Telescopul spațial James Webb | |
---|---|
Engleză Telescopul spațial James Webb | |
| |
Organizare |
NASA ESA CSA |
Antreprenori principali |
Northrop Grumman Ball Aerospace |
Gama de valuri | 0,6–28 µm ( părți vizibile și infraroșii ) |
ID COSPAR | 2021-130A |
ID NSSDCA | 2021-130A |
SCN | 50463 |
Locație | Punctul Lagrange L 2 al sistemului Soare-Pământ (1,5 milioane km de Pământ în direcția opusă Soarelui) |
Tipul orbitei | orbita halo |
Data lansării | 25 decembrie 2021 |
Site de lansare | ELA-3 [2] [3] |
Lansator orbital | Ariane-5 ECA [4] [3] |
Durată | 10-20 de ani |
Greutate | 6161,42 kg [5] |
tip telescop | telescop reflectorizant al sistemului Korsch [1] |
Diametru | 6,5 m [6] [7] și 0,74 m [8] |
Suprafața de colectare |
aproximativ 25 m² |
Distanta focala | 131,4 m |
instrumente științifice | |
|
instrument cu infraroșu mediu |
|
camera cu infraroșu apropiat |
|
spectrograf în infraroșu apropiat |
|
Senzor de punctare fină cu aparat de imagine în infraroșu apropiat și spectrograf fără fante |
Logo-ul misiunii | |
Site-ul web | webb.nasa.gov _ |
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Telescopul spațial James Webb ( JWST ) este un observator orbital în infraroșu . Cel mai mare telescop spațial cu cea mai mare oglindă (o oglindă segmentată cu un diametru total de 6,5 metri , dar cea mai mare oglindă monolitică rămâne la telescopul Herschel - 3,5 metri ) lansat vreodată de omenire [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] .
A fost numit inițial „ Telescopul spațial de generație următoare” (NGST ) . În 2002, a fost redenumit în onoarea celui de-al doilea șef al NASA, James Webb (1906-1992), care a condus agenția în 1961-1968, în timpul implementării programului Apollo .
S-a decis ca oglinda primară a telescopului să nu fie solidă, ci din segmente pliabile care vor fi deschise pe orbită, deoarece diametrul oglinzii primare nu ar permite să fie plasată în vehiculul de lansare Ariane-5 . Oglinda primară a telescopului James Webb este segmentată și constă din 18 segmente hexagonale din beriliu placat cu aur , dimensiunea fiecăruia dintre segmente este de 1,32 metri margine la margine, care împreună formează o oglindă cu un diametru total de 6,5 . metri [16] . Acest lucru oferă telescopului o zonă de colectare a luminii de aproximativ 5,6 ori mai mare decât oglinda telescopului Hubble cu diametrul de 2,4 metri , cu o suprafață de colectare de 25,37 m2 față de 4,52 m2 a lui Hubble . Spre deosebire de Hubble, care observă în spectrele ultraviolete apropiate , vizibile și infraroșu apropiate ( 0,1–1,0 μm ), telescopul James Webb observă într-un interval de frecvență mai scăzut, de la lumina vizibilă cu lungime de undă lungă (roșu) până la infraroșu mediu ( 0,6-28,3). microni ). Acest lucru îi permite să observe cele mai îndepărtate obiecte din Univers, obiecte cu deplasare în roșu mare (primele galaxii și stele din Univers) care sunt prea vechi, slabe și îndepărtate pentru telescopul Hubble [17] [18] . Telescopul este protejat de un scut termic cu 5 straturi pentru a menține temperatura oglinzii și a instrumentelor sub 50 K ( -223 °C ), astfel încât telescopul să poată funcționa în infraroșu și să observe semnale infraroșii slabe fără interferențe de la alte surse de căldură. . Prin urmare, telescopul este plasat pe o orbită de halo în punctul Lagrange L 2 al sistemului Soare-Pământ, la 1,5 milioane km de Pământ, unde scutul său termic cu 5 straturi, sub forma unui zmeu și de dimensiunea unui teren de tenis. , îl protejează de încălzirea de către Soare, Pământ și Lună în același timp [19] [20] . Plasarea unui telescop în spațiu face posibilă înregistrarea radiațiilor electromagnetice în intervalele în care atmosfera terestră este opaca; în primul rând în domeniul infraroșu. Din cauza absenței influenței atmosferei, rezoluția telescopului este de 7-10 ori mai mare decât cea a unui telescop similar situat pe Pământ.
Proiectul este rezultatul cooperării internaționale dintre 17 țări , conduse de NASA , cu contribuții semnificative din partea agențiilor spațiale europene și canadiene .
Costul estimat al proiectului este de 10 miliarde dolari (va crește odată cu funcționarea telescopului), din care contribuția NASA este estimată la 8,8 miliarde dolari, contribuția Agenției Spațiale Europene este de 850 milioane dolari, inclusiv lansarea, contribuția Agenția Spațială Canadiană este de 165 milioane USD [21 ] [aprox. 1] .
Pe 25 decembrie 2021, telescopul a fost lansat cu succes de la locul de lansare Kourou folosind racheta Ariane-5 [22] . Primele studii științifice au început în vara anului 2022. Durata de viață a telescopului este limitată în principal de cantitatea de combustibil pentru manevrarea în jurul punctului L 2 . Calculul inițial a fost de 5-10 ani . Totuși, în timpul lansării, a fost posibil să se facă o manevră extrem de reușită și actuala aprovizionare cu combustibil este limitată la 20 de ani, dar nu toate dispozitivele pot funcționa atât de mult [23] .
