Sa svakim dodatnim centimetrom otvora blende, svakom dodatnom sekundom vremena posmatranja i svakim dodatnim atomom atmosferskog nereda uklonjenim iz vidnog polja teleskopa, Univerzum se može vidjeti bolje, dublje i jasnije.
25 godina Hubble
Kada je Hubble teleskop počeo sa radom 1990. godine, započeo je novu eru u astronomiji - svemir. Više nije bilo borbe sa atmosferom, nema više brige o oblacima ili elektromagnetnim treperenjima. Sve što je bilo potrebno je rasporediti satelit na metu, stabilizirati ga i prikupiti fotone. U roku od 25 godina, svemirski teleskopi počeli su da pokrivaju čitav elektromagnetski spektar, omogućavajući po prvi put da se vidi svemir na svakoj talasnoj dužini svjetlosti.
Ali kako se naše znanje povećava, tako se povećava i naše razumijevanje nepoznatog. Što dalje gledamo u svemir, vidimo dublju prošlost: ograničeno vrijeme od Velikog praska, u kombinaciji s konačnom brzinom svjetlosti, predstavlja ograničenje onoga što možemo promatrati. Štaviše, samo širenje prostora radi protiv nas tako što rasteže talasnu dužinusvjetlost zvijezda dok putuje kroz svemir do naših očiju. Čak je i svemirski teleskop Hubble, koji nam daje najdublju sliku svemira koji oduzima dah, koju smo ikada otkrili, ograničen u tom pogledu.
Nedostaci Hubble-a
Hubble je neverovatan teleskop, ali ima niz osnovnih ograničenja:
- Samo 2,4m u prečniku, ograničavajući njegovu rezoluciju.
- Uprkos tome što je prekriven reflektirajućim materijalima, stalno je izložen direktnoj sunčevoj svjetlosti, koja ga zagrijava. To znači da zbog termičkih efekata ne može uočiti svjetlosne talasne dužine veće od 1,6 µm.
- Kombinacija ograničenog otvora blende i valnih dužina na koje je osjetljiv znači da teleskop može vidjeti galaksije ne starije od 500 miliona godina.
Ove galaksije su prekrasne, udaljene i postojale su kada je svemir bio samo oko 4% svoje sadašnje starosti. Ali poznato je da su zvijezde i galaksije postojale i ranije.
Da biste ovo vidjeli, teleskop mora imati veću osjetljivost. To znači prelazak na duže valne dužine i niže temperature od Hubblea. Zbog toga se gradi svemirski teleskop James Webb.
Izgledi za nauku
Svemirski teleskop Džejms Veb (JWST) je dizajniran da prevaziđe upravo ova ograničenja: sa prečnikom od 6,5 m, teleskop prikuplja 7 puta više svetlosti od Habla. On otvaraultra-spektroskopija visoke rezolucije od 600 nm do 6 µm (4 puta veća od talasne dužine koju Hubble može da vidi), za posmatranje u srednjem infracrvenom području spektra sa većom osetljivošću nego ikada ranije. JWST koristi pasivno hlađenje do površinske temperature Plutona i sposoban je aktivno hladiti srednje infracrvene instrumente do 7K.
On će dozvoliti:
- posmatrajte najranije galaksije ikada formirane;
- vidjeti kroz neutralni plin i ispitati prve zvijezde i rejonizaciju svemira;
- izvršite spektroskopsku analizu prvih zvijezda (populacija III) formiranih nakon Velikog praska;
- doživite nevjerovatna iznenađenja poput otkrića najranijih supermasivnih crnih rupa i kvazara u svemiru.
JWST-ov nivo naučnog istraživanja nije sličan ničemu u prošlosti, zbog čega je teleskop izabran kao NASA-ina vodeća misija 2010-ih.
Naučno remek-djelo
Sa tehničke tačke gledišta, novi teleskop James Webb je pravo umjetničko djelo. Projekat je prešao dug put: došlo je do prekoračenja budžeta, kašnjenja u rasporedu i opasnosti od otkazivanja projekta. Nakon intervencije novog rukovodstva sve se promijenilo. Projekat je odjednom proradio kao sat, sredstva su dodijeljena, greške, kvarovi i problemi uzeti u obzir, a JWST tim se počeo uklapati usve rokove, rasporede i budžetske okvire. Lansiranje uređaja zakazano je za oktobar 2018. na raketi Ariane-5. Tim ne samo da se drži rasporeda, već im je preostalo devet mjeseci da obračunaju sve nepredviđene situacije kako bi osigurali da je sve spakovano i spremno za taj datum.
