James Webb rymdteleskop | |
---|---|
engelsk James Webb rymdteleskop | |
3D-modell av rymdteleskopet James Webb med komponenter fullt utplacerade | |
Organisation |
NASA ESA CSA |
Huvudentreprenörer |
Northrop Grumman Ball Aerospace |
Vågområde | 0,6–28 µm ( synliga och infraröda delar ) |
COSPAR ID | 2021-130A |
NSSDCA ID | 2021-130A |
SCN | 50463 |
Plats | Lagrangepunkt L 2 i sol-jord-systemet (1,5 miljoner km från jorden i motsatt riktning mot solen) |
Bantyp | halo omloppsbana |
Lanseringsdag | 25 december 2021 |
Lanseringsplats | ELA-3 [2] [3] |
Orbit launcher | Ariane-5 ECA [4] [3] |
Varaktighet | 10-20 år |
Vikt | 6161,42 kg [5] |
teleskop typ | reflekterande teleskop för Korsch-systemet [1] |
Diameter | 6,5 m [6] [7] och 0,74 m [8] |
Samlande yta |
ca 25 m² |
Brännvidd | 131,4 m |
vetenskapliga instrument | |
|
mellaninfrarött instrument |
|
nära infraröd kamera |
|
nära infraröd spektrograf |
|
finpekande sensor med nära infraröd bildkamera och slitsfri spektrograf |
Missions logotyp | |
Hemsida | webb.nasa.gov _ |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
James Webb Space Telescope ( JWST ) är ett orbitalt infrarött observatorium . Det största rymdteleskopet med den största spegeln (en segmenterad spegel med en total diameter på 6,5 meter , men den största monolitiska spegeln finns kvar vid Herschel- teleskopet - 3,5 meter ) som någonsin skjutits upp av mänskligheten [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] .
Det kallades ursprungligen " Nästa generations rymdteleskop" (NGST ) . 2002 döptes det om för att hedra den andra chefen för NASA, James Webb (1906-1992), som ledde byrån 1961-1968, under genomförandet av Apollo- programmet.
Det beslutades att göra den primära spegeln av teleskopet inte solid, utan från vikbara segment som kommer att öppnas i omloppsbana, eftersom diametern på den primära spegeln inte skulle tillåta den att placeras i Ariane -5 bärraket . James Webb-teleskopets primärspegel är segmenterad och består av 18 sexkantiga segment gjorda av guldpläterat beryllium , storleken på vart och ett av segmenten är 1,32 meter kant-till-kant, som tillsammans bildar en spegel med en total diameter på 6,5 meter [16] . Detta ger teleskopet ett ljusinsamlingsområde som är ungefär 5,6 gånger större än Hubble -teleskopspegeln med en diameter på 2,4 meter , med en uppsamlingsyta på 25,37 m2 jämfört med Hubbles 4,52 m2 . Till skillnad från Hubble, som observerar i det nära ultravioletta , synliga och nära infraröda ( 0,1–1,0 μm ) spektra, observerar James Webb-teleskopet i ett lägre frekvensområde, från synligt ljus med lång våglängd (rött) till medelinfrarött ( 0,6-28,3) mikron ). Detta gör att han kan observera de mest avlägsna objekten i universum, objekt med hög rödförskjutning (de första galaxerna och stjärnorna i universum) som är för gamla, svaga och långt borta för Hubble-teleskopet [17] [18] . Teleskopet är skyddat av en 5-lagers termisk skärm för att hålla temperaturen på spegeln och instrumenten under 50 K ( -223 °C ) så att teleskopet kan arbeta i infrarött och observera svaga infraröda signaler utan störningar från andra värmekällor . Därför placeras teleskopet i en gloria omloppsbana vid Lagrange-punkten L 2 i Sun-Earth-systemet, 1,5 miljoner km från jorden, där dess 5-lagers värmesköld, i form av en drake och storleken på en tennisbana , skyddar den från uppvärmning av solen, jorden och månen samtidigt [19] [20] . Att placera ett teleskop i rymden gör det möjligt att registrera elektromagnetisk strålning inom de områden där jordens atmosfär är ogenomskinlig; främst inom det infraröda området. På grund av frånvaron av atmosfärens inflytande är upplösningen hos teleskopet 7-10 gånger större än för ett liknande teleskop på jorden.
Projektet är resultatet av internationellt samarbete mellan 17 länder , ledda av NASA , med betydande bidrag från de europeiska och kanadensiska rymdorganisationerna.
Den beräknade kostnaden för projektet är 10 miljarder dollar (det kommer att växa med driften av teleskopet), varav bidraget från NASA uppskattas till 8,8 miljarder dollar, bidraget från Europeiska rymdorganisationen är 850 miljoner dollar, inklusive uppskjutning, bidraget från den kanadensiska rymdorganisationen är $165 miljoner [21] [ca. 1] .
Den 25 december 2021 lanserades teleskopet framgångsrikt från Kourou -uppskjutningsplatsen med hjälp av Ariane-5- raketen [22] . De första vetenskapliga studierna påbörjades sommaren 2022. Teleskopets livslängd begränsas huvudsakligen av mängden bränsle för manövrering runt punkten L 2 . Den ursprungliga beräkningen var 5-10 år . Men under lanseringen var det möjligt att göra en extremt framgångsrik manöver och den nuvarande bränsletillförseln är begränsad till 20 år, men alla enheter kan inte fungera så länge [23] .