Pe 9 ianuarie 2022, telescopul și-a desfășurat cu succes toate sistemele și a intrat într-o stare complet operațională, iar pe 24 ianuarie 2022, a intrat cu succes pe o orbită halo în punctul Lagrange L 2 al sistemului Soare-Pământ, la 1,5 milioane km. de pe Pământ [24] . Răcirea la temperatura de funcționare a durat câteva săptămâni, iar apoi au început procedurile finale de calibrare timp de aproximativ 5 luni, incluzând posibil primirea primei lumini a universului după „ evul întuneric ”, înainte de a începe programul de cercetare planificat [25] [26] [27] .
Pe 15 iunie 2017, NASA și ESA au lansat o listă cu primele ținte ale telescopului, inclusiv peste 2.100 de observații. Erau planete și corpuri mici ale sistemului solar, exoplanete și discuri protoplanetare, galaxii și grupuri de galaxii, precum și quasari [28] [29] .
Pe 30 martie 2021, NASA a anunțat lista finală a țintelor primare pentru observații, care va începe la 6 luni de la lansarea telescopului. În total, 286 din peste o mie de aplicații au fost selectate în șapte domenii principale ale astronomiei, ceea ce va dura în total aproximativ șase mii de ore de timp de observare a telescopului, ceea ce reprezintă aproximativ două treimi din timpul total alocat în prima. ciclu de observare [30] [31] . NASA va primi 80% din timpul telescopului, în timp ce EKA va primi 15% [32] , CSA va primi 5% [33] .
Obiectivele principale ale JWST sunt: detectarea luminii primelor stele și galaxii formate după Big Bang , studierea formării și dezvoltării galaxiilor, stelelor, sistemelor planetare și originii vieții. De asemenea, „James Webb” va putea spune despre când și unde a început reionizarea Universului și ce a cauzat-o [34] . „James Webb” va trebui să afle cum arătau galaxiile în perioada de timp de la 400 de mii de ani după Big Bang până la 400 de milioane de ani după Big Bang, inaccesibile telescoapelor convenționale, nu din cauza rezoluției insuficiente, ci din cauza Redshift , din cauza, inclusiv a efectului Doppler , care deviază radiația optică a acestor obiecte în domeniul infraroșu.
Telescopul este capabil să detecteze exoplanete relativ reci , cu temperaturi de suprafață de până la 300 K (care este aproape aceeași cu temperatura suprafeței Pământului) situate mai mult de 12 UA. e. de stelele lor și departe de Pământ la o distanță de până la 15 ani lumină. De asemenea, „Webb” este capabil să observe planete cu mase de aproximativ 0,3 mase Jupiter la distanțe de peste 100 UA. e. de la steaua părinte și cu mase sub masa lui Saturn la distanțe de peste 10 UA. e. din steaua părinte [35] . Mai mult de două duzini de stele cele mai apropiate de Soare vor cădea în zona de observație detaliată. Datorită JWST, se așteaptă o adevărată descoperire în exoplanetologie - capabilitățile telescopului vor fi suficiente pentru a detecta nu numai exoplanetele în sine, ci chiar și sateliții și liniile spectrale ale acestor planete. Acest lucru va fi de neatins pentru orice telescop terestre și spațiale până în toamna anului 2027, când va fi pus în funcțiune Telescopul Extrem de Mare cu un diametru al oglinzii de 39,3 m [36] . Căutarea de exoplanete va folosi și datele obținute de telescopul Kepler [37] din 2009. Cu toate acestea, capacitățile telescopului nu vor fi suficiente pentru a vizualiza exoplanetele găsite. O astfel de oportunitate nu va apărea decât la mijlocul anilor 2030 dacă va fi lansat un nou telescop spațial (de exemplu, LUVOIR sau HabEx ).
Discuri protoplanetareLista obiectelor primare pentru studiu include 17 dintre cele mai apropiate douăzeci de discuri protoplanetare, imagini ale cărora au fost obținute în 2003 cu ajutorul telescopului spațial Spitzer și în 2018 de către complexul radiotelescopului ALMA . Webb va măsura spectrele discurilor protoplanetare, ceea ce va da o idee despre compoziția lor chimică, precum și va completa detaliile structurii interne a sistemului observate anterior de complexul ALMA ca parte a proiectului DSHARP (din engleză ). Substructuri de disc la proiectul de rezoluție unghiulară înaltă ). Oamenii de știință se așteaptă ca intervalul de infraroșu mediu, în care va funcționa telescopul (instrumentul MIRI), să facă posibilă identificarea planetelor stâncoase asemănătoare Pământului care se formează în mod activ în părțile interioare ale discurilor protoplanetare prin elementele chimice caracteristice din care sunt compuse. . Cantitatea de apă, monoxid de carbon, dioxid de carbon, metan și amoniac din fiecare disc va fi măsurată, iar folosind spectroscopie se va putea estima conținutul și locația în disc de oxigen, carbon și azot (acest lucru este important pentru a înțelege dacă apa se află într-o zonă potențial locuibilă unde alte condiții sunt potrivite pentru apariția vieții) [38] .
Instrumentele în infraroșu ale telescopului vor fi folosite pentru a studia lumile apoase ale sistemului solar, luna Europa a lui Jupiter și luna Enceladus a lui Saturn . Instrumentul NIRSpec va fi folosit pentru a căuta biosemnături (metan, metanol, etan) în gheizerele ambilor sateliți [39] .
