Se lansează noul telescop James Webb. Testarea viitorului telescop James Webb: o etapă decisivă. Tur al telescopului spațial James Webb

Oglinda primară a telescopului James Webb

NASA și ESA au publicat o listă cu primele ținte pentru telescopul spațial James Webb, care este programat să fie lansat în 2018. Dispozitivul va fi cel mai mare telescop spațial care operează în intervalele optice, infraroșu apropiat și mediu - diametrul oglinzii sale principale este de aproape trei ori mai mare decât cel al lui Hubble - 6,5 metri. Țintele includ planete și corpuri mici ale Sistemului Solar, exoplanete și discuri protoplanetare, galaxii și clustere de galaxii și quasari îndepărtați. Acest lucru este raportat într-un comunicat de presă al NASA, lista fiind publicată pe site-ul telescopului.

Telescopul James Webb a fost în dezvoltare din 1996 - ar trebui, într-un fel, să înlocuiască Hubble și să ofere o rezoluție și o sensibilitate mult mai mari decât telescoapele în infraroșu terestre și spațiale. Lucrările telescopului sunt asociate cu speranțe pentru studiul galaxiilor timpurii (527-980 milioane de ani după Big Bang). În acel moment, în spațiu era mult hidrogen neutru, care a absorbit radiația ultravioletă a stelelor.

Timpul instrumental al telescopului este distribuit în funcție de solicitările grupurilor științifice. Prioritatea în aplicații și aproximativ 10 la sută din timp sunt alocate grupurilor științifice care au ajutat la dezvoltarea telescopului. Solicitările acestor grupuri științifice au fost publicate recent. Ele sunt grupate tematic în: obiecte ale Sistemului Solar, exoplanete, pitice brune, protostele, discuri de fragmente, grupuri de stele și regiuni de formare a stelelor, galaxii, grupuri de galaxii și quasari și sondaje în spațiu adânc.

Printre corpuri mici, sunt planificate observații ale lui Ceres, Pallas, asteroidul Ryugu (Hayabusa-2 va ajunge peste un an), obiecte trans-neptuniene și mai multe comete. Dintre exoplanete, putem distinge HD189733b (proprietarul), HAT-P-26b (pe el), TRAPPIST-1e (situat în zona locuibilă a unui sistem recent de șapte exoplanete), HD131399 (acesta este un sistem de trei stele). in care). În total, sunt planificate studii pe câteva zeci de exoplanete, inclusiv atmosferele acestora. Alte obiecte includ faimosul sistem Beta Pictoris cu discul său de resturi, Nebuloasa Cap de Cal, rămășița de supernovă SN 1987A și câțiva quasari pe care îi vedem așa cum au fost la un miliard de ani după Big Bang sau mai puțin. În total, au fost deja planificate peste 2.100 de observații.

Webb se află în prezent în stadiul de testare a sistemelor de bază. Oglinda sa principală a fost finalizată în februarie 2016, constând din 18 segmente hexagonale. Suprafața totală este de 25 de metri pătrați, greutatea - 705 kilograme. Fiecare segment care cântărește 20,1 kilograme este realizat din beriliu și acoperit cu un strat de aur de 100 de nanometri grosime.

Vladimir Korolev

• MIRI

• NIRCam

• NIRSpec

• FGS/NIRISS

Inițial numit telescopul spațial de generație următoare. Telescop spațial de generație următoare, NGST). În 2002, a fost redenumit în onoarea celui de-al doilea director al NASA, James Webb (1906-1992), care a condus agenția între 1961-1968 în timpul programului Apollo.

James Webb va avea o oglindă compozită de 6,5 metri în diametru cu o suprafață de colectare de 25 m², ascunsă de radiațiile infraroșii de la Soare și Pământ printr-un scut termic. Telescopul va fi plasat pe o orbită halo în punctul Lagrange L 2 al sistemului Soare-Pământ.

Proiectul este rezultatul unei colaborări internaționale între 17 țări, conduse de NASA, cu contribuții semnificative din partea agențiilor spațiale europene și canadiene.

