I slutet av året kommer National Aeronautics and Space Administration (NASA) i USA att göra en stor gåva till astronomer genom att skjuta upp det kraftfullaste rymdteleskopet som någonsin skapats av människan. Det bär namnet “James Webb Space Telescope” och ska inte bara ersätta Hubble-teleskopet, som har varit i omloppsbana i mer än 30 år, utan också helt förändra hur människor studerar rymden.
En av de viktigaste egenskaperna hos JWST är att den har den största spegeln av alla teleskop som skjuts upp i rymden – dess diameter är 6,5 meter. Eftersom en spegel med denna diameter är problematisk att passa in i en raket, gjordes den komposit. I början kommer det att vara i ett vikt tillstånd, och efter att ha förts till noll gravitation kommer det att sönderdelas. Teleskopets huvuduppgift är att samla in infraröd elektromagnetisk strålning från avlägsna stjärnor och galaxer i universum, vilket gör det möjligt för forskare att titta in i det förflutna och få en uppfattning om några objekt som bildades omedelbart efter Big Bang. Dessutom kommer den att användas för att söka efter utomjordiskt liv, observera supermassiva svarta hål och mer.
JWST-teleskopspegeltestningsprocess / Bildkälla: Northrop Grumman
NASA har arbetat med JWST i nästan tre decennier, och till och med att få den till startrampen tog lång tid. Nu är teleskopet redo att skjutas upp i rymden med hjälp av bärraketen Arianespace Ariane 5, som är planerad att skjutas upp den 25 december och kommer att vara värd för Kourou-uppskjutningsplatsen i Franska Guyana. Startfönstret är markerat mellan 15:20 och 15:52 Moskva-tid. I slutändan kommer teleskopet att placeras i en gloriabana vid Lagrange-punkten L₂ i Sun-Earth-systemet, där det kommer att bli ett otroligt kraftfullt verktyg i händerna på astronomer under de kommande 5-10 åren.
Imponerande prestanda
Det första att veta om James Webb-teleskopet är att det är enormt. Den har en spegel med en diameter på 6,5 meter med en samlingsyta på 25 m². Som jämförelse har “Hubbles” utrustning en spegel med en diameter på 2,4 meter med en uppsamlingsyta på 4,5 m². På grund av en så massiv spegel blir det nya teleskopet tio gånger känsligare och kommer att kunna upptäcka mycket svagare elektromagnetisk strålning. Teleskopspegeln består av 18 sexkantiga berylliumsegment, var och en ungefär lika stor som ett soffbord.
För att fungera måste alla segment vara perfekt inriktade och röra sig så exakt att felet bara är 0,0001 gånger diametern på ett människohår. Detta innebär att när de är utfällda bildar 18 segment en enda spegel med en nästan plan yta. Alla segment är täckta med ett lager av guld, som är cirka 200 gånger tunnare än ett människohår. Det är guld som hjälper teleskopet att upptäcka strålning i det infraröda området.
När universum expanderar accelererar objekt längst bort från jorden betydligt snabbare än de som är närmare vår planet. Ju snabbare denna acceleration sker, desto mer förskjuts ljuset från avlägsna objekt från den synliga delen av spektrumet mot det infraröda. Den guldpläterade spegeln gör det möjligt för JWST att upptäcka elektromagnetisk strålning från galaxer så långt som 13,6 miljarder ljusår från jorden. Det är denna funktion som kommer att hjälpa teleskopet att bli ett fönster in i det förflutna. Man tror att universum är cirka 13,8 miljarder år gammalt, vilket betyder att teleskopet kommer att kunna registrera strålningen från objekt som bildades bara 100-250 miljoner år efter Big Bang.
Infraröd observation är mycket svårt eftersom det är förknippat med värmen som strålar ut från alla föremål vars temperatur är över absolut noll. På grund av detta kan JWST inte kretsa runt jorden eller dess yta. Värmen som utstrålas från planeten tillåter inte exakta observationer. Inte ens teleskopet självt behöver generera överskottsvärmeenergi för att observationsresultaten ska vara tillräckligt exakta. Därför kommer han att åka på en lång resa och arbeta, befinna sig vid Lagrange-punkten L₂ på ett avstånd av mer än 1,5 miljoner km från jorden i motsatt riktning från solen. På grund av detta kommer rymdfarkosten att ständigt kunna upprätthålla balans med avseende på tyngdkrafterna och vara ungefär på samma avstånd från vår planet.
Ovikt solkräm / Bildkälla: Northrop Grumman
Märkligt nog, även på ett så stort avstånd, är värme från solen fortfarande ett problem, så ett solskydd ingår i designen. Den är bildad av fem ultratunna lager av ett speciellt material som kommer att reflektera det mesta av värmen och värms upp till 110 ° C. Samtidigt kommer den sida som den vetenskapliga utrustningen är placerad på att hålla temperaturen i området för -190 C°.