Instrumentul NIRCam va putea obține imagini de înaltă rezoluție ale Europei, care vor fi folosite pentru a studia suprafața acesteia și a căuta regiuni cu gheizere și activitate geologică ridicată. Compoziția gheizerelor înregistrate va fi analizată folosind instrumentele NIRSpec și MIRI. Datele obținute din aceste studii vor fi folosite și în sondajul Europa Clipper din Europa .
Pentru Enceladus, din cauza depărtării și dimensiunilor sale reduse, nu va fi posibilă obținerea de imagini de înaltă rezoluție, dar capacitățile telescopului ne vor permite să analizăm compoziția moleculară a gheizerelor sale.
Sunt planificate observații pentru Ceres , asteroizii Pallas , Ryugu , obiecte trans-neptuniene , centauri și câteva comete.
An | Data de lansare planificată |
Bugetul planificat (miliard USD ) |
---|---|---|
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 | nu mai devreme de septembrie 2015 | ≥6,5 [50] |
2011 | 2018 | 8,7 [51] |
2013 | 2018 | 8,8 [52] |
2017 | primăvara 2019 [53] | 8.8 |
2018 | nu mai devreme de martie 2020 [54] | ≥8,8 |
2018 | 30 martie 2021 [55] | 9,66 [56] |
2020 | 31 octombrie 2021 [57] [58] | ≥10 [56] [57] [59] |
2021 | 18 decembrie 2021 | ≥10 |
2021 | 22 decembrie 2021 [60] | ≥10 |
2021 | 24 decembrie 2021 [61] | ≥10 |
2021 | 25 decembrie 2021 [22] | ≥10 |
Ideea de a construi un nou telescop spațial puternic a apărut în 1996, când astronomii americani au lansat raportul HST and Beyond [62] [63] .
Până în 2002, telescopul a fost numit Next Generation Space Telescope („New Generation Space Telescope”, NGST), deoarece noul instrument ar trebui să continue cercetările începute de Hubble. Sub același nume, telescopul a făcut parte din proiectul complex al Pentagonului AMSD pentru a dezvolta o oglindă segmentată pentru sateliți de recunoaștere și impact laser [64] . Prezența militarilor într-un proiect pur științific a avut un efect negativ asupra reputației proiectului, iar NASA a vrut să rupă legătura directă cu programul militar AMSD la nivel de nume. Prin urmare, în 2002, când designul telescopului a început într-adevăr să difere în mod semnificativ în designul oglinzii de alți omologi în cadrul programului AMSD [65] , NASA a decis să redenumească telescopul în onoarea celui de-al doilea șef al NASA, James Webb . (1906-1992), care a condus agenția în 1961-1968, în timpul programului Apollo . Cu toate acestea, a provocat și un scandal major în comunitatea științifică din SUA, cu peste 1.200 de oameni de știință și ingineri spațiali, inclusiv oameni de știință renumiți precum Chanda Prescod-Weinstein , care au scris o petiție prin care cere ca telescopul să fie redenumit din nou, așa cum este cunoscut Webb. pentru persecuția sa împotriva comunității LGBT în rândul personalului NASA. Potrivit autorilor petiției, Webb nu merită un „monument pentru homofobie ”. După o discuție aprinsă, conducerea NASA a decis să păstreze numele, ținând cont de contribuția acesteia la programul Apollo. Cu toate acestea, printre oamenii de știință americani, mulți în semn de protest folosesc doar numele abreviat JWST în lucrările lor științifice și au fost de acord să-l descifreze altfel: Just Wonderful Space Telescope („doar un telescop spațial minunat”) [66] .
Costul și termenii proiectului au crescut în mod repetat. În iunie 2011, a devenit cunoscut faptul că costul telescopului a depășit estimările inițiale de cel puțin patru ori.
Bugetul NASA propus în iulie 2011 de Congres a cerut încetarea finanțării pentru construcția telescopului [67] din cauza gestionării proaste și a depășirii bugetului programului [68] [69] , dar în septembrie a acelui an bugetul a fost revizuit și proiectul a reținut finanțarea [ 70] . Decizia finală de a continua finanțarea a fost luată de Senat la 1 noiembrie 2011.
În 2013, 626,7 milioane de dolari au fost alocați pentru construcția telescopului .
Până în primăvara lui 2018, costul proiectului a crescut la 9,66 miliarde USD [56] .
Motivele pentru plasarea telescopului în punctul Lagrange L 2 sunt legate în primul rând de ecranarea Soarelui de către Pământ. Dimensiunea unghiulară a Soarelui în punctul L 2 este de 0°31’, iar dimensiunea unghiulară a Pământului este de 0°29’ [71] . Deoarece cea mai mare parte a radiației Soarelui este acoperită de Pământ, temperatura scutului termic extern în punctul L 2 este de aproximativ +30°С, care este mai mică de +200°С cu iradierea completă de către Soare la începutul spațiului. zborul observatorului [72] .
Al doilea motiv pentru a fi în punctul L2 este că Pământul și Luna sunt întotdeauna în spatele scutului termic al telescopului și nu se vor afla în sectorul cerului în care telescopul efectuează cercetări [73] .