Planurile actuale prevăd ca telescopul să fie lansat pe o rachetă Ariane 5 în martie 2021. În acest caz, prima cercetare științifică va începe în toamna anului 2021. Telescopul va funcționa cel puțin cinci ani.

Sarcini

Astrofizică

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. Webb va putea vorbi, de asemenea, despre când și unde a început reionizarea Universului și despre ce a cauzat-o.

Exoplanetologie

Telescopul va face posibilă detectarea exoplanetelor relativ reci, cu o temperatură a suprafeței de până la 300 K (care este aproape egală cu temperatura suprafeței Pământului), situate mai departe de 12 UA. adică de stelele lor și departe de Pământ la o distanță de până la 15 ani lumină. Peste două duzini de stele cele mai apropiate de Soare vor cădea în zona de observare detaliată. Datorită JWST, se așteaptă o adevărată descoperire în exoplanetologie - capacitățile telescopului vor fi suficiente nu numai pentru a detecta exoplanetele în sine, ci chiar și sateliții și liniile spectrale ale acestor planete (care vor fi un indicator de neatins pentru orice terestre). sau telescopul spațial până în 2025, când va fi introdus The European Extremely Large Telescope cu un diametru al oglinzii de 39,3 m. Pentru a căuta exoplanete, vor fi folosite și datele obținute de telescopul Kepler din 2009. Cu toate acestea, capacitățile telescopului nu vor fi suficiente pentru a obține imagini ale exoplanetelor găsite. Această oportunitate nu va apărea decât la mijlocul anilor 2030, când va fi lansat telescopul succesor al lui James Webb, ATLAST.

Lumile de apă ale sistemului solar

Instrumentele în infraroșu ale telescopului vor fi folosite pentru a studia lumile acvatice 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.

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 detectate va fi analizată cu ajutorul instrumentelor NIRSpec și MIRI. Datele obținute din aceste studii vor fi folosite și în explorarea Europei de către sonda Europa Clipper.

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.

Poveste

Inițial, lansarea a fost programată pentru 2007, dar ulterior a fost amânată de mai multe ori (vezi tabel). Primul segment al oglinzii a fost instalat pe telescop abia la sfârșitul anului 2015, iar întreaga oglindă principală compozită a fost asamblată abia în februarie 2016. Începând cu primăvara anului 2018, data planificată de lansare a fost mutată la 30 martie 2021.

Finanțare

Costul proiectului a crescut și el în mod repetat. În iunie 2011, a devenit cunoscut faptul că costul telescopului a fost de cel puțin patru ori mai mare decât estimările inițiale. Bugetul NASA propus în iulie 2011 de Congres a cerut încetarea finanțării telescopului din cauza administrării proaste și a depășirilor programului, dar bugetul a fost revizuit în septembrie a acelui an și proiectul a rămas finanțat. 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.

Fabricarea sistemului optic

Probleme

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 diametrul minim al oglinzii primare trebuie să fie de 6,5 metri pentru a măsura lumina din cele mai îndepărtate galaxii. Pur și simplu a face o oglindă similară cu cea a telescopului Hubble, dar mai mare, era inacceptabilă, deoarece masa ei ar fi prea mare pentru a lansa telescopul în spațiu. Echipa de oameni de știință și ingineri trebuia să găsească o soluție pentru ca noua oglindă să aibă 1/10 din masa oglinzii telescopului Hubble pe unitate de suprafață.

Dezvoltare și testare

Productie

Un tip special de beriliu este folosit pentru oglinda Webb. Este o pulbere fină. Pulberea este plasată într-un recipient din oțel inoxidabil și presată într-o formă plată. Odată ce recipientul de oțel este îndepărtat, bucata 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 din spatele semifabricatului de beriliu, astfel încât să rămână o structură fină de creastă. Partea frontală a fiecărei piese de prelucrat este netezită ținând cont de poziția segmentului într-o oglindă mare.

Apoi suprafața fiecărei oglinzi este măcinată pentru a-i da o formă apropiată de cea calculată. După aceasta, 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 cu ajutorul unui interferometru laser. Apoi oglinda, ținând cont de informațiile primite, suferă o lustruire finală.