Den 9 januari 2022 utplacerade teleskopet framgångsrikt alla sina system och gick in i ett fullt funktionsdugligt tillstånd, och den 24 januari 2022 gick det framgångsrikt in i en gloriabana vid Lagrange-punkten L 2 i Sun-Earth-systemet, 1,5 miljoner km från jorden [24] . Nedkylning till driftstemperatur tog flera veckor, och sedan påbörjades de slutliga kalibreringsprocedurerna i cirka 5 månader, möjligen inkluderande att ta emot det första ljuset från universum efter den " mörka medeltiden ", innan det planerade forskningsprogrammet påbörjades [25] [26] [27] .
Den 15 juni 2017 släppte NASA och ESA en lista över teleskopets första mål, inklusive över 2 100 observationer. De var planeter och små kroppar i solsystemet, exoplaneter och protoplanetära skivor, galaxer och galaxhopar, såväl som kvasarer [28] [29] .
Den 30 mars 2021 tillkännagav NASA den slutliga listan över primära mål för observationer, som kommer att börja 6 månader efter lanseringen av teleskopet. Totalt valdes 286 av mer än tusen ansökningar ut inom sju huvudområden inom astronomi, vilket totalt kommer att ta ungefär sex tusen timmars observationstid för teleskopet, vilket är ungefär två tredjedelar av den totala tiden som tilldelades i den första observationscykel [30] [31] . NASA kommer att få 80 % av teleskoptiden, medan EKA får 15 % [32] , CSA kommer att få 5 % [33] .
De primära målen för JWST är: att upptäcka ljuset från de första stjärnorna och galaxerna som bildades efter Big Bang , studera bildandet och utvecklingen av galaxer, stjärnor, planetsystem och livets ursprung. Dessutom kommer "James Webb" att kunna berätta om när och var återjoniseringen av universum började och vad som orsakade den [34] . "James Webb" måste ta reda på hur galaxerna såg ut under tidsperioden från 400 tusen år efter Big Bang till 400 miljoner år efter Big Bang, otillgängliga för konventionella teleskop, inte på grund av otillräcklig upplösning, utan på grund av Rödförskjutning , på grund av, inklusive dopplereffekten , som avleder den optiska strålningen från dessa objekt till det infraröda området.
Teleskopet kan upptäcka relativt kalla exoplaneter med yttemperaturer upp till 300 K (vilket är nästan samma som jordens yttemperatur) belägna längre än 12 AU. e. från sina stjärnor och långt från jorden på ett avstånd av upp till 15 ljusår . Dessutom kan "Webb" observera planeter med massor av cirka 0,3 Jupitermassor på avstånd över 100 AU. e. från moderstjärnan och med massor under Saturnus massa på avstånd över 10 AU. e. från moderstjärnan [35] . Mer än två dussin stjärnor närmast solen kommer att falla in i zonen för detaljerad observation. Tack vare JWST förväntas ett verkligt genombrott inom exoplanetologi - teleskopets kapacitet kommer att räcka för att upptäcka inte bara exoplaneterna själva, utan även satelliter och spektrallinjer av dessa planeter. Detta kommer att vara ouppnåeligt för något mark- och rymdteleskop fram till hösten 2027, då Extremely Large Telescope med en spegeldiameter på 39,3 m kommer att tas i drift [36] . Sökandet efter exoplaneter kommer också att använda data som erhållits av Kepler-teleskopet [37] sedan 2009. Teleskopets kapacitet kommer dock inte att räcka till för att avbilda de hittade exoplaneterna. En sådan möjlighet kommer inte att dyka upp förrän i mitten av 2030-talet om ett nytt rymdteleskop (till exempel LUVOIR eller HabEx ) skjuts upp.
Protoplanetära skivorListan över primära objekt för studier inkluderar 17 av de tjugo närmaste protoplanetära skivorna, bilder av vilka erhölls 2003 med Spitzer Space Telescope och 2018 av ALMA -radioteleskopkomplexet . Webb kommer att mäta spektra av protoplanetära skivor, vilket kommer att ge en uppfattning om deras kemiska sammansättning, samt komplettera detaljerna i den interna strukturen i systemet som tidigare observerats av ALMA-komplexet som en del av DSHARP-projektet (från engelska Diskunderstrukturer vid projekt med hög vinkelupplösning ). Forskare förväntar sig att det mellaninfraröda området, i vilket teleskopet (MIRI-instrumentet) kommer att fungera, kommer att göra det möjligt att identifiera aktivt bildande jordliknande steniga planeter i de inre delarna av protoplanetära skivor genom de karakteristiska kemiska grundämnen som de är sammansatta av . Mängden vatten, kolmonoxid, koldioxid, metan och ammoniak i varje skiva kommer att mätas, och med hjälp av spektroskopi kommer det att vara möjligt att uppskatta innehållet och placeringen inom skivan av syre, kol och kväve (detta är viktigt för att förstå om vatten är i en potentiellt beboelig zon där andra förhållanden är lämpliga för uppkomsten av liv) [38] .