Un beneficiu suplimentar de a fi amplasat în punctul L2 este consumul extrem de redus de combustibil în momentul în care este necesară întoarcerea dispozitivului ușor deviat de la punctul L2. Aprovizionarea actuală cu combustibil James Webb este de aproximativ 20 de ani [23] . Cu toate acestea, nu există posibilitatea de a completa rezervele de combustibil la punctul L2. Pentru comparație, telescopul spațial Hubble necesită o corecție a orbitei la fiecare 5-10 ani, altfel telescopul va arde în atmosfera Pământului. După ce rămâne fără combustibil, James Webb va intra pe propria sa orbită în jurul Soarelui [74] .
Scutul termic al telescopului spațial James Webb este format din 5 straturi de Kapton , fiecare dintre ele acoperit cu aluminiu și are o dimensiune de 21,1 pe 14,6 metri . Ecranul este necesar pentru a proteja oglinda principală și instrumentele științifice ale observatorului de fluxurile de căldură și radiațiile cosmice. Primele două straturi „fierbinți” sunt acoperite cu siliciu dopat. Simularea arată că temperatura maximă a primului strat va fi de 383 Kelvin , iar temperatura minimă a ultimului strat va fi de 36 Kelvin. Mecanismul de desfășurare a ecranului are 90 de cabluri de tensionare, precum și instalarea a 107 coborâtoare care vor menține straturile de kapton în poziția corectă până la desfășurare [75] .
Sensibilitatea unui telescop și puterea sa de rezoluție sunt direct legate de dimensiunea zonei oglinzii care colectează lumina de la obiecte. Oamenii de știință și inginerii au stabilit că oglinda primară trebuie să aibă un diametru minim de 6,5 metri pentru a măsura lumina din cele mai îndepărtate galaxii . Pur și simplu realizarea unei oglinzi ca cea a telescopului Hubble , dar mai mare, era inacceptabilă, deoarece masa ei ar fi prea mare pentru a lansa un telescop în spațiu. O echipă de oameni de știință și ingineri trebuia să găsească o soluție astfel încât noua oglindă să aibă 1/10 din masa oglinzii telescopului Hubble pe unitate de suprafață [76] .
Includerea unui prototip de telescop în proiectul Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD) al PentagonuluiProgramul Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD) a fost inițiat pentru a crea oglinda. Proiectul AMSD a fost un proiect cu dublu scop. Acest proiect urma să creeze o tehnologie de oglindă segmentată , care a fost destinată lui James Webb, sateliți avansați de recunoaștere în infraroșu și o oglindă cu focalizare laser pentru satelitul avansat de lovitură cu laser spațial (SBL) [64] [76] [77]
Oglinda din programul AMSD a inclus următoarele componente tehnice [65] [64] [78] :
Oglinzile segmentate sunt mai ușoare și mai ieftine decât cele solide, dar au un astfel de dezavantaj ca distanțe de câțiva milimetri între segmente. Acest lucru afectează faptul că limita de difracție a unei oglinzi segmentate este determinată nu numai de diametrul acesteia, ci depinde și de calitatea eliminării microdeplasărilor între marginile segmentelor în direcții diferite, ceea ce generează, la rândul său, o schimbare de fază și efecte de difracție. . Optica adaptivă a oglinzilor segmentate este concepută în primul rând pentru a minimiza difracția de la golurile dintre segmente prin alinierea clară a acestora în același plan și suprimarea difracției din variabilitatea focalizării diferitelor segmente [79] . Modelul distorsiunii de difracție James Webb după ajustarea cu optică adaptivă arată că, desigur, golurile dintre segmente degradează calitatea imaginii, dar difracția depinde de dimensiunile oglinzii cu 90% , ca în oglinzile solide clasice [80] .
Difracția unui telescop depinde și de lungimea de undă. În infraroșu apropiat, rezoluția lui James Webb va fi de 0,03 secunde de arc [81] , în infraroșu îndepărtat, James Webb va avea o rezoluție chiar mai mică decât Hubble - 0,1 secunde de arc [82] . Imaginile cu lumină vizibilă Hubble sunt disponibile la o rezoluție de 0,06 secunde de arc la limita sa teoretică [83] .
Oglinzile segmentate cu optică adaptivă cu aceeași masă și cost în comparație cu o oglindă clasică oferă o rezoluție semnificativ mai mare în același interval de lungimi de undă, precum și un raport de deschidere incomparabil mai mare . După introducerea unei astfel de tehnologii în sateliții de recunoaștere din SUA, CIA a încetat să mai aibă nevoie de optică clasică și a oferit NASA două oglinzi de copiere Hubble de la sateliții KH-11 , deoarece nu mai sunt necesare din cauza învechirii tehnologiei [65] [ 84] . Prototipul satelitului de recunoaștere în infraroșu al Pentagonului în cadrul programului AMSD, bazat pe aceleași segmente de oglindă ca pentru James Webb, a fost fabricat de aceiași antreprenori ( Northrop Grumman și alții) și transferat la Academia Navală a SUA pentru pregătirea practică a ofițerilor în utilizarea acestei clase de recunoaștere în infraroșu . Proiectul a fost implementat sub conducerea șefului adjunct al Oficiului Național de Informații Spațiale Militare, generalul de armată Ellen Pawlikowski [85] . James Webb nu este prima dată când aceeași tehnologie oglindă este folosită cu sateliții de informații americani. Telescopul Hubble a fost folosit pentru a testa o nouă versiune a oglinzii satelit de recunoaștere KH-11 (Keyhole) mai mare [86] . Revista Space Review , care analizează proiectul lui Ellen Pawlikowski, a remarcat că în telescoapele spațiale, publicul reacționează doar la ceea ce le permite Pentagonul să știe, în timp ce dezvoltarea actuală a tehnologiilor de supraveghere a spațiului este cu mult înaintea ceea ce NASA are voie să raporteze. la presa.comunicate. The Space Review notează experiența satelitului Orion (Mentor) , în care un proiect de radiotelescop cu mai mult de 100 de metri în diametru este desfășurat pe orbită geostaționară, care este ordine de mărime mai complicată decât mecanica de descompunere James Webb. Experții mai notează că Marina SUA, în comunicatul său de presă despre prototipul de recunoaștere, raportează o mulțime de detalii despre utilizarea în practică a opticii adaptive cu distorsiuni în oglindă sub influența micromecanicii, ceea ce poate însemna că aceasta este o experiență obținută nu dintr-un stand, dar de la un satelit care operează pe orbită. Potrivit experților, acest lucru poate indica faptul că clonele militare ale lui James Webb au fost deja desfășurate cu succes pe orbită cu ținte similare sistemului de recunoaștere SBIRS , așa cum a fost cazul primelor KH-11 lansate cu mult înainte de lansarea lui Hubble [87] .
