumfartsorganisation er $165 millioner [21] [ca. 1] .
Den 25. december 2021 blev teleskopet med succes opsendt fra Kourou -opsendelsesstedet ved hjælp af Ariane-5- raketten [22] . De første videnskabelige undersøgelser begyndte i sommeren 2022. Teleskopets levetid er hovedsageligt begrænset af mængden af brændstof til manøvrering omkring punktet L 2 . Den oprindelige beregning var 5-10 år . Men under opsendelsen var det muligt at lave en yderst vellykket manøvre, og den nuværende brændstofforsyning er begrænset til 20 år, men ikke alle enheder kan fungere så længe [23] .
Den 9. januar 2022 indsatte teleskopet med succes alle sine systemer og gik i en fuldt operationel tilstand, og den 24. januar 2022 gik det med succes ind i en gloriebane ved Lagrange-punktet L 2 i Sol-Jord-systemet, 1,5 millioner km. fra Jorden [24] . Afkøling til driftstemperatur tog flere uger, og derefter begyndte de endelige kalibreringsprocedurer i omkring 5 måneder, muligvis inklusiv modtagelse af universets første lys efter " mørketiden ", før det planlagte forskningsprogram startede [25] [26] [27] .
Den 15. juni 2017 udgav NASA og ESA en liste over teleskopets første mål, inklusive over 2.100 observationer. De var planeter og små kroppe i solsystemet, exoplaneter og protoplanetariske skiver, galakser og klynger af galakser, samt kvasarer [28] [29] .
Den 30. marts 2021 annoncerede NASA den endelige liste over primære mål for observationer, som starter 6 måneder efter opsendelsen af teleskopet. I alt blev 286 ud af mere end tusinde ansøgninger udvalgt inden for syv hovedområder af astronomi, som i alt vil tage omkring seks tusinde timers observationstid af teleskopet, hvilket er omkring to tredjedele af den samlede tid, der blev tildelt i den første observationscyklus [30] [31] . NASA får 80 % af teleskoptiden, mens EKA får 15 % [32] , CSA får 5 % [33] .
De primære mål for JWST er: at opdage lyset fra de første stjerner og galakser dannet efter Big Bang , at studere dannelsen og udviklingen af galakser, stjerner, planetsystemer og livets oprindelse. Også "James Webb" vil være i stand til at fortælle om hvornår og hvor genioniseringen af universet begyndte, og hvad der forårsagede det [34] . "James Webb" bliver nødt til at finde ud af, hvordan galakserne så ud i tidsperioden fra 400 tusind år efter Big Bang til 400 millioner år efter Big Bang, utilgængelige for konventionelle teleskoper, ikke på grund af utilstrækkelig opløsning, men pga. Rødforskydning , på grund af, herunder Doppler-effekten , som afleder den optiske stråling af disse objekter til det infrarøde område.
Teleskopet er i stand til at detektere relativt kolde exoplaneter med overfladetemperaturer op til 300 K (hvilket er næsten det samme som Jordens overfladetemperatur) placeret længere end 12 AU. e. fra deres stjerner og fjernt fra Jorden i en afstand på op til 15 lysår . "Webb" er også i stand til at observere planeter med masser på omkring 0,3 Jupiter-masser i afstande over 100 AU. e. fra moderstjernen og med masser under Saturns masse i afstande over 10 AU. e. fra forældrestjernen [35] . Mere end to dusin stjerner tættest på Solen vil falde ind i zonen for detaljeret observation. Takket være JWST forventes et reelt gennembrud inden for exoplanetologi - teleskopets muligheder vil være nok til at opdage ikke kun selve exoplaneterne, men endda satellitter og spektrallinjer fra disse planeter. Dette vil være uopnåeligt for noget jord- og rumteleskop indtil efteråret 2027, hvor Extremely Large Telescope med en spejldiameter på 39,3 m vil blive taget i brug [36] . Søgningen efter exoplaneter vil også bruge de data, der er opnået af Kepler-teleskopet [37] siden 2009. Teleskopets muligheder vil dog ikke være nok til at afbilde de fundne exoplaneter. En sådan mulighed vil først dukke op i midten af 2030'erne, hvis et nyt rumteleskop (for eksempel LUVOIR eller HabEx ) opsendes.
