САЩ забавиха с цяла година изстрелването на телескопа "Джеймс Уеб". Как ще работи космическият телескоп Джеймс Уеб? Кога ще стартира телескопът Джеймс Уеб?
С всеки допълнителен сантиметър бленда, всяка допълнителна секунда време за наблюдение и всеки допълнителен атом атмосферен шум, премахнат от зрителното поле на телескопа, Вселената ще се вижда по-добре, по-дълбоко и по-ясно.
25 години Хъбъл
Когато телескопът Хъбъл започна работа през 1990 г., той постави началото на нова ера в астрономията - космическата ера. Вече нямаше нужда да се борим с атмосферата, да се тревожим за облаци или електромагнитно трептене. Всичко, което се изискваше, беше да се обърне сателитът към целта, да се стабилизира и да се съберат фотони. В рамките на 25 години космическите телескопи започнаха да обхващат целия електромагнитен спектър, позволявайки за първи път Вселената да бъде наблюдавана при всяка дължина на вълната на светлината.
Но с нарастването на знанията ни се увеличава и разбирането ни за неизвестното. Колкото по-навътре се вглеждаме във Вселената, толкова по-назад виждаме: ограничен период от време след Големия взрив, съчетан с крайната скорост на светлината, предоставя ограничение на това, което можем да наблюдаваме. Освен това, самото разширяване на пространството работи срещу нас, разтягайки звездите, докато пътува през Вселената към очите ни. Дори космическият телескоп Хъбъл, който ни дава най-дълбокото, най-зрелищното изображение на Вселената, което някога сме откривали, е ограничен в това отношение.
Недостатъци на Хъбъл
Хъбъл е невероятен телескоп, но има редица основни ограничения:
- Само 2,4 м в диаметър, което го ограничава
- Въпреки че е покрит със светлоотразителни материали, той е постоянно изложен на пряка слънчева светлина, която го нагрява. Това означава, че поради термични ефекти не може да наблюдава дължини на светлинните вълни, по-големи от 1,6 микрона.
- Комбинацията от неговата ограничена бленда и дължините на вълните, към които е чувствителен, означава, че телескопът може да види галактики, не по-стари от 500 милиона години.
Тези галактики са красиви, далечни и са съществували, когато Вселената е била само на около 4% от сегашната си възраст. Но е известно, че звездите и галактиките са съществували още по-рано.
За да видите, трябва да имате по-висока чувствителност. Това означава преминаване към по-дълги дължини на вълните и по-ниски температури от Хъбъл. Ето защо се създава космическият телескоп Джеймс Уеб.
Перспективи за науката
Космическият телескоп Джеймс Уеб (JWST) е проектиран да преодолее точно тези ограничения: с диаметър от 6,5 м, телескопът може да събере 7 пъти повече светлина от Хъбъл. Той отваря възможността за ултраспектроскопия с висока разделителна способност от 600 nm до 6 микрона (4 пъти дължината на вълната, която Хъбъл може да види), правейки наблюдения в средната инфрачервена област на спектъра с по-висока чувствителност от всякога. JWST използва пасивно охлаждане до температурата на повърхността на Плутон и е в състояние активно да охлажда средно инфрачервени инструменти до 7 K. Телескопът James Webb ще даде възможност на науката да се прави така, както никой не е правил досега.
Тя ще позволи:
- наблюдавайте най-ранните галактики, формирани някога;
- виждат през неутрален газ и изследват първите звезди и рейонизацията на Вселената;
- проведе спектроскопски анализ на първите звезди (популация III), образувани след Големия взрив;
- получете невероятни изненади като откриването на най-ранните квазари във Вселената.
Нивото на научни изследвания на JWST е различно от всичко в миналото, поради което телескопът беше избран за водеща мисия на НАСА през 2010 г.
Научен шедьовър
От техническа гледна точка новият телескоп James Webb е истинско произведение на изкуството. Проектът беше извървял дълъг път: имаше надхвърляне на бюджета, закъснения в графика и опасност проектът да бъде отменен. След намесата на новото ръководство всичко се промени. Проектът внезапно заработи като часовник, средства бяха разпределени, грешките, неуспехите и проблемите бяха взети под внимание и екипът на JWST започна да спазва всички срокове, графици и бюджетни ограничения. Изстрелването на устройството е планирано за октомври 2018 г. с ракета Ariane 5. Екипът не само следва график, но има девет месеца, за да отчете всякакви непредвидени обстоятелства, за да гарантира, че всичко е сглобено и готово до тази дата.
Телескопът James Webb се състои от 4 основни части.