Odată procesat segmentul, 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 microni, iar segmentul finit este re-testat la temperaturi criogenice.

Testare

10 iulie 2017 - Testul criogenic final al telescopului începe la o temperatură de 37 la Centrul Spațial Johnson din Houston, care a durat 100 de zile.

Pe lângă testarea efectuată în Houston, vehiculul a fost supus unei serii de verificări mecanice la Centrul de Zbor Spațial Goddard, care au arătat că poate rezista la lansarea unui vehicul greu de lansare.

La începutul lunii februarie 2018, oglinzile gigantice și diverse instrumente au ajuns la instalația Northrop Grumman din Redondo Beach pentru etapa finală de asamblare a telescopului. Construcția modulului de propulsie al telescopului și a scutului său solar este deja în curs de desfășurare acolo. Când întreaga structură este asamblată, aceasta va fi trimisă pe un vas maritim din California în Guyana Franceză.

Echipamente

JWST va avea următoarele instrumente științifice pentru a efectua explorarea spațiului:

• Cameră cu infraroșu apropiat;
• Dispozitiv pentru lucrul în intervalul mediu al radiației infraroșii (în engleză: Instrumentul Mid-Infrared, MIRI);
• Spectrograf în infraroșu apropiat Spectrograf în infraroșu apropiat, NIRSpec);
• Senzor de ghidare fină (FGS) și aparat de imagine în infraroșu apropiat și spectrograf fără fante. Near Infrared Imager și spectrograf fără fantă, NIRISS).

Cameră în infraroșu apropiat

Camera cu infraroșu apropiat este unitatea principală de imagine a Webb și va consta dintr-o matrice mercur-cadmiu-telur detectoare Intervalul de operare al dispozitivului este de la 0,6 la 5 µm. Dezvoltarea sa este încredințată Universității din Arizona și Centrului de tehnologie avansată Lockheed Martin.

Sarcinile dispozitivului includ:

• detectarea luminii din primele stele și galaxii în stadiul formării lor;
• studiul populațiilor stelare din galaxiile din apropiere;
• studiul stelelor tinere din Calea Lactee și al obiectelor Centura Kuiper;
• determinarea morfologiei și culorii galaxiilor la deplasare spre roșu ridicată;
• determinarea curbelor de lumină ale supernovelor îndepărtate;
• crearea unei hărți a materiei întunecate folosind lentile gravitaționale.

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 celor 5 ani de funcționare a telescopului, spectrograful a fost conceput pentru a observa simultan 100 de obiecte pe o zonă de 3×3 minute de arc a cerului. Pentru a realiza acest lucru, oamenii de știință și inginerii Goddard au dezvoltat o nouă tehnologie de micro-obturator pentru a controla lumina care intră în spectrograf.

Esența tehnologiei care face posibilă obținerea 100 simultan spectre, constă dintr-un sistem microelectromecanic numit „matrice de microobturatoare”. Celulele microgate ale spectrografului NIRSpec au capace care se deschid și se închid sub influența unui câmp magnetic. Fiecare celulă de 100 pe 200 µm este controlată individual și poate fi deschisă sau închisă, expunând sau, respectiv, blocând o parte a cerului la spectrograf.

Această ajustabilitate permite dispozitivului să efectueze spectroscopie pe atât de multe obiecte simultan. Deoarece obiectele pe care NIRSpec le va studia sunt departe și slabe, instrumentul trebuie să suprima radiația de la sursele luminoase mai apropiate. Micro obloanele 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.

Dispozitiv pentru lucrul în domeniul infraroșu mediu

Dispozitiv pentru lucrul în intervalul mediu de radiații infraroșii (5 - 28 µm) constă dintr-o cameră cu un senzor având o rezoluție de 1024x1024 pixeli și un spectrograf.