Protoplanetariske skiverListen over primære objekter til undersøgelse omfatter 17 af de tyve nærmeste protoplanetariske diske, hvoraf billeder blev taget i 2003 ved hjælp af Spitzer Space Telescope og i 2018 af ALMA -radioteleskopkomplekset . Webb vil måle spektrene af protoplanetariske diske, som vil give en idé om deres kemiske sammensætning, samt supplere detaljerne i den interne struktur af systemet tidligere observeret af ALMA-komplekset som en del af DSHARP-projektet (fra engelsk ) Diskunderstrukturer ved projekt med høj vinkelopløsning ). Forskere forventer, at det mellem-infrarøde område, som teleskopet (MIRI-instrumentet) vil fungere i, vil gøre det muligt at identificere aktivt dannede jordlignende klippeplaneter i de indre dele af protoplanetariske skiver ved hjælp af de karakteristiske kemiske elementer, som de er sammensat af. . Mængden af vand, kulilte, kuldioxid, metan og ammoniak i hver skive vil blive målt, og ved hjælp af spektroskopi vil det være muligt at estimere indholdet og placeringen inde i skiven af ilt, kulstof og nitrogen (dette er vigtigt for at forstå, om vand er i en potentielt beboelig zone, hvor andre forhold er egnede til fremkomsten af liv) [38] .
Teleskopets infrarøde instrumenter vil blive brugt til at studere de vandrige verdener i solsystemet, Jupiters måne Europa og Saturns måne Enceladus . NIRSpec -værktøjet vil blive brugt til at søge efter biosignaturer (methan, methanol, ethan) i gejserne i begge satellitter [ 39] .
NIRCam-værktøjet vil være i stand til at opnå billeder i høj opløsning af Europa, som vil blive brugt til at studere dets overflade og søge efter regioner med gejsere og høj geologisk aktivitet. Sammensætningen af registrerede gejsere vil blive analyseret ved hjælp af NIRSpec og MIRI værktøjerne. Data opnået fra disse undersøgelser vil også blive brugt i Europa Clipper -undersøgelsen af Europa .
For Enceladus vil det på grund af dets afsides beliggenhed og lille størrelse ikke være muligt at opnå billeder i høj opløsning, men teleskopets muligheder vil give os mulighed for at analysere den molekylære sammensætning af dets gejsere.
Der er planlagt observationer for Ceres , asteroiderne Pallas , Ryugu , trans-neptunske objekter , kentaurer og flere kometer.
År | Planlagt lanceringsdato |
Planlagt budget (milliard $ ) |
---|---|---|
1997 | 2007 [40] | 0,5 [40] |
1998 | 2007 [41] | 1 [42] |
1999 | 2007-2008 [43] | 1 [42] |
2000 | 2009 [44] | 1,8 [42] |
2002 | 2010 [45] | 2,5 [42] |
2003 | 2011 [46] | 2,5 [42] |
2005 | 2013 | 3 [47] |
2006 | 2014 | 4,5 [48] |
2008 | 2014 | 5.1 [49] |
2010 | tidligst i september 2015 | ≥6,5 [50] |
2011 | 2018 | 8,7 [51] |
2013 | 2018 | 8,8 [52] |
2017 | forår 2019 [53] | 8.8 |
2018 | tidligst i marts 2020 [54] | ≥8,8 |
2018 | 30. marts 2021 [55] | 9,66 [56] |
2020 | 31. oktober 2021 [57] [58] | ≥10 [56] [57] [59] |
2021 | 18. december 2021 | ≥10 |
2021 | 22. december 2021 [60] | ≥10 |
2021 | 24. december 2021 [61] | ≥10 |
2021 | 25. december 2021 [22] | ≥10 |
Ideen om at bygge et nyt kraftfuldt rumteleskop opstod i 1996, da amerikanske astronomer udgav rapporten HST and Beyond [62] [63] .
Indtil 2002 blev teleskopet kaldt Next Generation Space Telescope (“New Generation Space Telescope”, NGST), da det nye instrument skulle fortsætte den forskning, som Hubble påbegyndte. Under samme navn var teleskopet en del af Pentagon AMSD-kompleksprojektet for at udvikle et segmenteret spejl til rekognoscering og lasernedslagssatellitter [64] . Militærets tilstedeværelse i et rent videnskabeligt projekt havde en dårlig effekt på projektets omdømme, og NASA ønskede at bryde den direkte forbindelse med AMSDs militærprogram på navneniveau. Derfor, i 2002, da designet af teleskopet virkelig begyndte at adskille sig mærkbart i designet af spejlet fra andre modstykker under AMSD-programmet [65] , besluttede NASA at omdøbe teleskopet til ære for den anden chef for NASA, James Webb (1906-1992), som ledede agenturet i 1961-1968 under Apollo -programmet. Det forårsagede dog også en stor skandale i det amerikanske videnskabelige samfund, hvor mere end 1.200 rumforskere og ingeniører, herunder anerkendte videnskabsmænd som Chanda Prescod-Weinstein , skrev et andragende, der krævede, at teleskopet skulle omdøbes igen, som Webb er kendt. for hans forfølgelse af LGBT -samfundet blandt NASA-personale. Ifølge forfatterne af andragendet fortjener Webb ikke et "monument for homofobi ". Efter en heftig diskussion besluttede NASA-ledelsen at beholde navnet under hensyntagen til dets bidrag til Apollo-programmet. Men blandt amerikanske videnskabsmænd bruger mange i protest kun det forkortede navn JWST i deres videnskabelige arbejde og blev enige om at dechifrere det anderledes: Just Wonderful Space Telescope ("bare et vidunderligt rumteleskop") [66] .
