Me çdo centimetër shtesë të hapjes, çdo sekondë shtesë të kohës së vëzhgimit dhe çdo atom shtesë të rrëmujës atmosferike të hequr nga fusha e shikimit të teleskopit, Universi mund të shihet më mirë, më i thellë dhe më i qartë.
25 vjet Hubble
Kur teleskopi Hubble filloi të funksionojë në vitin 1990, ai hapi një epokë të re në astronomi - hapësirë. Nuk kishte më luftë me atmosferën, nuk kishte më shqetësim për retë apo dridhjet elektromagnetike. Gjithçka që kërkohej ishte vendosja e satelitit në objektiv, stabilizimi i tij dhe grumbullimi i fotoneve. Brenda 25 viteve, teleskopët hapësinorë filluan të mbulonin të gjithë spektrin elektromagnetik, duke lejuar për herë të parë të shikonin universin në çdo gjatësi vale të dritës.
Por me rritjen e njohurive tona, po aq është rritur edhe kuptimi ynë për të panjohurën. Sa më larg të shikojmë në univers, aq më e thellë shohim të shkuarën: sasia e kufizuar e kohës që nga Big Bengu, e kombinuar me shpejtësinë e kufizuar të dritës, siguron një kufi për atë që ne mund të vëzhgojmë. Për më tepër, vetë zgjerimi i hapësirës funksionon kundër nesh duke shtrirë gjatësinë e valësdrita e yjeve ndërsa udhëton nëpër univers drejt syve tanë. Edhe teleskopi hapësinor Hubble, i cili na jep imazhin më të thellë dhe më befasues të universit që kemi zbuluar ndonjëherë, është i kufizuar në këtë drejtim.
Disavantazhet e Hubble
Hubble është një teleskop i mahnitshëm, por ka një sërë kufizimesh themelore:
- Vetëm 2,4 m në diametër, duke kufizuar rezolucionin e tij.
- Pavarësisht se është i mbuluar me materiale reflektuese, është vazhdimisht i ekspozuar ndaj rrezeve të diellit direkte, të cilat e ngrohin atë. Kjo do të thotë se për shkak të efekteve termike, nuk mund të vëzhgojë gjatësi vale të dritës më të mëdha se 1,6 μm.
- Kombinimi i hapjes së kufizuar dhe gjatësive valore ndaj të cilave është i ndjeshëm nënkupton që teleskopi mund të shohë galaktika jo më të vjetra se 500 milionë vjet.
Këto galaktika janë të bukura, të largëta dhe ekzistonin kur universi ishte vetëm rreth 4% e moshës së tij aktuale. Por dihet se yjet dhe galaktikat kanë ekzistuar edhe më herët.
Për ta parë këtë, teleskopi duhet të ketë një ndjeshmëri më të lartë. Kjo do të thotë lëvizje në gjatësi vale më të gjata dhe temperatura më të ulëta se Hubble. Kjo është arsyeja pse po ndërtohet teleskopi hapësinor James Webb.
Perspektivat për shkencë
Teleskopi Hapësinor James Webb (JWST) është projektuar për të kapërcyer pikërisht këto kufizime: me një diametër prej 6,5 m, teleskopi mbledh 7 herë më shumë dritë se Hubble. Ai hapetultra-spektroskopi me rezolucion të lartë nga 600 nm në 6 µm (4 herë gjatësia e valës që mund të shohë Hubble), për të bërë vëzhgime në rajonin me infra të kuqe të mesme të spektrit me ndjeshmëri më të lartë se kurrë më parë. JWST përdor ftohje pasive në temperaturën e sipërfaqes së Plutonit dhe është në gjendje të ftohë në mënyrë aktive instrumentet me infra të kuqe të mesme deri në 7K.