Teleskopets infraröda instrument kommer att användas för att studera solsystemets vattenvärldar, Jupiters måne Europa och Saturnus måne Enceladus . NIRSpec - verktyget kommer att användas för att söka efter biosignaturer (metan, metanol, etan) i båda satelliternas gejsrar [39] .
NIRCam-verktyget kommer att kunna erhålla högupplösta bilder av Europa, som kommer att användas för att studera dess yta och söka efter regioner med gejsrar och hög geologisk aktivitet. Sammansättningen av inspelade gejsrar kommer att analyseras med hjälp av verktygen NIRSpec och MIRI. Data som erhålls från dessa studier kommer också att användas i Europa Clippers undersökning av Europa .
För Enceladus, på grund av dess avlägset läge och ringa storlek, kommer det inte att vara möjligt att få högupplösta bilder, men teleskopets kapacitet kommer att tillåta oss att analysera den molekylära sammansättningen av dess gejsrar.
Observationer planeras för Ceres , asteroiderna Pallas , Ryugu , trans-Neptuniska objekt , kentaurer och flera kometer.
År | Planerat lanseringsdatum |
Planerad budget (miljarder $ ) |
---|---|---|
1997 | 2007 [40] | 0,5 [40] |
1998 | 2007 [41] | 1 [42] |
1999 | 2007-2008 [43] | 1 [42] |
2000 | 2009 [44] | 1,8 [42] |
2002 | 2010 [45] | 2,5 [42] |
2003 | 2011 [46] | 2,5 [42] |
2005 | 2013 | 3 [47] |
2006 | 2014 | 4,5 [48] |
2008 | 2014 | 5.1 [49] |
2010 | tidigast i september 2015 | ≥6,5 [50] |
2011 | 2018 | 8,7 [51] |
2013 | 2018 | 8,8 [52] |
2017 | våren 2019 [53] | 8.8 |
2018 | tidigast i mars 2020 [54] | ≥8,8 |
2018 | 30 mars 2021 [55] | 9,66 [56] |
2020 | 31 oktober 2021 [57] [58] | ≥10 [56] [57] [59] |
2021 | 18 december 2021 | ≥10 |
2021 | 22 december 2021 [60] | ≥10 |
2021 | 24 december 2021 [61] | ≥10 |
2021 | 25 december 2021 [22] | ≥10 |
Idén om att bygga ett nytt kraftfullt rymdteleskop uppstod 1996, när amerikanska astronomer släppte rapporten HST and Beyond [62] [63] .
Fram till 2002 kallades teleskopet Next Generation Space Telescope ("New Generation Space Telescope", NGST), eftersom det nya instrumentet skulle fortsätta den forskning som påbörjats av Hubble. Under samma namn var teleskopet en del av Pentagon AMSD-komplexprojektet för att utveckla en segmenterad spegel för spanings- och lasernedslagssatelliter [64] . Militärens närvaro i ett rent vetenskapligt projekt hade en dålig effekt på projektets rykte, och NASA ville bryta den direkta kopplingen till AMSD:s militära program på namnnivå. Därför, 2002, när designen av teleskopet verkligen började skilja sig märkbart i designen av spegeln från andra motsvarigheter under AMSD-programmet [65] , beslutade NASA att döpa om teleskopet för att hedra den andre chefen för NASA, James Webb (1906-1992), som ledde byrån 1961-1968, under Apollo- programmet. Men det orsakade också en stor skandal i det amerikanska forskarsamhället, med mer än 1 200 rymdforskare och ingenjörer, inklusive kända forskare som Chanda Prescod-Weinstein , som skrev en petition som krävde att teleskopet skulle döpas om igen, som Webb är känd. för hans förföljelse av HBT- gemenskapen bland NASA-personal. Enligt författarna till petitionen förtjänar inte Webb ett "monument för homofobi ". Efter en het diskussion beslutade NASA:s ledning att behålla namnet, med hänsyn till dess bidrag till Apollo-programmet. Men bland amerikanska forskare använder många i protest endast det förkortade namnet JWST i sitt vetenskapliga arbete och gick med på att dechiffrera det på ett annat sätt: Just Wonderful Space Telescope ("bara ett underbart rymdteleskop") [66] .
Kostnaden och villkoren för projektet har upprepade gånger ökat. I juni 2011 blev det känt att kostnaden för teleskopet översteg de ursprungliga uppskattningarna med minst fyra gånger.
NASA:s budget som föreslogs i juli 2011 av kongressen krävde att finansieringen för konstruktionen av teleskopet skulle avslutas [67] på grund av dålig förvaltning och överskridande av programmets budget [68] [69] , men i september samma år reviderades budgeten och projektet behöll finansiering [70] . Det slutliga beslutet att fortsätta finansieringen togs av senaten den 1 november 2011.
2013 anslogs 626,7 miljoner dollar för konstruktionen av teleskopet .
Under våren 2018 hade kostnaden för projektet stigit till 9,66 miljarder dollar [56] .