MIRI constă din trei rețele de detectoare de arsenic-siliciu. Detectoarele sensibile ale instrumentului ne vor permite să vedem deplasarea către roșu a galaxiilor îndepărtate, formarea de noi stele și comete slab vizibile, precum și obiectele din centura Kuiper. Modulul camerei oferă posibilitatea de a imaginea 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 va permite obținerea de date fizice detaliate despre obiectele îndepărtate.

Temperatura nominală de funcționare pentru MIRI-7. Această temperatură nu poate fi atinsă folosind doar un sistem de răcire pasiv. În schimb, răcirea se realizează în două etape: un pre-răcitor cu tub cu impulsuri răcește dispozitivul la 18 K, apoi un schimbător de căldură cu reglare adiabatică (efect Joule-Thomson) scade temperatura 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.

FGS/NIRISS

Senzorul de ghidare fină (FGS) și imagistica în infraroșu apropiat și spectrograful fără fantă (NIRISS) vor fi ambalate împreună în Webb, dar sunt în esență două dispozitive diferite. 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 structura ISIMîn februarie 2013.

Senzor de ghidare precis

Senzor de ghidare de precizie ( FGS) va permite lui Webb să efectueze o direcționare precisă, astfel încât să poată obține imagini de înaltă calitate.

aparat foto FGS poate forma o imagine din două zone adiacente ale cerului care măsoară 2,4 × 2,4 minute arc fiecare și, de asemenea, poate citi 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 oriunde în cerul, inclusiv latitudinile mari.

Functii principale FGS include:

• obținerea unei imagini pentru a determina poziția telescopului în spațiu;
• obținerea stelelor ghid preselectate;
• asigurarea sistemului de control al poziției ing. Sistemul de control al atitudinii măsoară centroidul stelelor ghid cu o rată de 16 ori pe secundă.

În timpul lansării telescopului pe orbită FGS va raporta și abaterile la instalarea oglinzii principale.

Imager în infraroșu apropiat și spectrograf fără fante

Spectrograful fără fantă și imagistică în infraroșu apropiat (NIRISS) funcționează în intervalul 0,8 - 5,0 µmși este un instrument specializat cu trei moduri principale, fiecare dintre ele funcționând cu o gamă separată.

NIRISS va fi utilizat pentru a îndeplini următoarele sarcini științifice:

• primirea „prima lumină”;
• detectarea exoplanetelor;
• obținerea caracteristicilor acestora;
• spectroscopie de tranzit.

Vezi si

Note

Note

Note de subsol

1. Jim Bridenstine pe Twitter: „Telescopul spațial James Webb va produce prima știință de acest fel, de clasă mondială. Pe baza recomandărilor unui comitet independent de evaluare, n...
2. Cu alte întârzieri, telescopul Webb riscă să-și vadă racheta retrasă | Ars Technica
3. https://www.ama-science.org/proceedings/details/368
4. NASA finalizează evaluarea telescopului Webb, se angajează să se lanseze la începutul lui 2021(Engleză) . NASA (27 iunie 2018). Preluat la 28 iunie 2018.
5. Lunii de gheață, clustere de galaxie și lumi îndepărtate printre țintele selectate pentru telescopul spațial James Webb (nedefinit) (15 iunie 2017).
6. https://nplus1.ru/news/2017/06/16/webb-telescope (nedefinit) (16 iunie 2017).
7. Webb Science: Sfârșitul Evurilor Întunecate: Prima lumină și reionizare (nedefinit) . NASA. Consultat la 18 martie 2013. Arhivat la 21 martie 2013.
8. Un vârf de infinit (nedefinit) (25 martie 2013). Arhivat din original pe 4 aprilie 2013.
9. Kepler găsește zece noi posibili gemeni Pământeni (nedefinit) (19 iunie 2017).
10. Telescopul Webb al NASA va studia „lumile oceanice” ale sistemului nostru solar (nedefinit) (24 august 2017).
11. Berardelli, Phil. Telescopul spațial de generație următoare va privi înapoi la începutul timpului și al spațiului, CBS (27 octombrie 1997).
12. Telescopul spațial de generație următoare (NGST) (nedefinit) . Universitatea din Toronto (27 noiembrie 1998).
13. Reichhardt, Tony. Astronomia SUA: Următorul mare lucru este prea mare? (engleză) // Natură. - 2006. - martie (vol. 440, nr. 7081). - P. 140-143. - DOI:10.1038/440140a. - Cod biblic: 2006Natur.440..140R.
14. Respingerea razelor cosmice cu NGST (nedefinit) .
15. Spectrometru MIRI pentru NGST (nedefinit) (link indisponibil). Arhivat din original pe 27 septembrie 2011.
16. Misivă săptămânală NGST (nedefinit) (25 aprilie 2002).
17. NASA modifică contractul cu telescopul spațial James Webb (nedefinit) (12 noiembrie 2003).