Ai do të lejojë:
- vëzhgoni galaktikat më të hershme të formuara ndonjëherë;
- shikoni përmes gazit neutral dhe hetoni yjet e parë dhe rijonizimin e universit;
- kryer analizën spektroskopike të yjeve të parë (popullsia III) të formuar pas Big Bengut;
- merr surpriza mahnitëse si zbulimi i vrimave të zeza dhe kuazareve më të hershme supermasive në univers.
Niveli i kërkimit shkencor i JWST është i ndryshëm nga asgjë në të kaluarën, kjo është arsyeja pse teleskopi u zgjodh si misioni kryesor i NASA-s i viteve 2010.
kryevepër shkencore
Nga pikëpamja teknike, teleskopi i ri James Webb është një vepër e vërtetë arti. Projekti ka bërë një rrugë të gjatë: ka pasur tejkalime buxhetore, vonesa në orar dhe rrezik për anulimin e projektit. Pas ndërhyrjes së kryesisë së re, gjithçka ndryshoi. Projekti papritmas funksionoi si orë, fondet u ndanë, gabimet, dështimet dhe problemet u morën parasysh dhe ekipi JWST filloi të përshtatejtë gjitha afatet, oraret dhe kornizat buxhetore. Nisja e pajisjes është planifikuar për në tetor 2018 në raketën Ariane-5. Ekipi jo vetëm që i përmbahet orarit, por i kanë mbetur edhe nëntë muaj për të llogaritur të gjitha rastet për t'u siguruar që gjithçka është e mbushur dhe gati për atë datë.
Teleskopi James Webb përbëhet nga 4 pjesë kryesore.
Bllok optik
Përfshin të gjitha pasqyrat, nga të cilat tetëmbëdhjetë pasqyrat kryesore të segmentuara të veshura me ar janë më efektivet. Ato do të përdoren për të mbledhur dritën e largët të yjeve dhe për ta përqendruar atë në instrumente për analizë. Të gjitha këto pasqyra tani janë gati dhe pa të meta, të bëra siç duhet. Pasi të montohen, ato do të palosen në një strukturë kompakte për t'u nisur më shumë se 1 milion km nga Toka në pikën L2 Lagrange dhe më pas do të vendosen automatikisht për të formuar një strukturë huall mj alti që do të mbledhë dritë me rreze ultra të gjatë për vitet në vijim. Kjo është një gjë vërtet e bukur dhe rezultat i suksesshëm i përpjekjeve titanike të shumë specialistëve.
Pranë kamerës infra të kuqe
Webb është i pajisur me katër instrumente shkencore që janë 100% të kompletuara. Kamera kryesore e teleskopit është një kamerë afër IR, që varion nga drita e dukshme portokalli në infra të kuqe të thellë. Ai do të sigurojë imazhe të paprecedentë të yjeve më të hershëm, galaktikave më të reja ende në proces formimi, yjeve të rinj të Rrugës së Qumështit dhe galaktikave aty pranë, qindra objekteve të reja në rripin Kuiper. Ajo ështëi optimizuar për imazhe direkte të planetëve rreth yjeve të tjerë. Kjo do të jetë kamera kryesore e përdorur nga shumica e vëzhguesve.
Afër spektrografit infra të kuqe
Ky mjet jo vetëm që ndan dritën në gjatësi vale të veçanta, por është në gjendje ta bëjë këtë për më shumë se 100 objekte të veçanta në të njëjtën kohë! Ky instrument do të jetë një spektrograf universal Webba i aftë të funksionojë në 3 mënyra të ndryshme spektroskopie. Ai u ndërtua nga Agjencia Evropiane e Hapësirës, por shumë komponentë, duke përfshirë detektorë dhe një bateri me shumë porta, u siguruan nga Qendra e Fluturimit Hapësinor. Goddard (NASA). Kjo pajisje është testuar dhe është gati për t'u instaluar.