Regimurile de secretizare militară ale guvernului SUA pentru James Webb au fost discutate pe larg în comunitatea științifică și în mass-media. Scientific American a publicat un articol în 2014 în care afirmă că comunitatea științifică a fost sincer surprinsă de faptul că oamenilor de știință puri academicieni nu li s-a permis să participe la conducerea proiectului James Webb, care a ridicat întrebări cu privire la echilibrul obiectivelor științifice și militare ale proiectului. Liderul de proiect, șeful misiunii științifice și directorul de astrofizică trebuie să aibă cea mai înaltă autorizație de securitate din Statele Unite pentru material militar secret . Acest lucru a necesitat, de fapt, ca direcția științifică a proiectului să nu fie efectuată de astrofizicieni și oameni de știință, ci de ingineri cu experiență în dezvoltarea sateliților spion . Fostul analist CIA Allen Thomson a remarcat că, deși NASA utilizează foarte des tehnologii duale în proiecte științifice, o astfel de cerință este extrem de neobișnuită pentru NASA și indică faptul că proiectul este creat sub auspiciile Agenției Naționale de Informații Spațiale din SUA [88] [89] În 2016, NASA a lansat un videoclip James Webb în care capacul a fost îndepărtat din spatele oglinzii secundare, ceea ce a făcut posibil să se vadă micromecanica ajustării acesteia, ceea ce îi permite să fie rotit cu o precizie de 140 de nanometri până la poziția finală. , adică aproximativ de dimensiunea virusului HIV . Imaginea unității de optică adaptivă a fost neclară, ceea ce a fost observat de jurnaliștii de la Business Insider și au cerut lămuriri NASA. La care NASA a anunțat oficial că imaginea este neclară din cauza faptului că acest dispozitiv James Webb intră sub incidența reglementării legii SUA privind circulația tehnologiei armelor ( ITAR ), adică micromecanica oglinzilor James Webb sunt clasificată drept armă conform legislației SUA [90 ] . În 2017, guvernul SUA a recunoscut că proiectul James Webb a fost reglementat de cooperarea internațională în temeiul legislației care reglementează exportul de tehnologie a armelor, ceea ce a făcut acest lucru extrem de dificil pentru participanții din afara SUA la proiect. Prin urmare, în 2017, James Webb a fost eliminat din ITAR [91] .
Programul AMSD este o colaborare între NASA, Agenția Națională de Informații Spațiale din SUA și Forțele Aeriene ale SUA . Pe baza cercetărilor AMSD, au fost construite și testate două oglinzi experimentale. Unul dintre ele a fost fabricat din beriliu de către Ball Aerospace & Technologies , celălalt a fost construit de Kodak (acum ITT ) din sticlă specială [92] .
Un grup de experți a testat ambele oglinzi pentru a determina cât de bine funcționează, cât de mult costă și cât de ușor (sau dificil) ar fi să construiești o oglindă de dimensiune completă, de 6,5 metri. Experții au recomandat oglinda cu beriliu pentru telescopul James Webb din mai multe motive, dintre care unul este că beriliul își păstrează forma la temperaturi criogenice. În plus, soluția Ball Aerospace & Technologies a fost mai ieftină deoarece folosea mai puține dispozitive de acționare decât concurența, ceea ce a redus de fapt capacitatea de a corecta erorile de formă a oglinzii. Northrop Grumman a ales soluția Ball pe o bază cost-beneficiu, iar Goddard Space Flight Center a aprobat decizia.
Deși soluția Ball Aerospace & Technologies are doar 4 actuatoare, are caracteristici de optică adaptivă. Cele 3 actuatoare de la margini sunt de fapt 6 actuatoare care sunt dublate si formeaza un „actuator 6D”, adica capul fiecarui actuator poate lua o pozitie independenta intr-un plan perpendicular pe oglinda. Acest lucru permite bi-actuatorilor de margine nu numai să încline oglinda, ci să o împingă înainte/înapoi, să se rotească în jurul axei sale și, de asemenea, să deplaseze centrul oglinzii din punctul central al segmentului în orice direcție. Bi-actuatoarele pot deforma oglinda doar simultan cu mișcarea acesteia. „Actuatorul 3D” central este dedicat în întregime opticii adaptive și controlează curbura segmentului. Lucrarea comună a tuturor dispozitivelor de acționare este transmisă în 16 puncte independente ale poziției și înclinării oglinzii. Actuatorul mecanic Ball are un pas de 7 nanometri și o cursă de 21 de milimetri. La „deparcarea” oglinzii, actuatorul folosește mai întâi un mecanism de mișcare grosieră, iar apoi unul de înaltă precizie este deja conectat.