Anledningarna till att placera teleskopet vid Lagrangepunkten L 2 är främst relaterade till avskärmningen av solen av jorden. Solens vinkelstorlek vid punkten L 2 är 0°31', och jordens vinkelstorlek är 0°29' [71] . Eftersom det mesta av solens strålning täcks av jorden är temperaturen på den yttre värmeskölden vid punkt L 2 ca +30°С, vilket är mindre än +200°С med full strålning från solen i början av rymden observatoriets flygning [72] .
Den andra anledningen till att vara vid punkt L2 är att jorden och månen alltid är bakom teleskopets värmesköld och inte kommer att befinna sig i den sektor av himlen där teleskopet utför forskning [73] .
En ytterligare fördel med att vara belägen vid punkt L2 är den extremt låga bränsleförbrukningen vid den tidpunkt då återlämnandet av enheten något avvikit från punkten L2 krävs. Den nuvarande tillgången på James Webb-bränsle är cirka 20 år [23] . Det finns dock ingen möjlighet att fylla på bränslereserverna vid punkt L2. Som jämförelse kräver rymdteleskopet Hubble en omloppskorrigering vart 5-10 år, annars kommer teleskopet att brinna upp i jordens atmosfär. Efter att ha tagit slut på bränsle kommer James Webb att gå in i sin egen bana runt solen [74] .
James Webb Space Telescopes värmesköld består av 5 lager Kapton , som vart och ett är belagt med aluminium och har en storlek på 21,1 gånger 14,6 meter . Skärmen behövs för att skydda observatoriets huvudspegel och vetenskapliga instrument från värmeflöden och kosmisk strålning. De två första "heta" skikten är belagda med dopat kisel. Simuleringen visar att den maximala temperaturen för det första lagret kommer att vara 383 Kelvin och den lägsta temperaturen för det sista lagret kommer att vara 36 Kelvin. Skärmutbyggnadsmekanismen har 90 dragkablar, såväl som installation av 107 sänkare som kommer att hålla kaptonlagren i rätt position fram till utplaceringen [75] .
Känsligheten hos ett teleskop och dess upplösningsförmåga är direkt relaterad till storleken på området på spegeln som samlar ljus från föremål. Forskare och ingenjörer har bestämt att den primära spegeln måste ha en minsta diameter på 6,5 meter för att kunna mäta ljus från de mest avlägsna galaxerna . Att helt enkelt göra en spegel som Hubble- teleskopet , men större, var oacceptabelt, eftersom dess massa skulle vara för stor för att skjuta upp ett teleskop i rymden. Ett team av forskare och ingenjörer behövde hitta en lösning så att den nya spegeln skulle ha 1/10 av massan av Hubble-teleskopspegeln per ytenhet [76] .
Inkludering av ett prototypteleskop i Pentagons projekt Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD)Programmet Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD) initierades för att skapa spegeln. AMSD-projektet var ett projekt med två syften. Detta projekt var att skapa segmenterad spegelteknik , som var avsedd för James Webb, avancerade infraröda spaningssatelliter och en laserfokuseringsspegel för den avancerade Space Based Laser (SBL) attacksatelliten [64] [76] [77]
Spegeln under AMSD-programmet innehöll följande tekniska komponenter [65] [64] [78] :
Segmenterade speglar är lättare och billigare än solida, men har en sådan nackdel som gap på flera millimeter mellan segmenten. Detta påverkar det faktum att diffraktionsgränsen för en segmenterad spegel bestäms inte bara av dess diameter, utan beror också på kvaliteten på eliminering av mikroskiftningar mellan kanterna på segmenten i olika riktningar, vilket i sin tur genererar en fasförskjutning och diffraktionseffekter . Den adaptiva optiken för segmenterade speglar är i första hand utformad för att minimera diffraktion från gap mellan segment genom att tydligt rikta in dem i samma plan och undertrycka diffraktion från fokusvariabiliteten hos olika segment [79] . James Webbs diffraktionsdistorsionsmodell efter justering med adaptiv optik visar att gapen mellan segmenten naturligtvis försämrar bildkvaliteten, men diffraktionen beror på spegelns dimensioner med 90 % , som i klassiska solida speglar [80] .
Diffraktionen hos ett teleskop beror också på våglängden. I det nära infraröda kommer upplösningen för James Webb att vara 0,03 bågsekunder [81] , i det avlägsna infraröda kommer James Webb att ha en upplösning ännu mindre än Hubble - 0,1 bågsekunder [82] . Hubble synliga ljusbilder är tillgängliga med en upplösning på 0,06 bågsekunder vid dess teoretiska gräns [83] .