Оптичен блок
Включва всички огледала, от които най-ефективни са осемнадесетте основни сегментирани позлатени огледала. Те ще се използват за събиране на далечна звездна светлина и фокусирането й върху инструменти за анализ. Всички тези огледала вече са завършени и безупречни, направени точно по график. Веднъж сглобени, те ще бъдат сгънати в компактна структура, която ще бъде изстреляна на повече от 1 милион километра от Земята до точката на Лагранж L2, и след това автоматично ще се разгънат, за да образуват структура от пчелна пита, която ще събира свръхсилна светлина в продължение на много години напред. Това е наистина красиво нещо и успешен резултат от титаничните усилия на много специалисти.
Близка инфрачервена камера
Webb е оборудван с четири научни инструмента, които са 100% готови. Основната камера на телескопа е близка инфрачервена камера, варираща от видима оранжева светлина до дълбока инфрачервена светлина. Той ще осигури безпрецедентни изображения на най-ранните звезди, най-младите галактики, които все още са в процес на формиране, млади звезди в Млечния път и близките галактики и стотици нови обекти в пояса на Кайпер. Той е оптимизиран за директно изобразяване на планети около други звезди. Това ще бъде основната камера, използвана от повечето наблюдатели.
Близък инфрачервен спектрограф
Този инструмент не само разделя светлината на отделни дължини на вълната, но е в състояние да прави това за над 100 отделни обекта едновременно! Това устройство ще бъде универсален спектрограф "Webba", който може да работи в 3 различни режима на спектроскопия. Той беше построен, но много от компонентите, включително детекторите и многопорталната батерия, бяха предоставени от Центъра за космически полети. Годард (НАСА). Това устройство е тествано и е готово за монтаж.
Среден инфрачервен инструмент
Инструментът ще се използва за широколентови изображения, което означава, че ще произвежда най-впечатляващите изображения от всички инструменти на Webb. От научна гледна точка, той ще бъде най-полезен при измерване на протопланетни дискове около млади звезди, измерване и изобразяване с безпрецедентна прецизност на обекти от пояса на Кайпер и прах, нагрят от звездна светлина. Това ще бъде единственият инструмент с криогенно охлаждане до 7 K. В сравнение с космическия телескоп Spitzer това ще подобри резултатите 100 пъти.
Близко инфрачервен спектрограф без прорези (NIRISS)
Устройството ще ви позволи да произвеждате:
- широкоъгълна спектроскопия в близката инфрачервена област на дължината на вълната (1.0 - 2.5 µm);
- гризма спектроскопия на един обект във видимия и инфрачервения диапазон (0,6 - 3,0 микрона);
- апертурно-маскираща интерферометрия при дължини на вълните 3,8 - 4,8 микрона (където се очакват първите звезди и галактики);
- широкообхватна фотография на цялото зрително поле.
Този инструмент е създаден от Канадската космическа агенция. След преминаване на криогенни тестове, той също ще бъде готов за интегриране в инструменталното отделение на телескопа.
Слънцезащитен уред
Космическите телескопи все още не са оборудвани с тях. Един от най-плашещите аспекти на всяко стартиране е използването на изцяло нов материал. Вместо активно охлаждане на целия космически кораб с охлаждаща течност за еднократна употреба, телескопът James Webb използва изцяло нова технология - 5-слоен слънчев щит, който ще бъде разположен, за да отразява слънчевата радиация далеч от телескопа. Пет 25-метрови листа ще бъдат свързани с титанови пръти и монтирани след разгръщането на телескопа. Защитата е тествана през 2008 и 2009 г. Моделите в пълен мащаб, тествани в лабораторията, постигнаха всичко, което трябваше да направят тук, на Земята. Това е красива иновация.
Това също е невероятна концепция: не просто блокирайте светлината от Слънцето и поставете телескопа в сенките, но го направете по такъв начин, че цялата топлина да се излъчва в посока, обратна на ориентацията на телескопа. Всеки от петте слоя във вакуума на космоса ще стане студен, докато се отдалечава от външния, който ще бъде малко по-топъл от температурата на повърхността на Земята - около 350-360 K. Температурата на последния слой трябва да падне до 37- 40 K, което е по-студено, отколкото през нощта на повърхността на Плутон.
Освен това са взети значителни предпазни мерки за защита срещу суровата среда на дълбокия космос. Едно от нещата, за които трябва да се тревожите тук, са малките камъчета, с размерите на камъчета, песъчинки, прашинки и дори по-малки, летящи през междупланетното пространство със скорости от десетки или дори стотици хиляди км/ч. Тези микрометеорити са способни да правят малки, микроскопични дупки във всичко, което срещнат: космически кораби, костюми на астронавти, огледала на телескопи и др. Ако огледалата получат само вдлъбнатини или дупки, леко намалявайки наличното количество „добра светлина“, тогава слънчевият щит може да се разкъса от край до край, правейки целия слой безполезен. За борба с това явление беше използвана брилянтна идея.