Drepturi de autor pentru ilustrație NASA Legendă imagine Din octombrie anul trecut, instrumentele științifice ale telescopului au fost testate în camera cu vid a Centrului Goddard.

Lucrările de pregătire pentru lansarea succesorului telescopului orbital Hubble, Observatorul Spațial James Webb, au intrat într-o etapă decisivă.

Inginerii NASA termină de asamblat oglinda principală a noului telescop. Lansarea noului telescop este acum planificată pentru octombrie 2018.

De asemenea, sunt finalizate testele criogenice și calibrarea celor patru blocuri principale ale echipamentului științific al telescopului.

Proiectul NASA de lansare a unui nou observator orbital a intrat astfel în stadiul final, iar fazele rămase înainte de lansare sunt de așteptat să fie finalizate rapid în lunile următoare.

Telescopul este planificat să fie lansat folosind vehiculul european de lansare Ariane 5, care a determinat multe caracteristici de design ale telescopului, în special faptul că oglinda sa principală este formată din segmente.

Telescopul orbital James Webb, numit după cel de-al doilea șef al NASA, este finanțat de Agenția Aerospațială a SUA, Agenția Spațială Europeană și Agenția Spațială Canadiană.

Obiectivele principale ale noului telescop sunt detectarea luminii primelor stele și galaxii formate după Big Bang, studierea formării și dezvoltării galaxiilor, stelelor, sistemelor planetare și originii vieții. Webb va putea vorbi, de asemenea, despre când și unde a început reionizarea Universului și despre ce a cauzat-o.

Telescopul va face posibilă detectarea exoplanetelor relativ reci cu temperaturi de suprafață de până la 300 K (care este aproape egală cu temperatura suprafeței Pământului), situate la mai mult de 12 unități astronomice (UA) de stelele lor și la o distanță de până la 15 ani lumină de Pământ.

Peste două duzini de stele cele mai apropiate de Soare vor cădea în zona de observare detaliată. Datorită noului telescop, se așteaptă o adevărată descoperire în exoplanetologie - capacitățile telescopului vor fi suficiente nu numai pentru a detecta exoplanetele în sine, ci chiar și sateliții și liniile spectrale ale acestor planete, care vor fi un indicator de neatins pentru orice teren. Telescopul orbital și bazat pe o bază până la începutul anilor 2020, când este pus în funcțiune Telescopul european extrem de mare, cu un diametru al oglinzii de 39,3 m.

Telescopul va funcționa cel puțin cinci ani.

În ultimele săptămâni, inginerii NASA au fost ocupați să lipească segmente de oglindă primară din beriliu pe structura de susținere a oglinzii.

În următoarele zile, ultimele două segmente octogonale vor fi montate în poziția dorită pentru prindere.

Între timp, în camera alăturată a Centrului Goddard din Maryland, lângă atelierul de asamblare, sunt finalizate testele criogenic-vid ale echipamentului științific al viitorului telescop.

James Webb va avea următoarele instrumente științifice pentru explorarea spațiului:

• Cameră cu infraroșu apropiat;
• Dispozitiv pentru lucrul în intervalul mediu de radiație infraroșu (Mid-Infrared Instrument);
• Spectrograf în infraroșu apropiat;
• Senzor de ghidare fină/Aproape infraroșu Imager și spectrograf fără fantă.