Omkostningerne og vilkårene for projektet er gentagne gange steget. I juni 2011 blev det kendt, at omkostningerne ved teleskopet oversteg de oprindelige estimater med mindst fire gange.
NASA's budget foreslået i juli 2011 af Kongressen opfordrede til opsigelse af finansieringen til konstruktionen af teleskopet [67] på grund af dårlig ledelse og overskridelse af programmets budget [68] [69] , men i september samme år blev budgettet revideret og projektet beholdt finansieringen [70] . Den endelige beslutning om at fortsætte finansieringen blev truffet af Senatet den 1. november 2011.
I 2013 blev der afsat 626,7 millioner dollars til konstruktionen af teleskopet .
I foråret 2018 var omkostningerne ved projektet steget til 9,66 milliarder dollars [56] .
Årsagerne til at placere teleskopet ved Lagrange-punktet L 2 er primært relateret til Jordens afskærmning af Solen. Solens vinkelstørrelse ved punkt L 2 er 0°31', og Jordens vinkelstørrelse er 0°29' [71] . Da det meste af Solens stråling er dækket af Jorden, er temperaturen på det ydre varmeskjold ved punkt L 2 omkring +30°С, hvilket er mindre end +200°С med fuld bestråling fra Solen i begyndelsen af rummet observatoriets flyvning [72] .
Den anden grund til at være i punkt L2 er, at Jorden og Månen altid er bag teleskopets varmeskjold og ikke vil være i den del af himlen, hvor teleskopet udfører forskning [73] .
En yderligere fordel ved at være placeret på punkt L2 er det ekstremt lave brændstofforbrug på det tidspunkt, hvor returneringen af enheden en smule afviger fra punkt L2 er påkrævet. Den nuværende forsyning af James Webb brændstof er omkring 20 år [23] . Der er dog ingen mulighed for at genopfylde brændstofreserverne ved punkt L2. Til sammenligning kræver Hubble-rumteleskopet en kredsløbskorrektion hvert 5.-10. år, ellers vil teleskopet brænde op i jordens atmosfære. Efter at være løbet tør for brændstof vil James Webb gå ind i sit eget kredsløb om Solen [74] .
James Webb-rumteleskopets varmeskjold består af 5 lag Kapton , som hver er belagt med aluminium og har en størrelse på 21,1 gange 14,6 meter . Skærmen er nødvendig for at beskytte observatoriets hovedspejl og videnskabelige instrumenter mod varmestrømme og kosmisk stråling. De første to "varme" lag er belagt med doteret silicium. Simuleringen viser, at den maksimale temperatur for det første lag vil være 383 Kelvin og minimumstemperaturen for det sidste lag vil være 36 Kelvin. Skærmudfoldelsesmekanismen har 90 spændekabler, samt installation af 107 descender, der vil holde lagene af kapton i den korrekte position indtil udlægningen [75] .
Følsomheden af et teleskop og dets opløsningsevne er direkte relateret til størrelsen af det område af spejlet, der opsamler lys fra objekter. Forskere og ingeniører har bestemt, at det primære spejl skal have en minimumsdiameter på 6,5 meter for at kunne måle lys fra de fjerneste galakser . Blot at lave et spejl som Hubble -teleskopet , men større, var uacceptabelt, da dets masse ville være for stor til at sende et teleskop ud i rummet. Et team af videnskabsmænd og ingeniører skulle finde en løsning, så det nye spejl ville have 1/10 af massen af Hubble-teleskopspejlet pr. arealenhed [76] .