După cum sa menționat mai sus, detaliile mecanicii oglinzii secundare James Webb sunt clasificate, dar din publicarea designerului de actuatoare Robert Varden și comunicatul de presă al NASA [93] , știm că oglinda secundară în ansamblu are o structură similară. la restul segmentelor și este controlată de 6 actuatoare, adică nu are corector de curbură, ci doar pozițiile [65] [94] .
Ball Aerospace & Technologies a reproiectat, de asemenea, un astfel de dispozitiv pentru James Webb din evoluțiile sale militare ca o oglindă de direcție fină [95] . Acest dispozitiv de optică adaptivă este o oglindă care poate fi rotită cu o precizie de aproximativ 1 nanograd până la unghiul dorit [96] [97] . Dispozitivul vă permite astfel să schimbați unghiul de vedere al telescopului tăind ușor dimensiunea imaginii la margini. Acest lucru face disponibile mai multe funcții. În primul rând, direcția către obiectul de observație poate fi stabilizată. După întoarcerea către un nou obiect telescop, pot exista rotații reziduale și acestea sunt îndepărtate de acest dispozitiv. De asemenea, nu toate instrumentele James Webb, cum ar fi spectrometrele sau submatricele, pot lucra pe întregul său câmp de vedere, iar oglinda de reglare fină vă permite să le îndreptați către un nou obiect apropiat fără a schimba poziția telescopului.
Dimensiunea fiecăruia dintre cele 18 segmente hexagonale ale oglinzii este de 1,32 metri de la o margine la alta, masa oglinzii în sine în fiecare segment este de 20 kg și masa întregului ansamblu de segmente (împreună cu dispozitive de poziționare precisă etc. ) are 40 kg .
Se știe mult mai puțin despre dispozitivele de observare care s-au andocat pe oglinzi în programul AMSD. Cu toate acestea, instrumentele James Webb au probabil și rădăcini în adaptarea tehnologiei militare în scopuri științifice. O componentă cheie a instrumentelor cu infraroșu James Webb, cum ar fi matricele și fotosenzorii, sunt realizate de Teledyne Technologies și Raytheon , care sunt principalii furnizori de optică militară în infraroșu pentru Pentagon cu un volum mic de comenzi civile [98] [ 99] . NASA a mai raportat că James Webb folosește „optic infraroșu de sare” de sulfură de zinc , fluorură de litiu, fluorură de bariu [100] . Optica infraroșu cu sare este o nouă generație de optică în infraroșu dezvoltată de Raytheon , care, în comparație cu optica IR cu germaniu clasic, are o absorbție mică a radiației infraroșii, ceea ce face posibilă observarea obiectelor foarte slabe [101] [102] [103] . Raytheon a creat inițial această tehnologie pentru rachetele de căutare extrem de sensibile, în special pentru Javelin ATGM [ 104] . Aplicarea pașnică a acestei tehnologii îi va permite lui James Webb să observe obiecte foarte slabe precum exoplanetele.
ProducțiePentru oglinda „Webb” se folosește un tip special de beriliu . Este o pulbere fină. Pulberea este plasată într-un recipient din oțel inoxidabil și presată într-o formă plată. După ce recipientul de oțel este îndepărtat, o bucată de beriliu este tăiată în jumătate pentru a face două semifabricate de oglindă de aproximativ 1,3 metri diametru. Fiecare semifabricat de oglindă este folosit pentru a crea un segment.
Procesul de formare a oglinzii începe prin tăierea excesului de material de pe spatele semifabricatului de beriliu, astfel încât să rămână o structură cu nervuri fine. Partea frontală a fiecărei piese de prelucrat este netezită, ținând cont de poziția segmentului într-o oglindă mare.
Apoi suprafața fiecărei oglinzi este șlefuită pentru a da o formă apropiată de cea calculată. După aceea, oglinda este netezită și lustruită cu grijă. Acest proces se repetă până când forma segmentului de oglindă este aproape de ideală. Apoi, segmentul este răcit la o temperatură de -240 °C , iar dimensiunile segmentului sunt măsurate folosind un interferometru laser . Apoi oglinda, ținând cont de informațiile primite, suferă o lustruire finală.
La finalizarea procesării segmentului, partea din față a oglinzii este acoperită cu un strat subțire de aur pentru a reflecta mai bine radiația infraroșie în intervalul 0,6–29 µm [105] , iar segmentul finit este re-testat pentru expunerea la temperaturile criogenice [76] .
Desfășurarea oglinzii este controlată de un sistem de 132 de unități și motoare separate, care o formează mai întâi din trei fragmente mari, apoi poziționează corect fiecare dintre cele 18 segmente și le setează la curbura necesară.
Pe 28 august 2019, a fost finalizat asamblarea telescopului James Webb - pentru prima dată, specialiștii au conectat oglinda principală la platformă, care include un parasolar [106] [107] .
