با هر سانتی متر دیافراگم اضافی، هر ثانیه اضافی از زمان رصد، و هر اتم اضافی درهم ریختگی جوی که از میدان دید تلسکوپ حذف می شود، جهان را می توان بهتر، عمیق تر و واضح تر دید.
25 سال هابل
هنگامی که تلسکوپ هابل در سال 1990 شروع به کار کرد، دوره جدیدی را در نجوم - فضا - آغاز کرد. دیگر نه درگیری با جو وجود داشت، نه نگرانی در مورد ابرها یا سوسو زدن الکترومغناطیسی. تنها چیزی که لازم بود مستقر کردن ماهواره بر روی هدف، تثبیت آن و جمع آوری فوتون بود. طی 25 سال، تلسکوپ‌های فضایی شروع به پوشش کل طیف الکترومغناطیسی کردند و برای اولین بار امکان مشاهده جهان در هر طول موج نور را فراهم کردند.
اما با افزایش دانش ما، درک ما از ناشناخته ها نیز افزایش یافته است. هر چه دورتر به جهان نگاه کنیم، گذشته عمیق‌تری را می‌بینیم: زمان محدودی از زمان انفجار بزرگ، همراه با سرعت محدود نور، محدودیتی برای آنچه ما می‌توانیم مشاهده کنیم، فراهم می‌کند. علاوه بر این، انبساط فضا به خودی خود با کشش طول موج علیه ما عمل می کندنور ستارگان در حالی که از سراسر جهان به چشم ما می رسد. حتی تلسکوپ فضایی هابل، که عمیق‌ترین و نفس‌گیرترین تصویری را که تاکنون از جهان کشف کرده‌ایم به ما می‌دهد، از این نظر محدود است.
معایب هابل
هابل تلسکوپ شگفت انگیزی است، اما تعدادی محدودیت اساسی دارد:
- فقط 2.4 متر قطر دارد که وضوح آن را محدود می کند.
- با وجود پوشانده شدن با مواد بازتابنده، دائماً در معرض نور مستقیم خورشید است که آن را گرم می کند. این بدان معنی است که به دلیل اثرات حرارتی، نمی تواند طول موج های نوری بیشتر از 1.6 میکرومتر را مشاهده کند.
- ترکیب دیافراگم محدود و طول موج هایی که به آن حساس است به این معنی است که تلسکوپ می تواند کهکشان هایی با قدمت بیش از 500 میلیون سال را ببیند.
این کهکشان‌ها زیبا، دوردست هستند و زمانی وجود داشته‌اند که کیهان تنها حدود ۴ درصد از سن کنونی خود را داشته است. اما مشخص است که ستارگان و کهکشان ها حتی قبل از آن نیز وجود داشته اند.
برای دیدن این، تلسکوپ باید حساسیت بالاتری داشته باشد. این به معنای حرکت به سمت طول موج های طولانی تر و دمای پایین تر از هابل است. به همین دلیل است که تلسکوپ فضایی جیمز وب در حال ساخت است.
چشم انداز علم
تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) برای غلبه بر این محدودیت ها طراحی شده است: با قطر 6.5 متر، این تلسکوپ 7 برابر بیشتر از هابل نور جمع آوری می کند. او باز می کندطیف‌سنجی فوق‌العاده با وضوح بالا از 600 نانومتر تا 6 میکرومتر (4 برابر طول موجی که هابل می‌تواند ببیند)، برای انجام مشاهدات در ناحیه مادون قرمز میانی طیف با حساسیت بالاتر از همیشه. JWST از خنک کننده غیرفعال نسبت به دمای سطح پلوتو استفاده می کند و قادر است ابزارهای مادون قرمز میانی را تا 7K به طور فعال خنک کند.
او اجازه خواهد داد:
- اولین کهکشان هایی را که تا کنون شکل گرفته اند رصد کنید؛
- دیدن از طریق گاز خنثی و کاوش در اولین ستاره ها و یونیزه شدن مجدد جهان؛
- انجام تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی اولین ستاره‌ها (جمعیت III) که پس از انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند؛
- شگفتی های شگفت انگیزی مانند کشف اولین سیاهچاله ها و اختروش های کلان پرجرم در جهان را دریافت کنید.