Inkludering af et prototype-teleskop i Pentagons Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD)-projektProgrammet Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD) blev startet for at skabe spejlet. AMSD-projektet var et projekt med to formål. Dette projekt skulle skabe segmenteret spejlteknologi , som var beregnet til James Webb, avancerede infrarøde rekognosceringssatellitter og et laserfokuseringsspejl til den avancerede Space Based Laser (SBL) angrebssatellit [64] [76] [77]
Spejlet under AMSD-programmet omfattede følgende tekniske komponenter [65] [64] [78] :
Segmenterede spejle er lettere og billigere end solide, men har en sådan ulempe som mellemrum på flere millimeter mellem segmenterne. Dette påvirker det faktum, at diffraktionsgrænsen for et segmenteret spejl ikke kun bestemmes af dets diameter, men også afhænger af kvaliteten af eliminering af mikroforskydninger mellem kanterne af segmenterne i forskellige retninger, hvilket igen genererer en faseforskydning og diffraktionseffekter . Den adaptive optik af segmenterede spejle er primært designet til at minimere diffraktion fra huller mellem segmenter ved klart at justere dem i samme plan og undertrykke diffraktion fra fokusvariabiliteten af forskellige segmenter [79] . James Webb-diffraktionsforvrængningsmodellen efter justering med adaptiv optik viser, at mellemrummene mellem segmenterne selvfølgelig forringer billedkvaliteten, men diffraktion afhænger af spejlets dimensioner med 90 % , som i klassiske massive spejle [80] .
Diffraktionen af et teleskop afhænger også af bølgelængden. I det nære infrarøde vil opløsningen af James Webb være 0,03 buesekunder [81] , i det fjerne infrarøde vil James Webb have en opløsning endnu mindre end Hubble - 0,1 buesekunder [82] . Hubble-billeder af synligt lys er tilgængelige med en opløsning på 0,06 buesekunder ved dens teoretiske grænse [83] .
Segmenterede spejle med adaptiv optik med samme masse og pris sammenlignet med et klassisk spejl giver en markant højere opløsning i samme bølgelængdeområde, samt et uforlignelig højere blændeforhold . Efter introduktionen af en sådan teknologi i amerikanske rekognosceringssatellitter ophørte CIA med at have brug for klassisk optik, og det gav NASA to Hubble kopispejle fra KH-11 satellitterne , da de ikke længere er nødvendige på grund af teknologiens forældelse [65] [ 84] . Prototypen af Pentagon infrarød rekognosceringssatellit under AMSD-programmet baseret på de samme spejlsegmenter som for James Webb blev fremstillet af de samme entreprenører ( Northrop Grumman og andre) og overført til US Naval Academy for praktisk træning af officerer i brugen af denne klasse af infrarød rekognoscering. Projektet blev implementeret under ledelse af vicechefen for National Office of Military Space Intelligence, hærgeneral Ellen Pawlikowski [85] . James Webb er ikke første gang, den samme spejlteknologi er blevet brugt med amerikanske efterretningssatellitter. Hubble - teleskopet blev brugt til at teste en ny version af det større KH-11 (Nøglehul) rekognosceringssatellitspejl [86] . The Space Review magazine , der analyserer Ellen Pawlikowskis projekt, bemærkede, at i rumteleskoper reagerer offentligheden kun på, hvad Pentagon tillader dem at vide, mens den nuværende udvikling af rumovervågningsteknologier er langt foran, hvad NASA har lov til at rapportere. til pressemeddelelser. Space Review noterer sig erfaringerne fra Orion (Mentor) -satellitten , hvor et radioteleskopdesign med mere end 100 meter i diameter er indsat i geostationær kredsløb, hvilket er størrelsesordener mere kompliceret end James Webb-nedbrydningsmekanikken. Eksperter bemærker også, at den amerikanske flåde i sin pressemeddelelse om rekognosceringsprototypen rapporterer en masse detaljer om den praktiske brug af adaptiv optik med spejlforvrængning under påvirkning af mikromekanik, hvilket kan betyde, at dette er en erfaring, der ikke er opnået fra en stativ, men fra en satellit, der opererer i kredsløb. . Ifølge eksperter kan dette tyde på, at militære kloner af James Webb allerede med succes er blevet indsat i kredsløb med mål, der ligner SBIRS rekognosceringssystemet , som det var tilfældet med de første KH-11'er , der blev opsendt længe før opsendelsen af Hubble [87] .