Segmenterade speglar med adaptiv optik med samma massa och kostnad i jämförelse med en klassisk spegel ger en betydligt högre upplösning i samma våglängdsområde, samt ett ojämförligt högre bländarförhållande . Efter introduktionen av sådan teknik i amerikanska spaningssatelliter upphörde CIA att behöva klassisk optik, och det gav NASA två Hubble-kopieringsspeglar från KH-11- satelliterna , eftersom de inte längre behövs på grund av att tekniken är föråldrad [65] [ 84] . Prototypen av Pentagon infraröd spaningssatellit under AMSD-programmet baserad på samma spegelsegment som för James Webb tillverkades av samma entreprenörer ( Northrop Grumman och andra) och överfördes till US Naval Academy för praktisk utbildning av officerare i användningen av denna klass av infraröd spaning. Projektet genomfördes under ledning av biträdande chefen för National Office of Military Space Intelligence, armégeneral Ellen Pawlikowski [85] . James Webb är inte första gången samma spegelteknik har använts med amerikanska underrättelsesatelliter. Hubble - teleskopet användes för att testa en ny version av den större KH-11 (Keyhole) spaningssatellitspegel [86] . Tidningen Space Review , som analyserar Ellen Pawlikowskis projekt, noterade att i rymdteleskop reagerar allmänheten bara på vad Pentagon tillåter dem att veta, medan den nuvarande utvecklingen av rymdövervakningsteknik ligger långt före vad NASA tillåts rapportera till pressmeddelanden. Space Review noterar upplevelsen av Orion (Mentor) -satelliten , där en radioteleskopkonstruktion med mer än 100 meter i diameter är utplacerad i geostationär omloppsbana, vilket är storleksordningar mer komplicerat än James Webbs nedbrytningsmekanik. Experter noterar också att den amerikanska flottan, i sitt pressmeddelande om spaningsprototypen, rapporterar en hel del detaljer om den praktiska användningen av adaptiv optik med spegelförvrängning under påverkan av mikromekanik, vilket kan betyda att detta är en erfarenhet som inte erhållits från en stå, men från en satellit som verkar i omloppsbana. . Enligt experter kan detta tyda på att militära kloner av James Webb redan framgångsrikt har utplacerats i omloppsbana med mål som liknar SBIRS- spaningssystem , vilket var fallet med de första KH-11:orna som lanserades långt före uppskjutningen av Hubble [87] .
Den amerikanska regeringens militära sekretessregimer för James Webb har diskuterats flitigt i det vetenskapliga samfundet och mainstream-media. Scientific American publicerade en artikel 2014 om att det vetenskapliga samfundet uppriktigt sagt var förvånat över att rena akademiska forskare inte fick delta i ledningen av James Webb-projektet, vilket väckte frågor om balansen mellan vetenskapliga och militära mål för projektet. Projektledaren, chefen för vetenskapsuppdraget och chefen för astrofysik måste ha högsta säkerhetstillståndet i USA för topphemligt militärt material . Detta krävde faktiskt att den vetenskapliga riktningen av projektet inte skulle utföras av astrofysiker och vetenskapsmän, utan av ingenjörer med erfarenhet av utveckling av spionsatelliter . Den tidigare CIA-analytikern Allen Thomson noterade att även om NASA använder dubbla teknologier mycket ofta i vetenskapliga projekt, är ett sådant krav extremt ovanligt för NASA och indikerar att projektet skapas under överinseende av US National Space Intelligence Agency [88] [89] Under 2016 släppte NASA en James Webb-video där locket togs bort från baksidan av sekundärspegeln, vilket gjorde det möjligt att se mikromekaniken i dess justering, vilket gör att den kan roteras med en noggrannhet på 140 nanometer till slutpositionen det vill säga ungefär lika stor som HIV -viruset . Bilden av den adaptiva optikenheten var suddig, vilket uppmärksammades av journalister från Business Insider och bad NASA om ett förtydligande. Till vilket NASA officiellt meddelade att bilden är suddig på grund av det faktum att denna James Webb-enhet faller under regleringen av den amerikanska lagen om cirkulation av vapenteknologi ( ITAR ), det vill säga mikromekaniken hos James Webb-speglar är klassificeras som ett vapen enligt amerikansk lag [90] . Under 2017 erkände den amerikanska regeringen att James Webb-projektet reglerades av internationellt samarbete enligt lagstiftning som reglerar export av vapenteknologi, vilket gjorde det extremt svårt för icke-amerikanska deltagare i projektet. Därför togs James Webb 2017 bort från ITAR [91] .
AMSD-programmet är ett samarbete mellan NASA, US National Space Intelligence Agency och US Air Force . Baserat på AMSD-forskningen byggdes och testades två experimentella speglar. En av dem tillverkades av beryllium av Ball Aerospace & Technologies , den andra byggdes av Kodak (nu ITT ) av specialglas [92] .
En expertpanel testade båda speglarna för att avgöra hur bra de presterar, hur mycket de kostar och hur lätt (eller svårt) det skulle vara att bygga en spegel på 6,5 meter i full storlek. Experter rekommenderade berylliumspegeln för James Webb-teleskopet av flera skäl, varav en är att beryllium behåller sin form vid kryogena temperaturer. Dessutom var Ball Aerospace & Technologies lösning billigare eftersom den använde färre ställdon än konkurrenterna, vilket faktiskt minskade möjligheten att korrigera spegelformfel. Northrop Grumman valde bolllösningen på kostnads-nyttobasis och Goddard Space Flight Center godkände beslutet.