Целият слънчев панел беше разделен на секции по такъв начин, че ако имаше малко разкъсване в една, две или дори три от тях, слоят нямаше да се разкъса допълнително, като пукнатина в предното стъкло на кола. Разделянето ще запази цялата структура непокътната, което е важно за предотвратяване на деградация.
Космически кораб: системи за сглобяване и управление
Това е най-често срещаният компонент, какъвто имат всички космически телескопи и научни мисии. JWST го има уникален, но и напълно готов. Всичко, което остава да бъде направено от главния изпълнител на проекта, Northrop Grumman, е да завърши щита, да сглоби телескопа и да го тества. Устройството ще бъде готово за пускане след 2 години.
10 години открития
Ако всичко върви както трябва, човечеството ще бъде на прага на големи научни открития. Завесата от неутрален газ, която досега закриваше изгледа на най-ранните звезди и галактики, ще бъде елиминирана от инфрачервените възможности на Webb и огромния му коефициент на апертура. Това ще бъде най-големият и най-чувствителен телескоп с огромен диапазон от дължини на вълните от 0,6 до 28 микрона (човешкото око вижда от 0,4 до 0,7 микрона), създаван някога. Очаква се да осигури десетилетие на наблюдения.
Според НАСА мисията Webb ще продължи между 5,5 и 10 години. Той е ограничен от количеството гориво, необходимо за поддържане на орбита и продължителността на живота на електрониката и оборудването в суровата среда на космоса. Орбиталният телескоп Джеймс Уеб ще доставя гориво за целия 10-годишен период, а 6 месеца след изстрелването ще бъде извършен тест за поддръжка на полета, което гарантира 5 години научна работа.
Какво може да се обърка?
Основният ограничаващ фактор е количеството гориво на борда. Когато приключи, сателитът ще се отдалечи от L2, навлизайки в хаотична орбита в непосредствена близост до Земята.
В допълнение към това могат да възникнат и други проблеми:
- влошаване на огледалата, което ще повлияе на количеството събрана светлина и ще създаде артефакти на изображението, но няма да навреди на по-нататъшната работа на телескопа;
- повреда на част или целия слънчев екран, което ще повиши температурата на космическия кораб и ще стесни използваемия диапазон на дължина на вълната до много близката инфрачервена област (2-3 микрона);
- повреда на охладителната система на средноинфрачервения инструмент, което го прави неизползваем, но не засяга други инструменти (0,6 до 6 µm).
Най-трудният тест, който очаква телескопа James Webb, е изстрелването и вкарването в дадена орбита. Това са ситуациите, които бяха тествани и приключиха успешно.
Революция в науката
Ако телескопът Webb работи нормално, ще има достатъчно гориво, за да работи от 2018 до 2028 г. Освен това има потенциал за зареждане с гориво, което може да удължи живота на телескопа с още десетилетие. Точно както Хъбъл работи в продължение на 25 години, JWST може да осигури поколение революционна наука. През октомври 2018 г. ракетата носител Ariane 5 ще изведе в орбита бъдещето на астрономията, което след повече от 10 години усилена работа вече е готово да започне да дава плодове. Бъдещето на космическите телескопи е почти тук.
Можете да разгледате по-отблизо телескопа Хъбъл. И това ни очаква в близко бъдеще! =)
Космическият телескоп Джеймс Уеб е орбитална инфрачервена обсерватория, която се очаква да замени космическия телескоп Хъбъл.
Първоначално наречен „Следващо поколение космически телескоп“. През 2002 г. е преименуван в чест на втория ръководител на НАСА Джеймс Уеб (1902-1992), който ръководи агенцията от 1961-1968 г.
Джеймс Уеб ще има композитно огледало 6,5 метрав диаметър (диаметърът на огледалото на Хъбъл е 2,4 метра) и слънчев щит с размерите на тенис корт.
Той ще бъде разположен в точката на Лагранж L2 на системата Слънце-Земя. 
Точката L2 в системата Слънце-Земя е идеално място за изграждане на орбитални космически обсерватории и телескопи. Тъй като обектът в точка L2 е в състояние да поддържа ориентацията си спрямо Слънцето и Земята за дълго време, неговото екраниране и калибриране става много по-лесно. Тази точка обаче се намира малко по-далеч от земната сянка (в областта на полусянката), така че слънчевата радиация не е напълно блокирана. Космическите кораби на американската и европейската космически агенции - WMAP, Planck, Herschel и Gaia - вече са в този момент, а Джеймс Уеб трябва да се присъедини през 2018 г.