Den amerikanske regerings militære hemmeligholdelsesregimer for James Webb er blevet diskuteret bredt i det videnskabelige samfund og de almindelige medier. Scientific American publicerede en artikel i 2014, hvori det anførte, at det videnskabelige samfund ærligt talt var overrasket over, at rene akademiske forskere ikke fik lov til at deltage i ledelsen af James Webb-projektet, hvilket rejste spørgsmål om balancen mellem projektets videnskabelige og militære mål. Projektlederen, lederen af videnskabsmissionen og direktøren for astrofysik skal have den højeste sikkerhedsgodkendelse i USA for tophemmeligt militært materiale . Dette krævede faktisk, at den videnskabelige ledelse af projektet ikke skulle udføres af astrofysikere og videnskabsmænd, men af ingeniører med erfaring i udvikling af spionsatellitter . Den tidligere CIA-analytiker Allen Thomson bemærkede, at selvom NASA meget ofte bruger dobbeltteknologier i videnskabelige projekter, er et sådant krav ekstremt usædvanligt for NASA og indikerer, at projektet oprettes i regi af US National Space Intelligence Agency [88] [89] I 2016 udgav NASA en James Webb-video, hvor dækslet blev fjernet fra bagsiden af det sekundære spejl, hvilket gjorde det muligt at se mikromekanikken i dets justering, som gør det muligt at dreje det med en nøjagtighed på 140 nanometer til den endelige position det vil sige omtrent på størrelse med HIV -virus . Billedet af den adaptive optikenhed var sløret, hvilket blev bemærket af journalister fra Business Insider og bad NASA om afklaring. Hvortil NASA officielt annoncerede, at billedet er sløret på grund af det faktum, at denne James Webb-enhed falder ind under reguleringen af den amerikanske lov om cirkulation af våbenteknologi ( ITAR ), det vil sige, at mikromekanikken i James Webb-spejlene er klassificeret som et våben i henhold til amerikansk lovgivning [90] . I 2017 anerkendte den amerikanske regering, at James Webb-projektet var reguleret af internationalt samarbejde i henhold til lovgivning, der regulerer eksport af våbenteknologi, hvilket gjorde det ekstremt vanskeligt for ikke-amerikanske deltagere i projektet. Derfor blev James Webb i 2017 fjernet fra ITAR [91] .
AMSD-programmet er et samarbejde mellem NASA, US National Space Intelligence Agency og US Air Force . Baseret på AMSD-forskningen blev to eksperimentelle spejle bygget og testet. En af dem blev lavet af beryllium af Ball Aerospace & Technologies , den anden blev bygget af Kodak (nu ITT ) af specialglas [92] .
Et panel af eksperter testede begge spejle for at bestemme, hvor godt de yder, hvor meget de koster, og hvor nemt (eller svært) det ville være at bygge et 6,5 meter spejl i fuld størrelse. Eksperter anbefalede berylliumspejlet til James Webb-teleskopet af flere grunde, hvoraf den ene er, at beryllium bevarer sin form ved kryogene temperaturer. Derudover var Ball Aerospace & Technologies ' løsning billigere, fordi den brugte færre aktuatorer end konkurrenterne, hvilket faktisk reducerede muligheden for at rette spejlformfejl. Northrop Grumman valgte Bold-løsningen på en cost-benefit basis, og Goddard Space Flight Center godkendte beslutningen.
Selvom Ball Aerospace & Technologies- løsningen kun har 4 aktuatorer, har den adaptive optiske funktioner. De 3 aktuatorer ved kanterne er faktisk 6 aktuatorer, der er fordoblet og danner en "6D aktuator", det vil sige, at hovedet på hver aktuator kan tage en selvstændig position i et plan vinkelret på spejlet. Dette gør det muligt for kant-bi-aktuatorerne ikke kun at vippe spejlet, men at skubbe det frem/tilbage, at rotere rundt om dets akse og også at flytte spejlets centrum fra segmentets midtpunkt i en hvilken som helst retning. Bi-aktuatorer kan kun deformere spejlet samtidig med dets bevægelse. Den centrale "3D-aktuator" er udelukkende dedikeret til adaptiv optik og styrer segmentets krumning. Samarbejdet for alle aktuatorer overføres til 16 uafhængige punkter af spejlets position og bøjning. Den mekaniske kugleaktuator har en pitch på 7 nanometer og en slaglængde på 21 millimeter. Ved "afparkering" af spejlet bruger aktuatoren først en grovbevægelsesmekanisme, og derefter er der allerede tilsluttet en højpræcisionsmekanisme.
Som nævnt ovenfor er detaljerne om mekanikken i James Webb sekundærspejl klassificeret, men fra offentliggørelsen af aktuatordesigneren Robert Varden og NASAs pressemeddelelse [93] ved vi, at det sekundære spejl som helhed har en lignende struktur til resten af segmenterne og styres af 6 aktuatorer, det vil sige, at den ikke har krumningskorrektor, men kun positionerne [65] [94] .