Även om Ball Aerospace & Technologies -lösningen bara har 4 ställdon, har den adaptiva optiska funktioner. De 3 ställdonen vid kanterna är egentligen 6 ställdon som är dubblerade och bildar ett "6D ställdon", det vill säga att varje ställdons huvud kan ta en oberoende position i ett plan vinkelrätt mot spegeln. Detta gör det möjligt för kant-bi-aktuatorerna att inte bara luta spegeln, utan att skjuta den framåt/bakåt, att rotera runt dess axel och även att flytta spegelns mittpunkt från segmentets mittpunkt i valfri riktning. Bi-aktuatorer kan deformera spegeln endast samtidigt med dess rörelse. Det centrala "3D-aktuatorn" är helt tillägnad adaptiv optik och styr segmentets krökning. Det gemensamma arbetet för alla ställdon överförs till 16 oberoende punkter för spegelns position och böjning. Det mekaniska ställdonet Ball har en stigning på 7 nanometer och en slaglängd på 21 millimeter. Vid "avparkering" av spegeln använder ställdonet först en grov rörelsemekanism, och sedan är en högprecisionsmekanism redan ansluten.
Som noterats ovan är detaljerna i mekaniken i James Webb sekundärspegeln klassificerade, men från publiceringen av ställdondesignern Robert Varden och NASAs pressmeddelande [93] vet vi att sekundärspegeln som helhet har en liknande struktur till resten av segmenten och styrs av 6 ställdon, det vill säga den har ingen krökningskorrigerare, utan endast positionerna [65] [94] .
Ball Aerospace & Technologies designade också om en sådan enhet för James Webb från dess militära utveckling som en fin styrspegel [95] . Denna adaptiva optikenhet är en spegel som kan roteras med en noggrannhet på cirka 1 nanograd till önskad vinkel [96] [97] . Enheten låter dig alltså ändra teleskopets synvinkel genom att skära av bildstorleken något i kanterna. Detta gör flera funktioner tillgängliga. Först och främst kan riktningen till observationsobjektet stabiliseras. Efter att ha vänt sig till ett nytt teleskopobjekt kan det finnas kvarvarande rotationer och de tas bort av denna enhet. Inte heller alla James Webb-instrument, som spektrometrar eller submatriser, kan arbeta över hela sitt synfält, och den finjusterande spegeln låter dig rikta dem mot ett nytt nära föremål utan att ändra teleskopets position.
Storleken på vart och ett av de 18 sexkantiga segmenten i spegeln är 1,32 meter från kant till kant, själva spegelns massa i varje segment är 20 kg och massan på hela segmentenheten (tillsammans med exakta positioneringsdrivningar etc.). ) väger 40 kg .
Mycket mindre är känt om observationsanordningarna som dockade till speglarna i AMSD-programmet. James Webb-instrumenten har dock troligen också rötter i anpassningen av militär teknik för vetenskapliga ändamål. En nyckelkomponent i James Webbs infraröda instrument, såsom arrayer och fotosensorer, tillverkas av Teledyne Technologies och Raytheon , som är huvudleverantörerna av militär infraröd optik till Pentagon med en liten volym civila order [98] [ 99] . NASA rapporterade också att James Webb använder "salt infraröd optik" av zinksulfid , litiumfluorid , bariumfluorid [100] . Salt infraröd optik är en ny generation av infraröd optik utvecklad av Raytheon , som jämfört med klassisk germanium IR-optik har en liten absorption av infraröd strålning, vilket gör det möjligt att observera mycket svaga föremål [101] [102] [103] . Raytheon skapade ursprungligen denna teknologi för mycket känsliga sökrobotar , i synnerhet för Javelin ATGM [104] . Den fredliga tillämpningen av denna teknik kommer att tillåta James Webb att observera mycket svaga föremål som exoplaneter.
ProduktionEn speciell typ av beryllium används för "Webb"-spegeln . Det är ett fint pulver. Pulvret placeras i en behållare av rostfritt stål och pressas till en platt form. Efter att stålbehållaren har tagits bort skärs en bit beryllium på mitten för att göra två spegelämnen med en diameter på cirka 1,3 meter . Varje spegelblank används för att skapa ett segment.
Spegelformningsprocessen börjar med att skära ut överskottsmaterialet på baksidan av berylliumämnet så att en fin räfflad struktur kvarstår. Framsidan av varje arbetsstycke är utjämnad, med hänsyn till segmentets position i en stor spegel.
Därefter slipas ytan på varje spegel för att ge en form nära den beräknade. Därefter slätas och poleras spegeln noggrant. Denna process upprepas tills formen på spegelsegmentet är nära ideal. Därefter kyls segmentet till en temperatur av -240 °C , och segmentets dimensioner mäts med hjälp av en laserinterferometer . Sedan genomgår spegeln, med hänsyn till den mottagna informationen, slutlig polering.
Efter avslutad bearbetning av segmentet täcks spegelns framsida med ett tunt lager av guld för att bättre reflektera infraröd strålning i området 0,6–29 µm [105] , och det färdiga segmentet testas igen för exponering för kryogena temperaturer [76] .
Utplaceringen av spegeln styrs av ett system med 132 separata drivenheter och motorer, som först bildar den av tre stora fragment, och sedan korrekt positionerar vart och ett av de 18 segmenten och ställer in dem till önskad krökning.
