Vesmírny teleskop Jamesa Webba od NASA v hodnote 10 miliárd dolárov bude študovať pôvod vesmíru

Viac ako 10 000 ľudí strávilo dvadsať rokov vývojom tohto nástupcu Hubbleovho teleskopu. Za posledných 31 rokov bol Hubbleov vesmírny teleskop pre astronómov neoceniteľne všestrannou pozorovacou platformou, no svoj vek sa začal prejavovať až neskoro. Posledný servis v roku 2009, teleskop musel v priebehu posledných rokov niekoľkokrát prejsť do „bezpečného režimu“ čiastočného vypnutia – naposledy tento október. A zatiaľ čo optimistické odhady naznačujú, že Hubbleov teleskop by mohol zostať v prevádzke do konca desaťročia, NASA so svojimi partnermi ESA a CSA už strávila viac ako tucet rokov vývojom nástupcu, vesmírneho teleskopu Jamesa Webba (JWST). Keď sa Webb spustí – v súčasnosti sa má vzlietnuť na Štedrý deň – prevezme funkciu hlavného oka ľudstva na oblohe na ďalšie desaťročia.

7,2-tonový JWST bude najväčším teleskopom, aký kedy NASA umiestnila na obežnú dráhu. Jeho 6,5-metrové pole primárnych zrkadiel – zložené z 18 pozlátených šesťuholníkových segmentov – je viac ako dvakrát väčšie ako Hubbleov teleskop a takmer 60-krát väčšie v oblasti ako Spitzerov teleskop, ktorý skončil v roku 2020. Slnečný štít, ktorý používa na ochranu jeho jemné infračervené senzory sú takmer také dlhé ako tenisový kurt a teleskop ako celok má tri poschodia. Denne zhromaždených 458 gigabitov údajov bude najskôr smerovaných cez sieť NASA Deep Space Network, potom sa prenesie do Space Telescope Science Institute v Baltimore v štáte Maryland, ktorý tieto informácie zhromaždí a rozšíri do väčšej astronomickej komunity.

Keď JWST dosiahne svoj orbitálny domov v bode L2 Lagrange 930 000 míľ od Zeme, začne svoju štvorbodovú misiu: hľadanie svetla z prvých hviezd po Veľkom tresku; štúdium vzniku a vývoja galaxií, skúmanie vývoja hviezd a planetárnych systémov; a hľadanie pôvodu života.

Aby to bolo možné, Webb zaujme odlišný prístup ako predtým Hubbleov teleskop. Zatiaľ čo Hubbleov teleskop sa pozeral na vesmír vo viditeľnom a ultrafialovom spektre, JWST bude vidieť v infračervenom svetle, rovnako ako Spitzer, ale s oveľa väčším rozlíšením a jasnosťou. Použitie tohto infračerveného žiarenia je rozhodujúce pre misiu Webb, pretože táto vlnová dĺžka môže nahliadnuť cez oblaky medzihviezdnych plynov a prachu, aby videla inak zakryté objekty.

Sada kamier Webb sa skladá zo štyroch samostatných komponentov: Mid-Infrared Instrument (MIRI), Near-Infrared Camera (NIRCam), Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) a Near-Infrared Imager a bezštrbinový spektrograf/senzor jemného navádzania. (NIRISS/FGS). Tieto prístroje sú v skutočnosti také citlivé, že pri prevádzke dokážu rozpoznať svoje vlastné tepelné žiarenie. Aby sa minimalizovali tieto infračervené emisie, tri zo senzorov sú ochladené na mínus 388 stupňov Fahrenheita (-233 stupňov C). Mimoriadne citlivý MIRI sa ochladí ešte viac na -448 stupňov F (-266 stupňov C) – to je iba 7 stupňov Kelvina nad absolútnou nulou.

Získať tak chladné MIRI nie je ľahké. Keď sa JWST dostane na obežnú dráhu, teleskop strávi týždne pomalým chladením senzora na optimálnu prevádzkovú teplotu pomocou chladiaceho systému na báze hélia.

“Je relatívne ľahké ochladiť niečo na túto teplotu na Zemi, zvyčajne pre vedecké alebo priemyselné aplikácie,” povedal špecialista na kryochladiče JPL Konstantin Penanen v nedávnom blogovom príspevku NASA. “Ale tieto pozemské systémy sú veľmi objemné a energeticky neefektívne.” Pre vesmírne observatórium potrebujeme chladič, ktorý je fyzicky kompaktný, vysoko energeticky účinný a musí byť vysoko spoľahlivý, pretože ho nemôžeme opraviť. Takže toto sú výzvy, ktorým sme čelili, a v tomto ohľade by som povedal, že kryochladič MIRI je určite na špici.“

Dodatočné úsilie, ktoré si MIRI vyžaduje, bude stáť za to, pretože pozemné infračervené teleskopy – najmä tie, ktoré pracujú v rámci stredného infračerveného spektra, ako je MIRI, sú do značnej miery brzdené emisiami tepla zo samotných zariadení a okolitej atmosféry.