Ball Aerospace & Technologies redesignede også en sådan enhed til James Webb fra dens militære udvikling som et fint styrespejl [95] . Denne adaptive optiske enhed er et spejl, der kan drejes med en nøjagtighed på omkring 1 nanograd til den ønskede vinkel [96] [97] . Enheden giver dig således mulighed for at ændre synsvinklen på teleskopet ved at skære lidt i billedstørrelsen i kanterne. Dette gør flere funktioner tilgængelige. Først og fremmest kan retningen til observationsobjektet stabiliseres. Efter at have vendt sig mod et nyt teleskopobjekt, kan der være resterende rotationer, og de fjernes af denne enhed. Det er heller ikke alle James Webb-instrumenter, såsom spektrometre eller submatricer, der kan arbejde over hele dets synsfelt, og det finjusterende spejl giver dig mulighed for at pege dem på et nyt tæt objekt uden at ændre teleskopets position.
Størrelsen af hvert af de 18 sekskantede segmenter af spejlet er 1,32 meter fra kant til kant, selve spejlets masse i hvert segment er 20 kg , og massen af hele segmentsamlingen (sammen med præcise positioneringsdrev osv.). ) vejer 40 kg .
Der vides meget mindre om de observationsanordninger, der koblede til spejlene i AMSD-programmet. James Webb-instrumenterne har dog formentlig også rødder i tilpasningen af militærteknologi til videnskabelige formål. En nøglekomponent i James Webb infrarøde instrumenter, såsom arrays og fotosensorer, er lavet af Teledyne Technologies og Raytheon , som er hovedleverandørerne af militær infrarød optik til Pentagon med en lille mængde civile ordrer [98] [ 99] . NASA rapporterede også, at James Webb bruger "salt infrarød optik" af zinksulfid , lithiumfluorid , bariumfluorid [100] . Salt infrarød optik er en ny generation af infrarød optik udviklet af Raytheon , som sammenlignet med klassisk germanium IR-optik har en lille absorption af infrarød stråling, som gør det muligt at observere meget svage objekter [101] [102] [103] . Raytheon skabte oprindeligt denne teknologi til meget følsomme søgemissiler , især til Javelin ATGM [104] . Den fredelige anvendelse af denne teknologi vil give James Webb mulighed for at observere meget svage objekter som exoplaneter.
ProduktionEn speciel type beryllium bruges til "Webb"-spejlet . Det er et fint pulver. Pulveret anbringes i en rustfri stålbeholder og presses til en flad form. Efter at stålbeholderen er fjernet, skæres et stykke beryllium i to for at lave to spejlemner på cirka 1,3 meter i diameter. Hvert spejlemne bruges til at skabe ét segment.
Spejldannelsesprocessen begynder med at skære det overskydende materiale ud på bagsiden af berylliumemnet, så der forbliver en fin ribbet struktur. Forsiden af hvert emne er glattet under hensyntagen til segmentets position i et stort spejl.
Derefter slibes overfladen af hvert spejl for at give en form tæt på den beregnede. Derefter bliver spejlet omhyggeligt glattet og poleret. Denne proces gentages, indtil formen af spejlsegmentet er tæt på den ideelle. Dernæst afkøles segmentet til en temperatur på -240 °C , og segmentets dimensioner måles ved hjælp af et laserinterferometer . Derefter gennemgår spejlet, under hensyntagen til den modtagne information, den endelige polering.
Efter endt bearbejdning af segmentet dækkes fronten af spejlet med et tyndt lag guld for bedre at reflektere infrarød stråling i området 0,6-29 µm [105] , og det færdige segment testes igen for eksponering for kryogene temperaturer [76] .
Udbredelsen af spejlet styres af et system med 132 separate drev og motorer, som først danner det af tre store fragmenter, og derefter korrekt positionerer hvert af de 18 segmenter og indstiller dem til den nødvendige krumning.
Den 28. august 2019 blev samlingen af James Webb-teleskopet afsluttet - for første gang koblede specialister hovedspejlet til platformen, som inkluderer et solskjold [106] [107] .
Prøver10. juli 2017 - begyndelsen på den endelige test af teleskopet for eksponering for kryogene temperaturer med en værdi på 37 K ved Johnson Space Center i Houston , som varede 100 dage [108] .
Udover test i Houston, gennemgik køretøjet en række mekaniske test på Goddard Space Flight Center, som bekræftede, at det kunne modstå opsendelse i kredsløb ved hjælp af en tung løfteraket.
I begyndelsen af februar 2018 blev gigantiske spejle og forskellige instrumenter leveret til Northrop Grummans anlæg i Redondo Beach til den endelige samling af teleskopet. Der var konstruktionen af teleskopets fremdriftsmodul og dets solskærm i gang. Da hele strukturen var samlet, var den planlagt til at blive leveret med søfartøj fra Californien til Fransk Guyana [109] .