Den 28 augusti 2019 slutfördes monteringen av James Webb-teleskopet - för första gången kopplade specialister huvudspegeln till plattformen, som inkluderar en solskärm [106] [107] .
Försök10 juli 2017 - början på det sista testet av teleskopet för exponering för kryogena temperaturer med ett värde av 37 K vid Johnson Space Center i Houston , som varade i 100 dagar [108] .
Förutom tester i Houston genomgick fordonet en rad mekaniska tester vid Goddard Space Flight Center, som bekräftade att det kunde motstå uppskjutning i omloppsbana med hjälp av en tung bärraket.
I början av februari 2018 levererades gigantiska speglar och olika instrument till Northrop Grummans anläggning i Redondo Beach för den slutliga monteringen av teleskopet. Där pågick konstruktionen av teleskopets framdrivningsmodul och dess solskydd. När hela strukturen monterades, var den planerad att levereras med sjöfartyg från Kalifornien till Franska Guyana [109] .
JWST är utrustad med följande vetenskapliga instrument för rymdutforskning:
Den nära-infraröda kameran är huvudbildenheten i Webb och kommer att bestå av en rad kvicksilver-kadmium-tellur -detektorer [144] [145] . Driftsområdet för enheten är från 0,6 till 5 µm . Dess utveckling är anförtrodd åt University of Arizona och Lockheed Martin Center for Advanced Technology .
Enhetens uppgifter inkluderar:
Kameran är faktiskt ett helt komplex av olika enheter [81] :
En väsentlig poäng för att förstå att kameran inte tar bilder i kamerans vardagliga bemärkelse. Bilderna som är avsedda för allmänheten är en datormodell som erhålls genom att överlagra många bilder med olika filter ovanpå varandra och med att datorn städar upp diffraktionen så mycket som möjligt.
Den nära-infraröda spektrografen kommer att analysera spektrumet av källor, vilket kommer att ge information både om de fysiska egenskaperna hos de föremål som studeras (till exempel temperatur och massa) och om deras kemiska sammansättning. Instrumentet kan utföra medelupplösningsspektroskopi i våglängdsområdet 1-5 och lågupplöst 0,6-5 våglängdsområde [146] .
Många av föremålen som Webb ska studera avger så lite ljus att teleskopet behöver samla in ljus från dem i hundratals timmar för att analysera spektrumet. För att studera tusentals galaxer under 5 års teleskopdrift, designades spektrografen med förmågan att observera 100 objekt i ett himmelsområde på 3 × 3 bågminuter [146] samtidigt. För att göra detta utvecklade Goddards forskare och ingenjörer en ny mikroslutarteknik för att styra ljuset som kommer in i spektrografen .
Kärnan i tekniken, som gör det möjligt att erhålla 100 samtidiga spektra, ligger i ett mikroelektromekaniskt system som kallas en microshutter array . Mikroslutarcellerna i NIRSpec- spektrografen har lock som öppnas och stängs under påverkan av ett magnetfält. Varje 100 gånger 200 µm cell [147] styrs individuellt och kan vara öppen eller stängd, vilket ger eller, vice versa, blockerar en del av himlen för spektrografen .
Det är denna justerbarhet som gör att instrumentet kan utföra spektroskopi av så många objekt samtidigt. Eftersom objekten som ska undersökas av NIRSpec är långt borta och mörka, behöver instrumentet dämpa strålning från ljusare källor som är närmare. Microshutters fungerar på ett liknande sätt som hur människor kisar för att fokusera på ett objekt genom att blockera en oönskad ljuskälla. Enheten har redan utvecklats och testas för närvarande i Europa [148] .
Enheten för drift i mittområdet för infraröd strålning ( 5-28 ) består av en kamera med en sensor med en upplösning på 1024×1024 pixlar [149] och en spektrograf .
MIRI består av tre uppsättningar av arsenik - kiseldetektorer . Känsliga detektorer för denna enhet gör att du kan se rödförskjutningen av avlägsna galaxer , bildandet av nya stjärnor och svagt synliga kometer , såväl som objekt i Kuiperbältet . Kameramodulen ger möjlighet att fånga objekt i ett brett frekvensområde med ett stort synfält, och spektrografmodulen ger medelupplöst spektroskopi med ett mindre synfält, vilket gör att du kan få detaljerad fysisk data om avlägsna objekt.
Den nominella driftstemperaturen för MIRI är 7 K. Sådana temperaturer kan inte uppnås med endast ett passivt kylsystem. Istället sker kylningen i två steg: en pulsrörsförkylare kyler ner instrumentet till 18 K , sedan sänker en adiabatisk strypvärmeväxlare ( Joule-Thomson-effekten ) temperaturen ner till 7 K.
MIRI utvecklas av en grupp som kallas MIRI Consortium, bestående av forskare och ingenjörer från Europa, ett team från Jet Propulsion Laboratory i Kalifornien och forskare från ett antal amerikanska institutioner [150] .
Apparatens driftlägen är följande [151] .