Svår historia
JWST-teleskopets resa till uppskjutningsplatsen har varit lång och mödosam. Efter mycket debatt om hur Hubble-mottagaren skulle se ut, beslutade NASA 1996 att bygga ett infrarött rymdteleskop med en spegel med en diameter på 4 meter. Dan Goldin, som vid den tiden var chef för NASA, ansåg dock att en spegel med en diameter på 4 meter inte skulle räcka och uppmanade till att dess storlek skulle fördubblas. Detta beslut gjorde utvecklingen mycket svårare, eftersom en så massiv spegel innebar att teleskopet måste skjutas upp från jorden i ett vikt tillstånd. Den största svårigheten var att den teknik som behövdes för att placera ut ett teleskop i rymden och exakt rikta in speglar helt enkelt inte fanns vid den tiden.
Ett annat hinder för utvecklingen av James Webb-teleskopet var dess kostnad. Inledningsvis förväntade sig NASA att skjuta upp teleskopet i rymden mellan 2007 och 2011 och spendera från 1 till 3,5 miljarder dollar på hela projektet. Under decennierna har lanseringsdatumet för teleskopet skjutits upp flera gånger, och kostnaden för dess utveckling har växt stadigt. Amerikanska lagstiftare föreslog till och med att helt inskränka projektet, men 2011 ändrade NASA uppdraget och den amerikanska kongressen gick med på att fortsätta finansiera det och satte en budgetgräns för JWST:s hela livslängd på 8,8 miljarder dollar. Samtidigt , tillkännagavs att teleskopet skulle gå ut i rymden 2018 år.
JWST-teleskopets placering i förhållande till solen och jorden / Bildkälla: The Verge
När ingenjörer började montera och testa teleskopsystemen innan de förberedde sig för uppskjutning uppstod många problem. Under kryogen- och vibrationstester lossnade några av bultarna i teleskopstrukturen, några av ventilerna misslyckades och sprickor uppstod på solskyddet. Detta ledde till att teleskopet skickades tillbaka för ytterligare en revision. I slutändan, 2018, satte NASA den slutliga kostnaden för uppdraget till 9,7 miljarder dollar och tillkännagav att lanseringen skulle skjutas upp till ett senare datum.
Först i år gick JWST igenom det sista steget av den nödvändiga utbildningen och levererades till Kuru Cosmodrome i oktober. Allt gick dock inte smidigt här heller. Uppskjutningen av teleskopet var ursprungligen tänkt att ske den 18 december, men sedan dess har det skjutits upp två gånger på grund av kommunikationsproblem och dåligt väder i uppdragsområdet. Inte överraskande är NASA ovilliga att riskera uppskjutning, eftersom detta teleskop tog så lång tid att bygga och kostade så mycket.
Start är bara början
Enligt den information som finns tillgänglig för tillfället kommer uppskjutningen av Ariane 5-raketen med JWST-teleskopet att äga rum den 25 december klockan 7:20 lokal tid (15:20 Moskva-tid). Om det inte finns några problem under starten, då (en term som myntats av NASA för att beskriva den komplexa processen att distribuera ett teleskop). JWST kommer gradvis att bringas i fungerande skick när den reser till sin plats 1,5 miljoner km från jorden.
Det första han måste göra efter att ha lossat från raketen är att placera ut solpanelen och börja samla in energi, vilket är nödvändigt för att driva alla system. Nästa dag kommer han att placera ut en högförstärkningsantenn som kommer att användas för att kommunicera med jorden. Det kommer att ta ytterligare några dagar att använda solskyddet, och efter det börjar dockningen av spegelelementen. Hela distributionsprocessen kommer att ta cirka två veckor, varefter det fortfarande tar ungefär lika lång tid att flyga till sin destination. Mindre än en månad efter starten kommer teleskopet, i slutskedet av resan, att använda motorerna ombord för att ta den slutliga positionen vid Lagrange-punkten L₂.
Om allt går enligt planerna kommer NASA att ha ett otroligt skarpsynt instrument för att observera universum. Observera att efter att ha anlänt till slutpunkten kommer teleskopet att ta lite tid att svalna, och sedan kommer NASA-ingenjörer att kontrollera dess instrument och system i flera månader till för att se till att de fungerar. Om uppdraget lyckas kommer de första hisnande bilderna att skickas av James Webb-teleskopet sommaren 2022.
Om du upptäcker ett fel, välj det med musen och tryck på CTRL + ENTER.