Din octombrie anul trecut, aceste dispozitive se află într-o cameră cu vid, temperatura în care a fost redusă la minus 233 de grade Celsius.

Datele de calibrare a instrumentelor au fost deja obținute, ceea ce va fi de mare importanță pentru controlul telescopului în spațiul profund.

Aceste teste au ajutat la identificarea unui număr de defecte și la înlocuirea echipamentelor și pieselor nefiabile. Telescopul are 250 de mii de capace și obloane, dintre care unele au defectul neplăcut de a „lipi” în vid sub influența vibrațiilor atunci când sunt lansate de pe Pământ.

Vibrația vehiculului de lansare a fost simulată în timpul testelor curente, iar piesele înlocuite s-au dovedit a avea fiabilitate sporită.

Rămâne de efectuat teste optice, de vibrații și acustice mai generale ale tuturor sistemelor de telescoape.

Oglinda și instrumentele științifice vor fi apoi transportate la Centrul Johnson pentru teste criogenice în vid într-o cameră care a fost construită în anii 1960 pentru a testa rachetele Apollo. Aceste teste vor începe în aproximativ un an.

După finalizarea lor, telescopului va fi atașat un modul de sisteme de control, în care vor fi instalate calculatoare de bord și sisteme de comunicații.

Ultimul pas va fi instalarea unui scut solar gigant de dimensiunea unui teren de tenis pe telescop, care va proteja sistemele optice de expunerea la lumina soarelui.

Nu este prea mult să așteptăm până în octombrie 2018.

Aproape imediat după lansarea pe orbită a telescopului Hubble, oamenii de știință au început să pregătească un dispozitiv mai avansat, care era planificat să fie echipat cu mai multe funcții și capacități. Acum, aproape douăzeci de ani mai târziu, acest proiect a fost deja implementat, iar sistemul a fost testat și este gata de utilizare. Vorbim despre telescopul orbital James Webb, care este echipat cu o oglindă de 6,5 metri. Acesta este de două ori mai mult decât Hubble.

La sfârșitul anului trecut, directorul științific al proiectului, John Mather, a anunțat că telescopul este gata și destul de capabil să înceapă lucrul pe orbită. Potrivit experților implicați în proiect, noul telescop va ajuta la începerea studiului galaxiilor aflate la miliarde de ani lumină distanță de Pământ. Vorbim despre oportunitatea de a folosi un fel de mașină a timpului, observând galaxii apărute aproape imediat după Big Bang. Acest lucru îi va ajuta pe oamenii de știință să clarifice originea Universului.

Probleme recente și soluțiile lor

Instalarea oglinzilor a fost efectuată nu de oameni, ci de un robot - un manipulator specializat a fost dezvoltat în acest scop. Pe oglindă, pe lângă oglinzile în sine, oamenii de știință au instalat servo-uri și distanțiere care corectează curbura suprafeței. Potrivit experților, pentru ca focalizarea să fie precisă, dispozitivul de fixare nu se poate mișca mai mult de 38 de nanometri.

În noiembrie anul trecut, oamenii de știință au început să testeze oglinzile - aceasta este o etapă extrem de importantă care a făcut posibilă evaluarea performanței dispozitivului. La efectuarea testelor, experții au simulat factori externi care ar putea deteriora structura. În primul rând, vorbim despre sunetul și vibrațiile generate atunci când nava este lansată - acești factori, fără o atenție adecvată, pot deteriora telescopul. În general, trimiterea lui James Webb pe orbită este o etapă dificilă, în timpul căreia pot apărea multe probleme dacă toate componentele procesului de trimitere nu sunt controlate cu atenție.

„Testul va arăta dacă există vreo deteriorare a sistemului optic după test”, a declarat Ritva Keski-Kuha, șeful testării telescoapelor la Centrul de Zbor Spațial Goddard (GSFC) al NASA.

Pentru testare a fost folosit un interferometru, un dispozitiv care permite determinarea caracteristicilor unei oglinzi telescop cu o precizie extrem de mare. Problema este că pentru a verifica nu puteți contacta direct oglinda; toate testele trebuie efectuate de la distanță. În caz contrar, pe oglindă pot apărea micro-zgârieturi, ceea ce va duce la o scădere a eficienței întregului sistem.