JWST er udstyret med følgende videnskabelige instrumenter til rumudforskning:
Det nær-infrarøde kamera er den vigtigste billeddannelsesenhed i Webb og vil bestå af en række kviksølv-cadmium-tellur -detektorer [144] [145] . Enhedens driftsområde er fra 0,6 til 5 µm . Dets udvikling er overdraget til University of Arizona og Lockheed Martin Center for Advanced Technology .
Enhedens opgaver omfatter:
Kameraet er faktisk et helt kompleks af forskellige enheder [81] :
En væsentlig pointe for at forstå, at kameraet ikke tager billeder i den daglige forstand af kameraer. De billeder, der er beregnet til den brede offentlighed, er en computermodel, der er opnået ved at overlejre mange billeder med forskellige filtre oven på hinanden og med computeren, der renser diffraktionen så meget som muligt.
Den nær-infrarøde spektrograf vil analysere spektret af kilder, som vil give information både om de fysiske egenskaber af de undersøgte genstande (for eksempel temperatur og masse) og om deres kemiske sammensætning. Instrumentet er i stand til at udføre medium opløsning spektroskopi i 1-5 bølgelængdeområdet og lav opløsning 0,6-5 bølgelængdeområdet [146] .
Mange af de objekter, som Webb vil studere, udsender så lidt lys, at teleskopet skal indsamle lys fra dem i hundredvis af timer for at analysere spektret. For at studere tusindvis af galakser over 5 års teleskopdrift blev spektrografen designet med evnen til at observere 100 objekter i et himmelområde på 3 × 3 bueminutter [146] samtidigt. For at gøre dette udviklede Goddards videnskabsmænd og ingeniører en ny mikrolukkerteknologi til at styre lyset, der kommer ind i spektrografen .
Essensen af teknologien, som gør det muligt at opnå 100 samtidige spektre, ligger i et mikroelektromekanisk system kaldet et microshutter array . Mikrolukkercellerne i NIRSpec- spektrografen har låg, der åbner og lukker under påvirkning af et magnetfelt. Hver 100 gange 200 µm celle [147] styres individuelt og kan være åben eller lukket, hvilket giver eller omvendt blokerer en del af himlen for spektrografen .
Det er denne justerbarhed, der gør det muligt for instrumentet at udføre spektroskopi af så mange objekter samtidigt. Da de objekter, der skal undersøges af NIRSpec , er langt væk og svage, skal instrumentet undertrykke stråling fra lysere kilder, der er tættere på. Mikroskodder fungerer på samme måde som, hvordan folk skeler for at fokusere på et objekt ved at blokere en uønsket lyskilde. Enheden er allerede udviklet og testes i øjeblikket i Europa [148] .
Enheden til drift i mellemområdet for infrarød stråling ( 5-28 ) består af et kamera med en sensor med en opløsning på 1024×1024 pixels [149] og en spektrograf .
MIRI består af tre arrays af arsenik - siliciumdetektorer . Følsomme detektorer af denne enhed vil give dig mulighed for at se rødforskydningen af fjerne galakser , dannelsen af nye stjerner og svagt synlige kometer samt objekter i Kuiperbæltet . Kameramodulet giver mulighed for at fange objekter i et bredt frekvensområde med et stort synsfelt, og spektrografmodulet giver mellemopløsningsspektroskopi med et mindre synsfelt, som vil give dig mulighed for at få detaljerede fysiske data om fjerne objekter.
Den nominelle driftstemperatur for MIRI er 7 K. Sådanne temperaturer kan ikke opnås ved kun at bruge et passivt kølesystem. I stedet foregår afkølingen i to trin: en pulsrørs- forkøler køler instrumentet ned til 18 K , derefter sænker en adiabatisk drossel -varmeveksler ( Joule-Thomson-effekten ) temperaturen ned til 7 K.
MIRI udvikles af en gruppe kaldet MIRI Consortium, bestående af forskere og ingeniører fra Europa, et hold fra Jet Propulsion Laboratory i Californien og videnskabsmænd fra en række amerikanske institutioner [150] .
Enhedens driftstilstande er som følger [151] .
En Fine Guidance Sensor ( FGS ) og en Near Infrared Imaging Device og en Slitless Spectrograph ( NIRISS ) vil blive pakket sammen i Webb, men de er i det væsentlige to forskellige enheder [152] [153] . Begge enheder udvikles af den canadiske rumfartsorganisation og har allerede fået tilnavnet "canadiske øjne" i analogi med den " canadiske hånd ". Dette værktøj er allerede blevet integreret med ISIM-rammen i februar 2013.
Precision Guidance SensorFine Guidance Sensor ( FGS ) giver Webb mulighed for at producere præcis vejledning, så den kan tage billeder i høj kvalitet.