سطح تحقیقات علمی JWST شبیه هیچ چیز در گذشته نیست، به همین دلیل است که این تلسکوپ به عنوان مأموریت شاخص ناسا در دهه 2010 انتخاب شد.
شاهکار علمی
از نقطه نظر فنی، تلسکوپ جدید جیمز وب یک اثر هنری واقعی است. پروژه راه طولانی را پیموده است: بیش از حد بودجه، تاخیر در برنامه و خطر لغو پروژه وجود داشته است. پس از مداخله رهبری جدید، همه چیز تغییر کرد. پروژه ناگهان مانند ساعت کار کرد، بودجه تخصیص یافت، خطاها، شکست ها و مشکلات در نظر گرفته شد، و تیم JWST شروع به جا افتادن کرد.تمام مهلت ها، برنامه ها و چارچوب های بودجه ای. پرتاب این دستگاه برای اکتبر 2018 بر روی موشک آریان-5 برنامه ریزی شده است. تیم نه تنها به برنامه پایبند است، بلکه 9 ماه فرصت دارد تا همه موارد احتمالی را بررسی کنند تا مطمئن شوند که همه چیز برای آن تاریخ بسته و آماده است.
تلسکوپ جیمز وب از 4 قسمت اصلی تشکیل شده است.
بلاک نوری
شامل همه آینه‌ها می‌شود که هجده آینه ابتدایی با روکش طلا از همه مؤثرترند. از آنها برای جمع آوری نور ستاره های دور و تمرکز آن بر روی ابزارهایی برای تجزیه و تحلیل استفاده می شود. همه این آینه ها اکنون آماده و بدون عیب هستند و طبق برنامه ساخته شده اند. پس از مونتاژ، آنها در یک ساختار فشرده جمع می شوند تا بیش از 1 میلیون کیلومتر از زمین به نقطه L2 لاگرانژ پرتاب شوند و سپس به طور خودکار مستقر می شوند تا ساختار لانه زنبوری را تشکیل دهند که برای سال های آینده نور بسیار دوربرد را جمع آوری می کند. این یک چیز واقعا زیبا و نتیجه موفقیت آمیز تلاش های عظیم بسیاری از متخصصان است.
دوربین مادون قرمز نزدیک
Webb مجهز به چهار ابزار علمی است که 100٪ کامل هستند. دوربین اصلی این تلسکوپ یک دوربین نزدیک به IR است که از نور نارنجی مرئی تا مادون قرمز عمیق را در بر می گیرد. این تصاویر بی‌سابقه‌ای از اولین ستاره‌ها، جوان‌ترین کهکشان‌هایی که هنوز در حال شکل‌گیری هستند، ستارگان جوان راه شیری و کهکشان‌های نزدیک، صدها جرم جدید در کمربند کویپر ارائه می‌کند. او استبهینه سازی شده برای تصویربرداری مستقیم از سیارات اطراف ستاره های دیگر. این دوربین اصلی مورد استفاده اکثر ناظران خواهد بود.
طیف نگار مادون قرمز نزدیک
این ابزار نه تنها نور را به طول موج های جداگانه جدا می کند، بلکه قادر است این کار را برای بیش از 100 جسم مجزا به طور همزمان انجام دهد! این ابزار یک طیف‌نگار جهانی وببا خواهد بود که قادر است در 3 حالت طیف‌سنجی مختلف کار کند. این توسط آژانس فضایی اروپا ساخته شد، اما بسیاری از قطعات، از جمله آشکارسازها و یک باتری چند دروازه، توسط مرکز پرواز فضایی ارائه شد. گدارد (ناسا). این دستگاه تست شده و آماده نصب است.