„S ďalšími tromi prístrojmi Webb pozoruje vlnové dĺžky až do 5 mikrónov. Pridaním vlnových dĺžok na 28,5 mikrónov pomocou MIRI sa skutočne rozširuje rozsah vedy,“ povedal začiatkom tohto mesiaca George Rieke, profesor astronómie na University of Arizona na blogu NASA. “To zahŕňa všetko od štúdia protohviezd a ich okolitých protoplanetárnych diskov, energetickej bilancie exoplanét, straty hmoty z vyvinutých hviezd, cirkumnukleárnych tori okolo centrálnych čiernych dier v aktívnych galaktických jadrách a oveľa viac.”

Vzhľadom na vysoko špecifické potreby JWST pri nízkych teplotách je rozhodujúce udržať súpravu senzorov ďalekohľadu mimo priameho slnečného žiarenia (a blokované inými svetelnými zdrojmi, ako je Mesiac a Zem). Aby sa zabezpečilo, že tieto kamery budú večne tienené, inžinieri NASA postavili päťvrstvovú slnečnú clonu vyrobenú z hliníkom potiahnutej Kaptonovej fólie, ktorá ich udrží v chladnej a studenej tme.

„Tvar a dizajn tiež rodvádza teplo po stranách, po obvode medzi vrstvami,” povedal James Cooper, manažér Sunshield spoločnosti JWST v Goddard Space Flight Center. membránové vrstvy, aby sa optika nemohla zahriať.“

Slnečný štít v tvare draka s rozmermi 69,5 stôp x 46,5 stôp x 0,001 palca je naskladaný do výšky piatich vrstiev, takže energia absorbovaná hornou vrstvou vyžaruje von do priestoru medzi nimi, vďaka čomu je každá nasledujúca vrstva o niečo chladnejšia ako tá nad ňou. V skutočnosti je teplotný rozdiel vo vonkajšej (383 K alebo 230 stupňov F) a najvnútornejšej vrstve (36 K, asi -394 stupňov F) zhruba rádovo.

Aby bolo možné zhromaždiť dostatok svetla na zobrazenie najslabších a najvzdialenejších možných hviezd – niektoré sú vzdialené až 13 miliárd svetelných rokov – bude sa JWST spoliehať na svoje masívne 6,5 m veľké pole primárnych zrkadiel. Na rozdiel od Hubbleovho teleskopu, ktorý využíval jedno zrkadlo so šírkou 2,4 m, je Webbovo zrkadlo rozdelené na 18 samostatných segmentov, z ktorých každý váži len 46 libier vďaka svojej berýliovej konštrukcii. Sú potiahnuté zlatom na zvýšenie odrazu infračerveného svetla a majú šesťuholníkový tvar, takže po úplnom zložení na obežnej dráhe do seba zapadnú dostatočne tesne, aby pôsobili ako jedna symetrická reflexná rovina bez medzier. Ich malá veľkosť ich tiež umožňuje ľahko rozdeliť a zložiť, aby sa zmestili do úzkych hraníc rakety Ariane 5, s ktorou sa dostanú na obežnú dráhu.

Úloha koordinácie týchto segmentov, aby sa zamerali na jediné miesto vo vzdialenej galaxii, pripadá na zostavu ovládača zrkadiel. Sedem malých motorov je umiestnených na zadnej strane každého segmentu zrkadla (jeden v každom rohu a siedmy v strede), čo umožňuje presné ovládanie ich orientácie a zakrivenia. „Zarovnanie segmentov primárneho zrkadla, ako keby išlo o jedno veľké zrkadlo, znamená, že každé zrkadlo je zarovnané na 1/10 000 hrúbky ľudského vlasu,“ povedal manažér prvkov optického teleskopu Webb, Lee Feinberg.

Po viac ako 20 rokoch vývoja a oneskorení, ktoré stáli 10 miliárd dolárov a zahŕňali úsilie viac ako 10 000 ľudí, je Webbov teleskop konečne pripravený na spustenie – a dúfajme, že tentoraz to bude skutočne trvať. Program zaznamenal oneskorenie, za oneskorením, po oneskorení svojho plánu spustenia. NASA opustila počiatočný dátum v marci 2021 v dôsledku počiatočného prepuknutia COVID-19 a súvisiacich blokád – aj keď, aby sme boli spravodliví, GAO v januári 2020 poskytla JWST iba 12-percentnú šancu dostať sa zo zeme. koncom tohto roka – a stanovili nejasný časový harmonogram „niekedy v roku 2021“ na jeho spustenie.

Táto časová os sa ďalej predĺžila kvôli „incidentu“ z 9. novembra, keď „náhle, neplánované uvoľnenie svorkového pásika – ktorý pripevňuje Webba k adaptéru nosnej rakety – spôsobilo vibrácie v celom observatóriu,“ tvrdí NASA. Rada na kontrolu anomálií Webb iniciovala ďalšie kolo testovania, aby sa zaistilo, že tieto vibrácie nepoškodia iné komponenty alebo nezničia nič dôležité.

Add a Comment

Your email address will not be published.