Teleskop James Webb se sastoji od 4 glavna dijela.
Optički blok
Uključuje sva ogledala, od kojih su osamnaest primarnih segmentiranih pozlaćenih ogledala najefikasniji. Oni će se koristiti za prikupljanje udaljene svjetlosti zvijezda i fokusiranje na instrumente za analizu. Sva ova ogledala su sada spremna i besprekorna, napravljena po planu. Jednom sastavljeni, bit će presavijeni u kompaktnu strukturu koja će biti lansirana na više od 1 milion km od Zemlje do L2 Lagrange tačke, a zatim će se automatski rasporediti i formirati strukturu saća koja će prikupljati svjetlost ultra dugog dometa u godinama koje dolaze. Ovo je zaista lijepa stvar i uspješan rezultat titanskih napora mnogih stručnjaka.
Bliska infracrvena kamera
Webb je opremljen sa četiri naučna instrumenta koji su 100% kompletni. Glavna kamera teleskopa je skoro IR kamera u rasponu od vidljive narandžaste svjetlosti do dubokog infracrvenog zračenja. On će pružiti neviđene slike najranijih zvijezda, najmlađih galaksija koje su još u procesu formiranja, mladih zvijezda Mliječnog puta i obližnjih galaksija, stotina novih objekata u Kajperovom pojasu. Ona jeoptimiziran za direktno snimanje planeta oko drugih zvijezda. Ovo će biti glavna kamera koju koristi većina posmatrača.
Bliski infracrveni spektrograf
Ovaj alat ne samo da razdvaja svjetlost na različite talasne dužine, već je u stanju da to uradi za više od 100 odvojenih objekata istovremeno! Ovaj instrument će biti univerzalni Webba spektrograf koji može raditi u 3 različita spektroskopska načina. Izgradila ga je Evropska svemirska agencija, ali mnoge komponente, uključujući detektore i bateriju sa više kapija, obezbedio je Centar za svemirske letove. Godard (NASA). Ovaj uređaj je testiran i spreman za ugradnju.
Srednji infracrveni instrument
Uređaj će se koristiti za širokopojasno snimanje, odnosno proizvodit će najimpresivnije slike sa svih Webb instrumenata. Sa naučnog stanovišta, to će biti najkorisnije u mjerenju protoplanetarnih diskova oko mladih zvijezda, mjerenju i slikanju objekata Kajperovog pojasa i prašine zagrijane svjetlosti zvijezda s neviđenom preciznošću. To će biti jedini instrument koji će biti kriogenski hlađen na 7 K. U poređenju sa svemirskim teleskopom Spitzer, ovo će poboljšati rezultate za faktor od 100.
Near-IR spektrograf bez proreza (NIRISS)
Uređaj će vam omogućiti da proizvedete:
- širokougaona spektroskopija u bliskim infracrvenim talasnim dužinama (1,0 - 2,5 µm);
- grism spektroskopija jednog objekta uvidljivi i infracrveni opseg (0,6 - 3,0 mikrona);
- interferometrija sa maskiranjem otvora na talasnim dužinama od 3,8 - 4,8 µm (gde se očekuju prve zvezde i galaksije);
- snimanje širokog dometa cijelog vidnog polja.
Ovaj instrument je kreirala Kanadska svemirska agencija. Nakon prolaska kroz kriogeno testiranje, biće spreman i za integraciju u odeljak za instrumente teleskopa.
Štit od sunca
Svemirski teleskopi još nisu opremljeni njima. Jedan od najzastrašujućih aspekata svakog lansiranja je korištenje potpuno novog materijala. Umjesto aktivnog hlađenja cijele svemirske letjelice jednokratnom potrošnom rashladnom tečnošću, teleskop James Webb koristi potpuno novu tehnologiju, 5-slojni štitnik od sunca koji će biti raspoređen da reflektuje sunčevo zračenje iz teleskopa. Pet 25-metarskih listova će biti spojeno titanijumskim šipkama i postavljeno nakon što se teleskop postavi. Zaštita je testirana 2008. i 2009. godine. Modeli u punoj veličini koji su učestvovali u laboratorijskim testovima uradili su sve što su trebali učiniti ovdje na Zemlji. Ovo je prekrasna inovacija.
To je takođe nevjerovatan koncept: ne samo blokirati sunčevu svjetlost i postaviti teleskop u sjenu, već to učiniti na način da se sva toplina zrači u suprotnom smjeru od orijentacije teleskopa. Svaki od pet slojeva u vakuumu svemira će postati hladan kako se udaljava od vanjskog, koji će biti nešto topliji od temperature.površina Zemlje - oko 350-360 K. Temperatura poslednjeg sloja bi trebalo da padne na 37-40 K, što je hladnije nego noću na površini Plutona.