دستگاه مادون قرمز متوسط
این دستگاه برای تصویربرداری پهنای باند استفاده خواهد شد، به این معنا که چشمگیرترین تصاویر را از تمام ابزارهای Webb تولید خواهد کرد. از نقطه نظر علمی، در اندازه گیری دیسک های پیش سیاره ای اطراف ستارگان جوان، اندازه گیری و تصویربرداری از اجرام کمربند کویپر و غبار گرم شده توسط نور ستاره ها با دقت بی سابقه ای بسیار مفید خواهد بود. این تنها ابزاری خواهد بود که به صورت برودتی تا 7 K خنک می شود. در مقایسه با تلسکوپ فضایی اسپیتزر، این کار نتایج را تا ضریب 100 بهبود می بخشد.
طیف‌نگار نزدیک مادون قرمز بدون شکاف (NIRISS)
دستگاه به شما امکان می دهد تولید کنید:
- طیف‌سنجی با زاویه باز در طول موج‌های مادون قرمز نزدیک (1.0 - 2.5 میکرومتر)؛
- طیف‌سنجی گریسم از یک جسم درمحدوده مرئی و مادون قرمز (0.6 - 3.0 میکرون)؛
- تداخل سنجی پوشاندن دیافراگم در طول موج های 3.8 - 4.8 میکرومتر (جایی که انتظار می رود اولین ستاره ها و کهکشان ها وجود داشته باشد)؛
- تصویربرداری با برد وسیع از کل میدان دید.
این ابزار توسط آژانس فضایی کانادا ساخته شده است. پس از گذراندن آزمایش برودتی، برای ادغام در محفظه ابزار تلسکوپ نیز آماده خواهد بود.
سپر خورشید
تلسکوپ های فضایی هنوز به آنها مجهز نشده اند. یکی از ترسناک ترین جنبه های هر راه اندازی، استفاده از مواد کاملاً جدید است. تلسکوپ جیمز وب به جای خنک کردن فعال کل فضاپیما با یک خنک کننده یکبار مصرف، از یک فناوری کاملاً جدید استفاده می کند، یک آفتابگیر 5 لایه که برای انعکاس تابش خورشید از تلسکوپ مستقر خواهد شد. پنج ورقه 25 متری با میله های تیتانیوم متصل شده و پس از استقرار تلسکوپ نصب می شوند. حفاظت در سال 2008 و 2009 آزمایش شد. مدل‌های تمام مقیاسی که در آزمایش‌های آزمایشگاهی شرکت کردند، تمام کارهایی را که قرار بود اینجا روی زمین انجام دهند، انجام دادند. این یک نوآوری زیبا است.
همچنین یک مفهوم باورنکردنی است: نه فقط جلوگیری از نور خورشید و قرار دادن تلسکوپ در سایه، بلکه انجام این کار به گونه ای که تمام گرما در جهت مخالف جهت تلسکوپ تابیده شود. هر یک از پنج لایه در خلاء فضا با دور شدن از لایه بیرونی سرد می شود که کمی گرمتر از دما خواهد بود.سطح زمین - حدود 350-360 کلوین
علاوه بر این، اقدامات احتیاطی قابل توجهی برای محافظت در برابر محیط خشن فضای عمیق انجام شده است. یکی از چیزهایی که در اینجا باید نگران آن بود، سنگریزه های ریز به اندازه سنگریزه، دانه های شن، دانه های گرد و غبار و حتی کوچکترهایی است که در فضای بین سیاره ای با سرعت ده ها یا حتی صدها هزار کیلومتر در ساعت پرواز می کنند. این ریزشهاب‌سنگ‌ها می‌توانند سوراخ‌های ریز و میکروسکوپی را در هر چیزی که با آن مواجه می‌شوند ایجاد کنند: فضاپیما، لباس فضانوردان، آینه‌های تلسکوپ و موارد دیگر. اگر آینه ها فقط دارای فرورفتگی یا سوراخ باشند، که مقدار "نور خوب" موجود را کمی کاهش می دهد، سپر خورشیدی می تواند از لبه به لبه دیگر پاره شود و کل لایه را بی فایده کند. یک ایده درخشان برای مبارزه با این پدیده استفاده شد.