Instrument me infra të kuqe të mesme
Pajisja do të përdoret për imazhe me brez të gjerë, domethënë do të prodhojë imazhet më mbresëlënëse nga të gjitha instrumentet Webb. Nga pikëpamja shkencore, do të jetë më e dobishme në matjen e disqeve protoplanetare rreth yjeve të rinj, matjen dhe imazhin e objekteve të rripit Kuiper dhe pluhurit të ndezur nga drita e yjeve me një saktësi të paparë. Ai do të jetë i vetmi instrument që do të ftohet në mënyrë kriogjenike në 7 K. Krahasuar me teleskopin hapësinor Spitzer, kjo do të përmirësojë rezultatet me një faktor prej 100.
Spektografi afër IR pa çarje (NIRISS)
Pajisja do t'ju lejojë të prodhoni:
- spektroskopi me kënd të gjerë në gjatësi vale afër infra të kuqe (1,0 - 2,5 μm);
- spektroskopia gristike e një objekti nëdiapazoni i dukshëm dhe infra të kuqe (0,6 - 3,0 mikron);
- interferometria e maskimit të hapjes në gjatësi vale 3,8 - 4,8 μm (ku priten yjet dhe galaktikat e para);
- xhirim me rreze të gjerë të gjithë fushës së shikimit.
Ky instrument u krijua nga Agjencia Kanadeze e Hapësirës. Pas kalimit të testit kriogjenik, ai do të jetë gjithashtu gati për t'u integruar në ndarjen e instrumenteve të teleskopit.
Mburoja e diellit
Teleskopët hapësinorë nuk janë pajisur ende me to. Një nga aspektet më frikësuese të çdo nisjeje është përdorimi i materialit krejtësisht të ri. Në vend të ftohjes aktive të të gjithë anijes kozmike me një ftohës të konsumueshëm një herë, teleskopi James Webb përdor një teknologji krejtësisht të re, një mbrojtje dielli me 5 shtresa që do të vendoset për të reflektuar rrezatimin diellor nga teleskopi. Pesë fletë 25 metra do të lidhen me shufra titani dhe do të instalohen pasi të vendoset teleskopi. Mbrojtja u testua në 2008 dhe 2009. Modelet në shkallë të plotë që morën pjesë në testet laboratorike bënë gjithçka që duhej të bënin këtu në Tokë. Kjo është një risi e bukur.
Është gjithashtu një koncept i jashtëzakonshëm: jo vetëm të bllokosh dritën nga Dielli dhe ta vendosësh teleskopin në hije, por ta bësh në atë mënyrë që e gjithë nxehtësia të rrezatohet në drejtim të kundërt të orientimit të teleskopit. Secila nga pesë shtresat në vakum të hapësirës do të bëhet e ftohtë ndërsa largohet nga pjesa e jashtme, e cila do të jetë pak më e ngrohtë se temperatura.sipërfaqja e Tokës - rreth 350-360 K. Temperatura e shtresës së fundit duhet të bjerë në 37-40 K, që është më e ftohtë se natën në sipërfaqen e Plutonit.
Përveç kësaj, janë marrë masa paraprake të rëndësishme për t'u mbrojtur nga mjedisi i ashpër i hapësirës së thellë. Një nga gjërat për t'u shqetësuar këtu janë guralecët e vegjël me madhësi guraleci, kokrra rëre, njolla pluhuri dhe madje edhe më të vogla që fluturojnë nëpër hapësirën ndërplanetare me shpejtësi dhjetëra apo edhe qindra mijëra kilometra në orë. Këta mikrometeorë janë të aftë të bëjnë vrima të vogla mikroskopike në gjithçka që hasin: anije kozmike, kostume astronautësh, pasqyra teleskopi dhe më shumë. Nëse pasqyrat marrin vetëm gërvishtje ose vrima, gjë që pakëson sasinë e "dritës së mirë" të disponueshme, atëherë mburoja diellore mund të shqitet nga skaji në skaj, duke e bërë të gjithë shtresën të padobishme. Një ide e shkëlqyer u përdor për të luftuar këtë fenomen.