Pored toga, poduzete su značajne mjere opreza za zaštitu od surovog okruženja dubokog svemira. Jedna od stvari o kojima treba brinuti su sićušni kamenčići veličine šljunka, zrnca pijeska, čestice prašine i još manje koje lete kroz međuplanetarni prostor brzinom od desetina ili čak stotina hiljada kilometara na sat. Ovi mikrometeoriti su sposobni napraviti male, mikroskopske rupe u svemu na što naiđu: svemirskim letjelicama, odijelima astronauta, ogledalima teleskopa i još mnogo toga. Ako ogledala dobiju samo udubljenja ili rupe, što malo smanjuje količinu dostupnog "dobrog svjetla", tada se solarni štit može pokidati od ruba do ruba, čineći cijeli sloj beskorisnim. Briljantna ideja je korištena za borbu protiv ovog fenomena.
Cijeli solarni štit je podijeljen na dijelove na način da ako postoji mali razmak u jednom, dva ili čak tri od njih, sloj se neće dalje pokidati, kao pukotina na vjetrobranskom staklu auto. Particioniranje će zadržati cijelu strukturu netaknutom, što je važno za sprječavanje degradacije.
Svemirski brod: montažni i kontrolni sistemi
Ovo je najčešća komponenta, kakvu imaju svi svemirski teleskopi i naučne misije. U JWST-u je jedinstven, ali i potpuno spreman. Sve što je preostalo generalnom izvođaču projekta, Northropu Grummanu, bilo je da završi štit, sastavi teleskop i testira ga. Mašina će biti spremna zalansiranje za 2 godine.
10 godina otkrića
Ako sve bude kako treba, čovječanstvo će biti na pragu velikih naučnih otkrića. Veo neutralnog gasa koji je do sada zaklanjao pogled na najranije zvezde i galaksije biće eliminisan infracrvenim mogućnostima Weba i njegovim ogromnim sjajem. Biće to najveći, najosetljiviji teleskop ikada napravljen, sa ogromnim opsegom talasnih dužina od 0,6 do 28 mikrona (ljudsko oko vidi 0,4 do 0,7 mikrona). Očekuje se da će pružiti deceniju posmatranja.
Prema NASA-i, život Webb misije će biti od 5,5 do 10 godina. Ograničen je količinom pogonskog goriva potrebnog za održavanje orbite i vijekom trajanja elektronike i opreme u surovim svemirskim uvjetima. Orbitalni teleskop James Webb nosit će gorivo za cijeli 10-godišnji period, a 6 mjeseci nakon lansiranja biće obavljeno testiranje podrške leta, što garantuje 5 godina naučnog rada.
Šta bi moglo poći po zlu?
Glavni ograničavajući faktor je količina goriva na brodu. Kada se završi, satelit će se udaljiti od L2 Lagrange tačke, ulazeći u haotičnu orbitu u neposrednoj blizini Zemlje.
Dođi sa ovim, mogu se desiti i drugi problemi:
- degradacija ogledala, koja će uticati na količinu sakupljene svjetlosti i stvoriti artefakte slike, ali neće oštetiti dalji rad teleskopa;
- otkaz dijela ili cijelog solarnog ekrana, što će dovesti do povećanjatemperaturu svemirske letjelice i suziti upotrebljiv raspon talasnih dužina na vrlo blizu infracrvene (2-3 µm);
- Kvar sistema za hlađenje instrumenta srednje IR, što ga čini neupotrebljivim, ali ne utiče na druge instrumente (0,6 do 6 µm).
Najteži test koji čeka teleskop James Webb je lansiranje i ubacivanje u datu orbitu. Ove situacije su testirane i uspješno završene.
Revolucija u nauci
Ako je teleskop James Webb u funkciji, biće dovoljno goriva da ga napaja od 2018. do 2028. godine. Osim toga, postoji potencijal za punjenje gorivom, što bi moglo produžiti vijek trajanja teleskopa za još jednu deceniju. Baš kao što Hubble radi već 25 godina, JWST bi mogao pružiti generaciju revolucionarne nauke. U oktobru 2018. godine lansirna raketa Ariane 5 lansiraće u orbitu budućnost astronomije, koja je, nakon više od 10 godina napornog rada, spremna da počne da daje plodove. Budućnost svemirskih teleskopa je skoro tu.