کل سپر خورشیدی به چند بخش تقسیم شده است به گونه ای که اگر شکاف کوچکی در یک، دو یا حتی سه تا از آنها وجود داشته باشد، لایه بیشتر از این پاره نمی شود، مانند شکافی در شیشه جلوی خودرو. ماشین. پارتیشن بندی کل ساختار را دست نخورده نگه می دارد، که برای جلوگیری از تخریب مهم است.
سفینه فضایی: سیستم های مونتاژ و کنترل
این رایج ترین جزء است، همانطور که همه تلسکوپ های فضایی و مأموریت های علمی دارند. در JWST، منحصر به فرد است، اما کاملاً آماده است. تنها چیزی که برای پیمانکار عمومی پروژه، نورثروپ گرومن باقی مانده بود، تکمیل سپر، مونتاژ تلسکوپ و آزمایش آن بود. دستگاه آماده خواهد شدراه اندازی در 2 سال.
10 سال کشف
اگر همه چیز درست پیش برود، بشریت در آستانه اکتشافات علمی بزرگ قرار خواهد گرفت. پرده گاز خنثی که تاکنون دید اولین ستارگان و کهکشان ها را پنهان کرده است، با قابلیت های فروسرخ Webb و درخشندگی عظیم آن از بین خواهد رفت. این تلسکوپ بزرگترین و حساس‌ترین تلسکوپ خواهد بود که تا کنون ساخته شده است، با محدوده طول موج عظیمی از 0.6 تا 28 میکرون (چشم انسان بین 0.4 تا 0.7 میکرون می‌بیند). انتظار می رود این یک دهه مشاهدات را ارائه دهد.
طبق گفته ناسا، عمر ماموریت وب از ۵.۵ تا ۱۰ سال خواهد بود. این توسط مقدار پیشران مورد نیاز برای حفظ مدار و طول عمر وسایل الکترونیکی و تجهیزات در محیط خشن فضا محدود است. تلسکوپ مداری جیمز وب برای کل دوره 10 ساله سوخت خواهد داشت و 6 ماه پس از پرتاب، آزمایش پشتیبانی پرواز انجام خواهد شد که تضمین کننده 5 سال کار علمی است.
چه مشکلی ممکن است پیش بیاید؟
عامل محدودکننده اصلی میزان سوخت داخل هواپیما است. هنگامی که به پایان می رسد، ماهواره از نقطه L2 لاگرانژ دور می شود و وارد مداری آشفته در مجاورت زمین می شود.
با این بیا، مشکلات دیگری ممکن است رخ دهد:
- تخریب آینه ها، که بر میزان نور جمع آوری شده تأثیر می گذارد و مصنوعات تصویری ایجاد می کند، اما به عملکرد بیشتر تلسکوپ آسیب نمی رساند؛
- شکست بخشی یا تمام صفحه خورشیدی که منجر به افزایش می شوددمای فضاپیما و محدود کردن دامنه طول موج قابل استفاده به مادون قرمز بسیار نزدیک (2-3 میکرومتر)؛
- سیستم خنک‌کننده دستگاه Mid-IR خراب می‌شود، که آن را غیرقابل استفاده می‌کند، اما بر سایر ابزارها تأثیر نمی‌گذارد (0.6 تا 6 میکرومتر).
سخت‌ترین آزمایشی که در انتظار تلسکوپ جیمز وب است پرتاب و قرار دادن آن در یک مدار مشخص است. این موقعیت‌ها آزمایش شدند و با موفقیت تکمیل شدند.
انقلاب در علم
اگر تلسکوپ جیمز وب عملیاتی شود، سوخت کافی برای تامین انرژی آن از سال 2018 تا 2028 وجود خواهد داشت. علاوه بر این، پتانسیل سوخت گیری وجود دارد که می تواند عمر تلسکوپ را تا یک دهه دیگر افزایش دهد. همانطور که هابل به مدت 25 سال کار می کند، JWST می تواند نسلی از علم انقلابی را ارائه دهد. در اکتبر 2018، پرتابگر آریان 5 به مدار آینده نجوم پرتاب خواهد شد که پس از بیش از 10 سال تلاش سخت، آماده به ثمر نشستن است. آینده تلسکوپ های فضایی تقریباً نزدیک است.