Încercări10 iulie 2017 - începerea testului final al telescopului pentru expunerea la temperaturi criogenice cu o valoare de 37 K la Centrul Spațial Johnson din Houston , care a durat 100 de zile [108] .
Pe lângă testarea efectuată în Houston, vehiculul a fost supus unei serii de teste mecanice la Centrul de Zbor Spațial Goddard, care au confirmat că ar putea rezista lansării pe orbită cu ajutorul unui vehicul greu de lansare.
La începutul lunii februarie 2018, oglinzi gigantice și diverse instrumente au fost livrate la instalația Northrop Grumman din Redondo Beach pentru asamblarea finală a telescopului. Acolo se desfășura construcția modulului de propulsie al telescopului și al parasolarului acestuia. Când întreaga structură a fost asamblată, era programată să fie livrată cu o navă maritimă din California în Guyana Franceză [109] .
JWST este echipat cu următoarele instrumente științifice pentru explorarea spațiului:
Camera cu infraroșu apropiat este unitatea principală de imagine a Webb și va consta dintr-o serie de detectoare de mercur-cadmiu-teluriu [144] [145] . Intervalul de operare al dispozitivului este de la 0,6 la 5 µm . Dezvoltarea sa este încredințată Universității din Arizona și Centrului Lockheed Martin pentru Tehnologie Avansată .
Sarcinile dispozitivului includ:
Camera este de fapt un întreg complex de diverse dispozitive [81] :
Un punct esențial pentru înțelegerea faptului că aparatul foto nu face poze în sensul de zi cu zi al camerelor. Imaginile care sunt destinate publicului larg sunt un model computerizat obținut prin suprapunerea a mai multor imagini cu filtre diferite una peste alta și cu computerul curățând cât mai mult difracția.
Spectrograful în infraroșu apropiat va analiza spectrul surselor, care va oferi informații atât despre proprietățile fizice ale obiectelor studiate (de exemplu, temperatura și masa), cât și despre compoziția chimică a acestora. Instrumentul este capabil să efectueze spectroscopie cu rezoluție medie în intervalul de lungimi de undă 1-5 și cu rezoluție joasă 0,6-5 lungime de undă [146] .
Multe dintre obiectele pe care le va studia Webb emit atât de puțină lumină încât telescopul trebuie să colecteze lumină de la ele timp de sute de ore pentru a analiza spectrul. Pentru a studia mii de galaxii pe parcursul a 5 ani de funcționare a telescopului, spectrograful a fost proiectat cu capacitatea de a observa 100 de obiecte într-o zonă a cerului de 3 × 3 minute de arc [146] simultan. Pentru a face acest lucru, oamenii de știință și inginerii lui Goddard au dezvoltat o nouă tehnologie de microobturatoare pentru a controla lumina care intră în spectrograf .
Esența tehnologiei, care face posibilă obținerea a 100 de spectre simultane, constă într-un sistem microelectromecanic numit matrice de microobturatoare . Celulele microobturatoare ale spectrografului NIRSpec au capace care se deschid și se închid sub influența unui câmp magnetic. Fiecare celulă de 100 pe 200 µm [147] este controlată individual și poate fi deschisă sau închisă, oferind sau, respectiv, blocând o parte a cerului pentru spectrograf .
Această ajustabilitate este cea care permite instrumentului să efectueze spectroscopie a atâtor obiecte simultan. Deoarece obiectele care urmează să fie examinate de NIRSpec sunt departe și slabe, instrumentul trebuie să suprima radiația de la surse mai luminoase care sunt mai apropiate. Microobturatoarele funcționează într-un mod similar cu modul în care oamenii strabesc ochii pentru a se concentra asupra unui obiect, blocând o sursă de lumină nedorită. Dispozitivul a fost deja dezvoltat și este în prezent testat în Europa [148] .
Dispozitivul pentru funcționarea în intervalul mediu al radiației infraroșii ( 5-28 ) constă dintr-o cameră cu un senzor având o rezoluție de 1024×1024 pixeli [149] și un spectrograf .
MIRI este format din trei rețele de detectoare de arsenic - siliciu . Detectoarele sensibile ale acestui dispozitiv vă vor permite să vedeți deplasarea către roșu a galaxiilor îndepărtate , formarea de noi stele și comete puțin vizibile , precum și obiectele din centura Kuiper . Modulul camerei oferă posibilitatea de a capta obiecte într-o gamă largă de frecvențe cu un câmp vizual mare, iar modulul spectrograf oferă spectroscopie de rezoluție medie cu un câmp vizual mai mic, ceea ce vă va permite să obțineți date fizice detaliate despre obiectele îndepărtate.
Temperatura nominală de funcționare pentru MIRI este de 7 K. Astfel de temperaturi nu pot fi atinse folosind doar un sistem de răcire pasiv. În schimb, răcirea se face în două etape: un prerăcitor al tubului cu impulsuri răcește instrumentul până la 18 K , apoi un schimbător de căldură cu reglare adiabatică ( efect Joule-Thomson ) scade temperatura până la 7 K.
MIRI este dezvoltat de un grup numit Consorțiul MIRI, format din oameni de știință și ingineri din Europa, o echipă de la Jet Propulsion Laboratory din California și oameni de știință de la o serie de instituții din SUA [150] .
Modurile de funcționare ale dispozitivului sunt următoarele [151] .