„De aceea facem revizuirea – pentru a ști cum sunt lucrurile de fapt, în loc să ghicim”, a spus directorul adjunct al proiectului Paul Geithner.

Un interferometru rezolvă această problemă. Vă permite să înregistrați cele mai mici modificări în aranjarea elementelor unei oglinzi telescopice complexe și a caracteristicilor suprafeței fragmentelor individuale. Interferometrul generează unde luminoase de diferite lungimi, ale căror caracteristici, după reflectarea de către oglindă, sunt studiate de experți.

„Cei patru ani precedenți ar putea fi considerați pregătire pentru testul actual”, a declarat David Cheney, metrolog șef oglindă la Goddard Space Flight Center, în noiembrie anul trecut. „Măsurăm dimensiunea oglinzii principale, raza de curbură, zgomotul de fundal. Testul nostru este atât de sensibil încât detectăm modificări ale caracteristicilor oglinzii chiar și atunci când oamenii vorbesc în cameră.”

În noiembrie, testele au decurs fără probleme și nu au fost identificate probleme. Dar la începutul lunii decembrie, accelerometrele care au fost conectate la telescop au detectat unele anomalii în timp ce dispozitivul era supus unor teste de vibrații. Oamenii de știință au efectuat teste de vibrații la nivel scăzut, comparând datele obținute cu cele transmise de senzori înainte de apariția anomaliei. Odată identificată problema, testul s-a oprit automat pentru a proteja hardware-ul dispozitivului. Oamenii de știință au examinat din nou telescopul, dar nu au găsit nicio anomalie.

La sfârșitul lunii decembrie, reprezentanții NASA au anunțat că nu au fost găsite probleme la instrumentele și alte componente ale sistemului. Au fost efectuate atât o inspecție vizuală, cât și o analiză a imaginilor dispozitivului în radiații ultraviolete. În plus, au fost efectuate două teste suplimentare de vibrații la nivel scăzut, care nu au evidențiat nicio problemă cu telescopul James Webb. Mai multe informații despre testare găsiți în documentul pregătit de specialiștii NASA.

În decembrie, John Mather a anunțat că participanții la proiect se așteptau ca telescopul să treacă cu succes toate testele necesare. În același timp, agenția intenționează să folosească orice metode de precauție disponibile pentru a asigura lansarea cu succes a telescopului pe orbită. Până acum, din păcate, nu este complet clar care au fost aceste anomalii și cum ar putea afecta sistemul atunci când este trimis în spațiu. Agenția va formula concluziile finale în cursul acestei luni.

James Webb va fi expediat la o instalație Northrop-Grumman la jumătatea anului pentru asamblarea finală și conectarea la scutul solar și la sistemul de manevrare pe orbită. Înainte de aceasta, sistemul optic și instrumentele științifice ale telescopului vor fi testate în camera cu vid termic a Centrului Spațial Johnson.

Până acum, participanții la program dau dovadă de optimism. „Nu credem că ne vom întâlni cu ceva greu de reparat”, spune Paul Hertz.

Astronomii își pot pregăti propunerile pentru lucrul cu telescopul

„Sunt impresionat de asta”, spune Eric Smith, directorul programului. Cert este că, în ultimii ani, echipa a fost implicată exclusiv în partea tehnică a problemei, și nu în știință. Acum puteți trece la etapa finală și puteți face lucrări științifice. „Anul acesta oferă comunității științifice o oportunitate de a reveni la lucrul la program.”

La întâlnirea discutată mai sus, conducerea programului a declarat că oamenii de știință care au contribuit la dezvoltarea instrumentelor, a software-ului sau a diferitelor caracteristici ale telescopului James Webb vor putea primi timp garantat cu telescopul. În plus, accesul timpuriu la capacitățile sistemului va fi oferit acelor oameni de știință care depun aplicații convingătoare care permit ca întreaga funcționalitate a telescopului să fie demonstrată comunității științifice. Ca rezultat, alți oameni de știință vor putea înțelege cum să folosească cel mai bine funcționalitatea lui James Webb pentru a observa Universul și a-și trimite propriile sugestii. Cel puțin asta e ideea. Oamenii de știință vor putea depune propuneri „regulate” la sfârșitul anului 2017.

