ارواح فضایی عمیق
شخصی یکبار گفت: سازندگان هابل باید یک بنای تاریخی در هر شهر بزرگ روی زمین نصب کنند. او شایستگی های زیادی دارد. به عنوان مثال ، با کمک این تلسکوپ ، ستاره شناسان تصویری از کهکشان بسیار دور UDFj-39546284 گرفته اند. در ژانویه 2011 ، دانشمندان دریافتند که این مکان بیشتر از رکورد قبلی - UDFy -38135539 - در حدود 150 میلیون سال نوری واقع شده است. کهکشان UDFj-39546284 13.4 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد. یعنی هابل ستاره هایی را مشاهده کرد که بیش از 13 میلیارد سال پیش ، 380 میلیون سال پس از بیگ بنگ وجود داشته اند. این اجرام احتمالاً برای مدت طولانی "زنده" نیستند: ما فقط نور ستارگان و کهکشان های مرده را می بینیم.
اما با وجود همه مزایا ، تلسکوپ فضایی هابل فناوری هزاره گذشته است: در سال 1990 پرتاب شد. البته فناوری در این سالها پیشرفت های بزرگی کرده است. اگر تلسکوپ هابل در زمان ما ظاهر می شد ، قابلیت های آن به شکلی عظیم از نسخه اصلی پیشی می گرفت. جیمز وب اینگونه بوجود آمد.
چرا "جیمز وب" مفید است
تلسکوپ جدید ، مانند جد خود ، یک رصدخانه مادون قرمز در مدار است. این بدان معناست که وظیفه اصلی وی مطالعه تشعشعات حرارتی خواهد بود. به یاد بیاورید که اجسامی که تا دمای خاصی گرم می شوند در طیف مادون قرمز انرژی ساطع می کنند. طول موج به دمای گرمایش بستگی دارد: هرچه بیشتر باشد طول موج کوتاهتر و تابش شدیدتر است.
با این حال ، یک تفاوت مفهومی بین تلسکوپ ها وجود دارد. هابل در مدار پایین زمین قرار دارد ، یعنی در ارتفاع حدود 570 کیلومتری به دور زمین می چرخد. جیمز وب در مدار هاله ای در نقطه L2 لاگرانژ منظومه شمسی-زمین پرتاب می شود. به دور خورشید می چرخد و برخلاف وضعیت هابل ، زمین در آن دخالت نمی کند. این مشکل بلافاصله بوجود می آید: هرچه یک جسم از زمین دورتر باشد ، تماس با آن دشوارتر است ، بنابراین ، خطر از دست دادن آن بیشتر است. بنابراین ، "جیمز وب" همزمان با سیاره ما به دور ستاره حرکت می کند. در این حالت ، فاصله تلسکوپ از زمین 1.5 میلیون کیلومتر در خلاف جهت خورشید خواهد بود. برای مقایسه ، فاصله زمین تا ماه 384،403 کیلومتر است. یعنی اگر تجهیزات جیمز وب خراب شود ، به احتمال زیاد تعمیر نمی شود (به جز از راه دور که محدودیت های فنی جدی را تحمیل می کند). بنابراین ، یک تلسکوپ امیدوار کننده نه تنها قابل اعتماد است ، بلکه بسیار قابل اعتماد است. این تا حدودی به دلیل به تعویق افتادن مداوم تاریخ راه اندازی است.
جیمز وب تفاوت مهم دیگری دارد. این تجهیزات به او امکان می دهد روی اجسام بسیار قدیمی و سردی که هابل نمی تواند آنها را ببیند تمرکز کند. به این ترتیب ما متوجه خواهیم شد که اولین ستاره ها ، اختروش ها ، کهکشان ها ، خوشه ها و ابر خوشه های کهکشان کی و کجا ظاهر شده اند.
جالب ترین یافته هایی که تلسکوپ جدید می تواند انجام دهد سیارات فراخورشیدی هستند. به طور دقیق تر ، ما در مورد تعیین چگالی آنها صحبت می کنیم ، که به ما امکان می دهد بفهمیم چه نوع جسمی در مقابل ما قرار دارد و آیا چنین سیاره ای می تواند به طور بالقوه قابل سکونت باشد. با کمک جیمز وب ، دانشمندان همچنین امیدوارند که داده های مربوط به جرم و قطر سیارات دور را جمع آوری کنند و این امر داده های جدیدی در مورد کهکشان خانگی باز می کند.