En Fine Guidance Sensor ( FGS ) och en Near Infrared Imaging Device och en Slitless Spectrograph ( NIRISS ) kommer att förpackas tillsammans i Webb, men de är i huvudsak två olika enheter [152] [153] . Båda enheterna utvecklas av den kanadensiska rymdorganisationen och har redan fått smeknamnet "kanadensiska ögon" i analogi med den " kanadensiska handen ". Detta verktyg har redan integrerats med ISIM-ramverket i februari 2013.
Precision Guidance SensorFine Guidance Sensor ( FGS ) gör att Webb kan producera exakt vägledning så att den kan ta bilder av hög kvalitet.
FGS -kameran kan avbilda två intilliggande himmelregioner på 2,4×2,4 bågminuter vardera, samt läsa information 16 gånger per sekund från små grupper om 8×8 pixlar, vilket räcker för att hitta motsvarande referensstjärna med 95 procents sannolikhet när som helst på himlen, inklusive höga breddgrader.
Huvudfunktionerna i FGS inkluderar:
Under lanseringen av teleskopet kommer FGS också att rapportera avvikelser i utplaceringen av den primära spegeln.
Nära infraröd avbildningsenhet och spaltfri spektrografDen nära infraröda avbildningsenheten och den slitslösa spektrografen ( NIRISS ) fungerar i intervallet 0,8-5,0 och är ett specialiserat instrument med tre huvudlägen, som vart och ett arbetar med ett separat intervall.
NIRISS kommer att användas för att utföra följande vetenskapliga uppgifter:
Den 11 juli 2022 presenterade USA:s president Joe Biden i Vita huset den första bilden som tagits med det nya rymdteleskopet James Webb – en bild av galaxhopen SMACS 0723, belägen på ett avstånd av 4,6 miljarder ljusår. år från jorden [154] [155] . Redan den första officiella dagen för teleskopets drift, den 12 juli 2022, gjorde James Webb-teleskopet sensationella upptäckter. Så han upptäckte vatten på planeten WASP-96 b , som kretsade kring den gula dvärgen WASP-96 . Spektralanalys visade närvaron av vattenånga i den övre atmosfären av WASP-96 b, liksom förekomsten av moln och dimmasamlingar där [156] [155] . Han kunde också fånga de första bilderna av universum. Enheten, med hjälp av en sex meter lång spegel, lyckades fotografera ett kluster av galaxer vid 13 miljarder ljusår. år från solen. Av de andra nya upptäckterna av teleskopet - kollisionen av fem galaxer på en gång [157] [155] .
I juli 2022 upptäcktes galaxen GLASS-z13 , den äldsta galaxen som upptäcktes vid observationstillfället (rödförskjutning z = 13).
Den 25 augusti 2022 fick James Webb för första gången obestridliga bevis på förekomsten av koldioxid i atmosfären på en planet utanför solsystemet. Upptäckten gjordes samtidigt som man observerade gasjätten WASP-39 b, som kretsar kring en solliknande stjärna på ett avstånd av 750 ly. år från solen [158] .
Den 1 september 2022 tog James Webb bilder av en planet utanför solsystemet för första gången - det var gasjätten HIP 65426 b , som kretsade på ett avstånd av 92 AU. e. runt en stjärna av spektraltyp A2V HIP 65426, belägen i stjärnbilden Centaurus på ett avstånd av 385 sv. år från solen. Planeten har ingen stenig yta och är inte beboelig. Exoplaneten som sågs av teleskopet upptäcktes 2017 med hjälp av instrumenten från European Southern Observatory, en del av VLT- projektet i Chile [159] .
Den 8 september 2022 upptäckte James Webbs tre infraröda instrument, Near Infrared Camera (NIRCam), Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) och Near Infrared Camera (NIRCam), tusentals nya stjärnor i Tarantulanebulosan , lokaliserade 161 000 ljus -år från jorden i Galaxy Large Magellanic Cloud. De resulterande ramarna visar utsläpp från ett kluster av unga stjärnor, pelare med bildande protostjärnor, såväl som gasbubblor från individuella nyfödda stjärnor [160] .
![]() | |
---|---|
Foto, video och ljud | |
Ordböcker och uppslagsverk | |
I bibliografiska kataloger |
|
rymdteleskop | |
---|---|
Drift |
|
Planerad |
|
Föreslog | |
historisk |
|
Hibernation (uppdrag slutfört) |
|
Förlorat | |
Inställt | |
se även | |
Kategori |
exoplaneter | Projekt för att söka efter|||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Jord |
| ||||||||||
Plats |
| ||||||||||
se även Listor över exoplanetära system Historia om upptäckten av exoplaneter Metoder för att upptäcka exoplaneter |
NASA (NASA) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Politik och historia |
| ||||||
Program för automatiska enheter |
| ||||||
Bemannade flygprogram |
| ||||||
Separata uppdrag (bemannade och automatiska) |
| ||||||
Program för rymdkommunikation och navigering (SCaN) |
| ||||||
Kategorier och listor |
|
Europeiska rymdorganisationen | |||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||
|
kanadensiska rymdorganisationen | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Kanadensiska astronauter |
| ||||||
satelliter | |||||||
Annan rymdutrustning | |||||||
Entreprenörer | |||||||
Närstående statliga myndigheter | |||||||
Internationella partners | |||||||
Övrig |