E gjithë mburoja diellore është ndarë në seksione në atë mënyrë që nëse ka një boshllëk të vogël në një, dy apo edhe tre prej tyre, shtresa nuk do të çahet më tej, si një çarje në xhamin e përparmë të një makinë. Ndarja do ta mbajë të paprekur të gjithë strukturën, gjë që është e rëndësishme për të parandaluar degradimin.
Anija kozmike: sistemet e montimit dhe kontrollit
Ky është komponenti më i zakonshëm, siç kanë të gjithë teleskopët hapësinorë dhe misionet shkencore. Në JWST, është unik, por edhe plotësisht i gatshëm. Gjithçka që i mbetej kontraktorit të përgjithshëm të projektit, Northrop Grumman, ishte të përfundonte mburojën, të mblidhte teleskopin dhe ta testonte atë. Makina do të jetë gati përlëshohet në 2 vjet.
10 vjet zbulim
Nëse gjithçka shkon siç duhet, njerëzimi do të jetë në pragun e zbulimeve të mëdha shkencore. Velloja e gazit neutral që deri më tani ka errësuar pamjen e yjeve dhe galaktikave më të hershme do të eliminohet nga aftësitë infra të kuqe të Webb-it dhe shkëlqimi i tij i madh. Do të jetë teleskopi më i madh, më i ndjeshëm i ndërtuar ndonjëherë, me një gamë të madhe gjatësi vale prej 0,6 deri në 28 mikron (syri i njeriut sheh 0,4 deri në 0,7 mikron). Pritet të sigurojë një dekadë vëzhgimesh.
Sipas NASA-s, jeta e misionit Webb do të jetë nga 5.5 në 10 vjet. Ai kufizohet nga sasia e shtytësit të nevojshëm për të ruajtur orbitën dhe jetëgjatësia e elektronikës dhe pajisjeve në mjedisin e ashpër të hapësirës. Teleskopi orbital James Webb do të mbajë karburant për të gjithë periudhën 10-vjeçare dhe 6 muaj pas nisjes do të kryhet testimi i mbështetjes së fluturimit, i cili garanton 5 vjet punë shkencore.
Çfarë mund të shkojë keq?
Faktori kryesor kufizues është sasia e karburantit në bord. Kur të përfundojë, sateliti do të largohet nga pika L2 Lagrange, duke hyrë në një orbitë kaotike në afërsi të Tokës.
Ejani me këtë, mund të ndodhin telashe të tjera:
- degradimi i pasqyrave, i cili do të ndikojë në sasinë e dritës së mbledhur dhe do të krijojë artefakte imazhi, por nuk do të dëmtojë funksionimin e mëtejshëm të teleskopit;
- dështim i një pjese ose të gjithë ekranit diellor, i cili do të çojë në një rritjetemperatura e anijes kozmike dhe ngushtimi i intervalit të gjatësisë së valës së përdorshme në infra të kuqe shumë afër (2-3 μm);
- Dështimi i sistemit të ftohjes së instrumentit me IR të mesëm, duke e bërë atë të papërdorshëm, por nuk ndikon në instrumentet e tjera (0,6 deri në 6 μm).
Testi më i vështirë që pret teleskopin James Webb është nisja dhe futja në një orbitë të caktuar. Këto situata u testuan dhe u përfunduan me sukses.
Revolucioni në shkencë
Nëse teleskopi James Webb është funksional, do të ketë karburant të mjaftueshëm për ta fuqizuar atë nga 2018 deri në 2028. Përveç kësaj, ekziston potenciali për karburant, i cili mund të zgjasë jetën e teleskopit me një dekadë tjetër. Ashtu si Hubble ka qenë në funksion për 25 vjet, JWST mund të sigurojë një gjeneratë të shkencës revolucionare. Në tetor 2018, mjeti lëshues Ariane 5 do të nisë në orbitë të ardhmen e astronomisë, e cila, pas më shumë se 10 vitesh punë të palodhur, është gati të fillojë të japë fryte. E ardhmja e teleskopëve hapësinorë është pothuajse këtu.