تجهیزات این تلسکوپ امکان تشخیص سیارات فراخورشیدی با دمای سطحی تا 27 درجه سانتی گراد (میانگین دمای سطح سیاره ما 15 درجه سانتی گراد) را می دهد."جیمز وب" قادر خواهد بود چنین اجرامی را که در فاصله بیش از 12 واحد نجومی (یعنی فاصله زمین تا خورشید) از ستارگان آنها و فاصله از زمین در فاصله حداکثر 15 نور واقع شده است ، بیابد. سال ها. برنامه های جدی مربوط به فضای سیارات است. تلسکوپ های اسپیتزر و هابل قادر به جمع آوری اطلاعات حدود صد پاکت گاز بودند. به گفته کارشناسان ، این تلسکوپ جدید قادر خواهد بود حداقل سیصد جو از سیارات فراخورشیدی مختلف را کاوش کند.
نکته جداگانه ای که باید برجسته شود ، جستجوی جمعیت های ستاره ای نوع III است ، که باید اولین نسل ستاره هایی را که پس از انفجار بزرگ ظاهر شدند ، تشکیل دهند. به گفته دانشمندان ، این چراغهای بسیار سنگین با عمر کوتاه هستند ، که البته دیگر وجود ندارند. این اجسام به دلیل کمبود کربن مورد نیاز برای واکنش کلاسیک حرارتی ، جرم بزرگی داشتند که در آن هیدروژن سنگین به هلیوم سبک و جرم اضافی به انرژی تبدیل می شود. علاوه بر همه اینها ، تلسکوپ جدید قادر خواهد بود تا مکانهای ناشناخته قبلی که در آن ستاره ها متولد می شوند را با جزئیات مطالعه کند ، که برای نجوم نیز بسیار مهم است.
- جستجو و مطالعه قدیمی ترین کهکشان ها ؛
- جستجوی سیارات فراخورشیدی شبیه به زمین ؛
- تشخیص جمعیت های ستاره ای از نوع سوم ؛
- کاوش در "گهواره های ستاره"
ویژگی های طراحی
این دستگاه توسط دو شرکت آمریکایی - Northrop Grumman و Bell Aerospace توسعه یافته است. تلسکوپ فضایی جیمز وب یک شاهکار مهندسی است. وزن تلسکوپ جدید 6 ، 2 تن است - برای مقایسه ، جرم هابل 11 تن است.اما اگر بتوان اندازه تلسکوپ قدیمی را با یک کامیون مقایسه کرد ، تلسکوپ جدید را می توان با زمین تنیس مقایسه کرد. طول آن به 20 متر می رسد و ارتفاع آن به اندازه یک ساختمان سه طبقه است. بزرگترین قسمت تلسکوپ فضایی جیمز وب یک سپر بزرگ خورشیدی است. این اساس کل ساختار است که از یک فیلم پلیمری ایجاد شده است. از یک طرف آن را با یک لایه نازک آلومینیوم ، و از طرف دیگر - سیلیکون فلزی پوشانده شده است.
سپر آفتاب دارای چندین لایه است. فضاهای خالی بین آنها با خلا پر می شود. این امر برای محافظت از تجهیزات در برابر "گرمازدگی" ضروری است. این روش به فرد اجازه می دهد تا ماتریس های فوق حساس را تا دمای -220 درجه سانتیگراد خنک کند ، که هنگام مشاهده اجسام دور بسیار مهم است. واقعیت این است که با وجود حسگرهای کامل ، آنها به دلیل دیگر جزئیات "داغ" "جیمز وب" نتوانستند اجسام را ببینند.
در مرکز سازه یک آینه بزرگ قرار دارد. این یک "روبنا" است که برای تمرکز پرتوهای نور مورد نیاز است - آینه آنها را صاف می کند و تصویری واضح ایجاد می کند. قطر آینه اصلی تلسکوپ جیمز وب 6.5 متر است که شامل 18 بلوک است: در هنگام پرتاب وسیله پرتاب ، این قطعات به شکل جمع و جور بوده و تنها پس از ورود فضاپیما به مدار باز می شوند. هر بخش دارای شش گوشه است تا از فضای موجود بهترین استفاده را ببرید. و شکل گرد آینه اجازه می دهد تا بهترین فوکوس نور روی آشکارسازها انجام شود.
برای ساخت آینه ، بریلیوم - فلزی نسبتاً سخت با رنگ خاکستری روشن ، انتخاب شد که ، از جمله موارد دیگر ، هزینه بالایی دارد. از جمله مزایای این انتخاب این است که بریلیم حتی در دماهای بسیار پایین شکل خود را حفظ می کند ، که برای جمع آوری صحیح اطلاعات بسیار مهم است.