Acum, specialiștii care participă la dezvoltarea sistemului continuă să testeze telescopul, inclusiv partea optică și instrumentele științifice. Verificările sunt efectuate la Centrul de Zboruri Spațiale Goddard.

Componentele telescopului și capacitățile acestuia

• Cameră cu infraroșu apropiat;
• Dispozitiv pentru lucrul în intervalul mediu de radiație infraroșu (Mid-Infrared Instrument);
• Spectrograf în infraroșu apropiat;
• Senzor de ghidare fină/Aproape infraroșu Imager și spectrograf fără fantă.

• detectarea luminii din primele stele și galaxii în stadiul formării lor;
• studiul populațiilor stelare din galaxiile din apropiere;
• studiul stelelor tinere din Calea Lactee și al obiectelor centurii Kuiper;
• determinarea morfologiei și culorii galaxiilor la deplasare spre roșu ridicată;
• determinarea curbelor de lumină ale supernovelor îndepărtate;
• crearea unei hărți a materiei întunecate folosind lentile gravitaționale;
• detectarea „primei lumini”;
• detectarea exoplanetelor;
• obținerea caracteristicilor acestora;
• spectroscopie de tranzit.

Ce urmeaza?

Telescopul James Webb

Telescoapele spațiale vor fi întotdeauna în fruntea explorării spațiale - nu sunt împiedicate de distorsiuni și înnorare, sau de vibrații și zgomot de pe suprafața planetei. Dispozitivele extraterestre au făcut posibilă obținerea de fotografii detaliate și frumoase ale nebuloaselor și galaxiilor îndepărtate care nici măcar nu sunt vizibile pentru ochiul uman pe cerul nopții. Cu toate acestea, în 2018, va începe o nouă eră în explorarea spațiului, care va împinge și mai mult granițele vizibile ale Universului - va fi lansat telescopul spațial James Webb, deținător de recorduri în industrie. Mai mult, bate recorduri nu numai în ceea ce privește caracteristicile: costul proiectului ajunge astăzi la 8,8 miliarde de dolari.

Înainte de a vorbi despre structura și funcționalitatea lui James Webb, merită să înțelegeți pentru ce este. S-ar părea că studiul Universului este îngreunat doar de atmosfera Pământului și puteți pur și simplu să puneți pe orbită un telescop cu o cameră atașată și să vă bucurați de viață. Dar, în același timp, „James Webb” a fost în dezvoltare de mai bine de un deceniu, iar bugetul final, chiar și în stadiul incipient de proiecție, a depășit costul predecesorului său! Prin urmare, un telescop orbital este ceva mai complex decât un telescop de amator pe trepied, iar descoperirile sale vor fi de sute de ori mai valoroase. Dar ce este atât de special care poate fi explorat cu un telescop, în special cu unul spațial?

Ridicând capul spre cer, toată lumea poate vedea stelele. Dar studierea obiectelor aflate la miliarde de kilometri distanță este o sarcină destul de dificilă. Lumina stelelor și galaxiilor, care călătorește peste milioane sau chiar miliarde de ani, suferă modificări semnificative – sau chiar nu ajunge deloc la noi. Astfel, norii de praf, care sunt adesea obișnuiți în galaxii, sunt capabili să absoarbă complet toată radiația vizibilă a unei stele. Expansiunea constantă a Universului duce la lumină - undele sale devin mai lungi, schimbând gama spre roșu sau infraroșu invizibil. Iar strălucirea chiar și a celor mai mari obiecte, care au zburat pe o distanță de miliarde de ani lumină, devine ca lumina unei lanterne printre sute de proiectoare - detectarea galaxiilor ultra-distante necesită dispozitive de o sensibilitate fără precedent.