Un senzor de ghidare fină ( FGS ) și un dispozitiv de imagistică în infraroșu apropiat și un spectrograf fără fantă ( NIRISS ) vor fi ambalate împreună în Webb, dar sunt în esență două dispozitive diferite [152] [153] . Ambele dispozitive sunt dezvoltate de Agenția Spațială Canadiană și au fost deja supranumite „ochii canadian” prin analogie cu „ mâna canadiană ”. Acest instrument a fost deja integrat cu cadrul ISIM în februarie 2013.
Senzor de ghidare de precizieSenzorul de ghidare fină ( FGS ) va permite Webb să producă ghidare precisă, astfel încât să poată captura imagini de înaltă calitate.
Camera FGS poate imagini două regiuni adiacente ale cerului de 2,4×2,4 minute arc fiecare, precum și să citească informații de 16 ori pe secundă din grupuri mici de 8×8 pixeli, ceea ce este suficient pentru a găsi steaua de referință corespunzătoare cu 95% probabilitate în orice punct. pe cer, inclusiv la latitudini mari.
Principalele caracteristici ale FGS includ:
În timpul lansării telescopului , FGS va raporta și abateri în desfășurarea oglinzii primare.
Dispozitiv de imagistică în infraroșu apropiat și spectrograf fără fanteDispozitivul de imagistică în infraroșu apropiat și spectrograful fără fantă ( NIRISS ) funcționează în intervalul 0,8-5,0 și este un instrument specializat cu trei moduri principale, fiecare dintre ele funcționând cu un interval separat.
NIRISS va fi utilizat pentru a îndeplini următoarele sarcini științifice:
Pe 11 iulie 2022, președintele american Joe Biden a prezentat la Casa Albă prima imagine realizată cu noul telescop spațial James Webb - o imagine a clusterului de galaxii SMACS 0723, situat la o distanță de 4,6 miliarde de ani lumină. ani de Pământ [154] [155] . Deja în prima zi oficială de funcționare a telescopului, 12 iulie 2022, telescopul James Webb a făcut descoperiri senzaționale. Așa că a descoperit apă pe planeta WASP-96 b , orbitând în jurul piticii galbene WASP-96 . Analiza spectrală a arătat prezența vaporilor de apă în atmosfera superioară a WASP-96 b, precum și existența norilor și acumulărilor de ceață acolo [156] [155] . De asemenea, a reușit să surprindă primele imagini ale universului. Dispozitivul, folosind o oglindă de șase metri, a reușit să fotografieze un grup de galaxii la 13 miliarde de ani lumină. ani de la Soare. Dintre celelalte noi descoperiri ale telescopului - ciocnirea a cinci galaxii deodată [157] [155] .
În iulie 2022, a fost descoperită galaxia GLASS-z13 , cea mai veche galaxie descoperită în momentul observării (deplasare spre roșu z = 13).
Pe 25 august 2022, James Webb a primit pentru prima dată dovezi incontestabile ale prezenței dioxidului de carbon în atmosfera unei planete din afara sistemului solar. Descoperirea a fost făcută în timpul observării gigantului gazos WASP-39 b, care orbitează o stea asemănătoare Soarelui la o distanță de 750 ly. ani de la Soare [158] .
Pe 1 septembrie 2022, James Webb a fotografiat pentru prima dată o planetă din afara sistemului solar - a fost gigantul gazos HIP 65426 b , care orbitează la o distanță de 92 UA. e. în jurul unei stele de tip spectral A2V HIP 65426, situată în constelația Centaurus la o distanță de 385 sv. ani de la Soare. Planeta nu are o suprafață stâncoasă și nu este locuibilă. Exoplaneta văzută de telescop a fost descoperită în 2017 cu ajutorul instrumentelor Observatorului European de Sud, parte a proiectului VLT situat în Chile [159] .
Pe 8 septembrie 2022, cele trei instrumente în infraroșu ale lui James Webb, Camera Near Infrared (NIRCam), Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) și Near Infrared Camera (NIRCam), au detectat mii de stele noi în Nebuloasa Tarantula , situată la 161.000 de lumini. -ani de Pământ în Galaxy Large Magellanic Cloud. Cadrele rezultate arată emisiile de la un grup de stele tinere, stâlpi cu protostele în formare, precum și bule de gaz de la stele individuale nou-născute [160] .
În rețelele sociale | |
---|---|
Foto, video și audio | |
Dicționare și enciclopedii | |
În cataloagele bibliografice |
telescoapele spațiale | |
---|---|
Operare |
|
Planificat |
|
Sugerat | |
istoric |
|
Hibernare (misiune finalizată) |
|
Pierdut | |
Anulat | |
Vezi si | |
Categorie |
exoplanete | Proiecte de căutare pentru|||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Sol |
| ||||||||||
Spaţiu |
| ||||||||||
Vezi si Liste de sisteme exoplanetare Istoria descoperirii exoplanetelor Metode de detectare a exoplanetelor |
NASA (NASA) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Politică și istorie |
| ||||||
Programe ale dispozitivelor automate |
| ||||||
Programe de zbor cu echipaj |
| ||||||
Misiuni separate (cu echipaj și automate) |
| ||||||
Programul de comunicații și navigație spațială (SCaN) |
| ||||||
Categorii și liste |
|
Agenția Spațială Europeană | |||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||
|
Agenția Spațială Canadiană | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
astronauți canadieni |
| ||||||
sateliți | |||||||
Alte echipamente spațiale | |||||||
Antreprenori | |||||||
Agenții guvernamentale conexe | |||||||
Parteneri internaționali | |||||||
Alte |