ابزار علمی
اگر روی ابزارهای اصلی آن تمرکز نکنیم ، بررسی یک تلسکوپ امیدوار کننده ناقص خواهد بود:
MIRI این یک دستگاه مادون قرمز وسط است. این شامل یک دوربین و یک طیف سنج است. MIRI شامل مجموعه ای از آشکارسازهای آرسنیک-سیلیکون است. به لطف سنسورهای این دستگاه ، اخترشناسان امیدوارند که انتقال قرمز اجرام دور را در نظر بگیرند: ستاره ها ، کهکشان ها و حتی دنباله دارهای کوچک. جابجایی سرخ کیهانی کاهش فرکانس های تابشی نامیده می شود که با فاصله دینامیکی منابع از یکدیگر به دلیل انبساط جهان توضیح داده می شود. جالب ترین چیز این است که فقط در مورد رفع این یا آن شیء از راه دور صحبت نمی شود ، بلکه در مورد به دست آوردن مقدار زیادی داده در مورد ویژگی های آن است.
NIRCam یا نزدیک دوربین مادون قرمز ، واحد اصلی تصویربرداری این تلسکوپ است. NIRCam مجموعه ای از حسگرهای جیوه-کادمیوم-تلوریم است. محدوده کاری دستگاه NIRCam 0.6-5 میکرون است. حتی تصور اینکه اسرار NIRCam به کشف چه چیزهایی کمک می کند دشوار است. به عنوان مثال ، دانشمندان می خواهند از آن برای ایجاد نقشه ای از ماده تاریک با استفاده از روش لنز گرانشی گرانشی استفاده کنند. یافتن لخته های ماده تاریک توسط میدان گرانشی آنها ، که با انحنای مسیر تابش الکترومغناطیسی مجاور قابل توجه است.
NIRSpec. بدون طیف نگاری مادون قرمز نزدیک ، تعیین خواص فیزیکی اجرام نجومی مانند جرم یا ترکیب شیمیایی غیرممکن است. NIRSpec می تواند طیف سنجی با وضوح متوسط در محدوده طول موج 1-5 میکرومتر و طیف سنجی با وضوح پایین با طول موج 0.6-5 میکرومتر ارائه دهد. این دستگاه از سلولهای زیادی با کنترل فردی تشکیل شده است ، که به شما امکان می دهد بر روی اجسام خاصی تمرکز کنید ، "اشعه های غیر ضروری" را فیلتر کنید.
FGS / NIRISS. این یک جفت شامل یک سنسور هدف گیری دقیق و یک دستگاه تصویربرداری مادون قرمز نزدیک با طیف نگار بدون شکاف است. به لطف حسگر هدایت دقیق (FGS) ، تلسکوپ قادر خواهد بود تا آنجا که ممکن است تمرکز کند و به لطف NIRISS ، دانشمندان قصد دارند اولین آزمایش های مداری تلسکوپ را انجام دهند ، که تصور کلی از وضعیت آن را نشان می دهد. به همچنین اعتقاد بر این است که دستگاه تصویربرداری نقش مهمی در رصد سیارات دور خواهد داشت.
به طور رسمی ، آنها قصد دارند تلسکوپ را به مدت پنج تا ده سال کار کنند. با این حال ، همانطور که تمرین نشان می دهد ، این دوره را می توان به طور نامحدود تمدید کرد. و "جیمز وب" می تواند اطلاعات بسیار مفیدتر و ساده تری را در اختیار ما قرار دهد که هیچکس تصور نمی کند. علاوه بر این ، در حال حاضر حتی نمی توان تصور کرد که چه نوع "هیولا" جایگزین "جیمز وب" می شود و هزینه ساخت آن چقدر است.
در بهار سال 2018 ، قیمت پروژه به 9.66 میلیارد دلار غیرقابل تصور افزایش یافت. برای مقایسه ، بودجه سالانه ناسا تقریبا 20 میلیارد دلار و هابل در زمان ساخت 2.5 میلیارد دلار بود. به عبارت دیگر ، جیمز وب قبلاً به عنوان گران ترین تلسکوپ و یکی از گران ترین پروژه های تاریخ اکتشافات فضایی در تاریخ ثبت شده است. فقط برنامه ماه ، ایستگاه فضایی بین المللی ، شاتل ها و سیستم موقعیت یابی جهانی GPS هزینه بیشتری دارد. با این حال ، "جیمز وب" همه چیز را در پیش دارد: قیمت آن ممکن است حتی بیشتر افزایش یابد. و اگرچه کارشناسان 17 کشور در ساخت آن مشارکت داشتند ، اما سهم شیر از بودجه هنوز بر دوش ایالات متحده است. احتمالاً ، این چنین خواهد بود.