FGS - kameraet kan afbilde to tilstødende himmelområder på hver 2,4×2,4 bueminutter samt læse information 16 gange i sekundet fra små grupper på 8×8 pixels, hvilket er nok til at finde den tilsvarende referencestjerne med 95 procents sandsynlighed på ethvert tidspunkt på himlen, inklusive høje breddegrader.
De vigtigste funktioner i FGS inkluderer:
Under opsendelsen af teleskopet vil FGS også rapportere afvigelser i opstillingen af det primære spejl.
Nær infrarød billedbehandlingsenhed og spaltefri spektrografDen nær-infrarøde billedbehandlingsenhed og spaltefri spektrograf ( NIRISS ) fungerer i området 0,8-5,0 og er et specialiseret instrument med tre hovedtilstande, som hver opererer med et separat område.
NIRISS vil blive brugt til at udføre følgende videnskabelige opgaver:
Den 11. juli 2022 præsenterede den amerikanske præsident Joe Biden i Det Hvide Hus det første billede taget med det nye James Webb Space Telescope - et billede af galaksehoben SMACS 0723, der ligger i en afstand af 4,6 milliarder lysår. år fra Jorden [154] [155] . Allerede på den første officielle dag for teleskopets drift, den 12. juli 2022, gjorde James Webb-teleskopet sensationelle opdagelser. Så han opdagede vand på planeten WASP-96 b , der kredsede om den gule dværg WASP-96 . Spektralanalyse viste tilstedeværelsen af vanddamp i den øvre atmosfære af WASP-96 b, såvel som eksistensen af skyer og tågeansamlinger der [156] [155] . Han var også i stand til at fange de første billeder af universet. Enheden ved hjælp af et seks meter spejl formåede at fotografere en galaksehob på 13 milliarder lysår. år fra solen. Af de andre nye opdagelser af teleskopet - kollisionen af fem galakser på én gang [157] [155] .
I juli 2022 blev GLASS-z13- galaksen opdaget, den ældste galakse opdaget på observationstidspunktet (rødforskydning z = 13).
Den 25. august 2022 modtog James Webb for første gang uigendrivelige beviser for tilstedeværelsen af kuldioxid i atmosfæren på en planet uden for solsystemet. Opdagelsen blev gjort, mens man observerede gasgiganten WASP-39 b, som kredser om en sollignende stjerne i en afstand af 750 ly. år fra Solen [158] .
Den 1. september 2022 tog James Webb billeder af en planet uden for solsystemet for første gang – det var gasgiganten HIP 65426 b , der kredsede i en afstand af 92 AU. e. omkring en stjerne af spektral type A2V HIP 65426, beliggende i stjernebilledet Centaurus i en afstand af 385 sv. år fra solen. Planeten har ikke en stenet overflade og er ikke beboelig. Exoplaneten set af teleskopet blev opdaget i 2017 ved hjælp af instrumenterne fra European Southern Observatory, en del af VLT- projektet placeret i Chile [159] .
Den 8. september 2022 opdagede James Webbs tre infrarøde instrumenter, Near Infrared Camera (NIRCam), Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) og Near Infrared Camera (NIRCam), tusindvis af nye stjerner i Tarantula-tågen , der lokaliserede 161.000 lys -år fra Jorden i Galaxy Large Magellanic Cloud. De resulterende rammer viser emissioner fra en klynge af unge stjerner, søjler med dannende protostjerner samt gasbobler fra individuelle nyfødte stjerner [160] .
I sociale netværk | |
---|---|
Foto, video og lyd | |
Ordbøger og encyklopædier | |
I bibliografiske kataloger |
|
rumteleskoper | |
---|---|
Drift |
|
Planlagt |
|
Foreslået |
|
historisk |
|
Dvale (Mission fuldført) |
|
Faret vild | |
Annulleret | |
se også | |
Kategori |
exoplaneter | Projekter til at søge efter|||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Jord |
| ||||||||||
Plads |
| ||||||||||
se også Lister over exoplanetære systemer Historien om opdagelse af exoplaneter Metoder til påvisning af exoplaneter |
NASA (NASA) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Politik og historie | |||||||
Programmer for automatiske enheder |
| ||||||
Bemandede flyveprogrammer |
| ||||||
Separate missioner (bemandede og automatiske) |
| ||||||
Program for rumkommunikation og navigation (SCaN) |
| ||||||
Kategorier og lister |
|
Den Europæiske Rumorganisation | |||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||
|
Canadian Space Agency | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
canadiske astronauter |
| ||||||
satellitter | |||||||
Andet rumudstyr | |||||||
Entreprenører | |||||||
Relaterede offentlige myndigheder | |||||||
Internationale partnere | |||||||
Andet |