Проектът е международно сътрудничество на 17 държави, ръководени от НАСА, със значителен принос от Европейската и Канадската космически агенции.
Настоящите планове предвиждат телескопът да бъде изстрелян с ракета Ariane 5 през 2018 г. 
Модел на ракета в Музея на въздуха и космоса, Франция
Основните цели на JWST са: откриване на светлината на първите звезди и галактики, образувани след Големия взрив, изучаване на формирането и развитието на галактики, звезди, планетарни системи и произхода на живота. Уеб също ще може да говори за това кога и къде е започнала рейонизацията на Вселената (периодът в историята на Вселената между 150 милиона години и 800 милиона години след Големия взрив) и какво я е причинило.
Телескопът трябва да може да открива сравнително малки планети - няколко пъти по-големи от Земята - което Хъбъл не може да направи. Освен това Webb ще има по-висока чувствителност към атмосферите на близките до Земята звезди. Телескопът ще може да предоставя близки изображения на планетите от Слънчевата система, от Марс и отвъд него. Голямата яркост на Венера и Меркурий е извън оптиката на телескопа.
Телескопът ще позволи да се открият относително студени екзопланети с повърхностна температура до 300 K (което е почти равно на температурата на земната повърхност), разположени на повече от 12 AU. т.е. от техните звезди и отдалечени от Земята на разстояние до 15 светлинни години (два пъти по-далеч от Сириус). Повече от две дузини най-близки до Слънцето звезди ще попаднат в зоната на подробно наблюдение. Благодарение на JWST се очаква истински пробив в екзопланетологията - възможностите на телескопа ще са достатъчни не само за откриване на самите екзопланети, но дори и на спътниците и спектралните линии на тези планети (което ще бъде непостижим показател за всеки наземен или орбитален телескоп до началото на 2020 г., когато е пуснат в експлоатация Европейският изключително голям телескоп с диаметър на огледалото 39,3 m).
Производство на оптична система
проблеми
Чувствителността на телескопа и неговата разделителна способност са пряко свързани с размера на огледалото, което събира светлина от обекти. Учените и инженерите са установили, че минималният диаметър на основното огледало трябва да бъде 6,5 метра, за да се измерва светлината от най-отдалечените галактики. Простото създаване на огледало, подобно на това на телескопа Хъбъл, но по-голямо, беше неприемливо, тъй като масата му би била твърде голяма, за да изстреля телескопа в космоса. Екипът от учени и инженери трябваше да намери решение, така че новото огледало да има 1/10 от масата на огледалото на телескопа Хъбъл на единица площ.
Разработка и тестване
НАСА започна да проучва нови начини за създаване на огледало за телескоп. За да се постигне това, беше създадена програмата Advanced Mirror System Demonstrator, която по същество е 4-годишно сътрудничество между НАСА, Националната космическа агенция на САЩ и Военновъздушните сили на САЩ. Въз основа на изследването бяха изградени и тествани две тестови огледала. Единият от тях е направен от берилий от Ball Aerospace & Technologies, другият е построен от Kodak (сега ITT) от специално стъкло.
Хъбъл (вляво) и Уеб (вдясно) са огледала в същия мащаб
Екип от експерти тества и двете огледала, за да определи колко добре изпълняват задачата си, колко струват и колко лесно (или трудно) би било да се изгради пълноразмерно 6,5-метрово огледало. Експертите препоръчват берилиево огледало за телескопа James Webb по няколко причини, една от които е, че берилият запазва формата си при криогенни температури. Въз основа на експертен съвет Northrop Grumman избра берилиево огледало и Goddard Space Flight Center одобри решението.
Също така беше решено да се направи огледалото не твърдо, а от сегменти, които биха се раздалечили в орбита, тъй като размерите на твърдо огледало не биха позволили да бъде поставено в ракетата-носител Ariane 5. Всеки от 18-те шестоъгълни огледални сегмента е с дължина 1,32 метра от край до край, а теглото на сегмента е 20 кг.
Шестоъгълната форма на сегментите не е избрана случайно. Има висок коефициент на запълване и симетрия от шести ред. Високият коефициент на запълване означава, че сегментите пасват един към друг без празнини. Симетрията е добра с това, че имате нужда само от 3 различни оптични настройки за 18 сегмента, по 6 сегмента за всеки. И накрая, желателно е огледалото да има форма, близка до кръглата, за да фокусира светлината върху детекторите възможно най-компактно. Овалното огледало например ще даде издължен образ, докато квадратното ще изпрати много светлина от централната зона.
След стартирането и съпътстващите го вибрации, огледалната решетка трябва да бъде разгърната до това, което дизайнерите наричат „предварителна позиция“. Този процес включва освобождаване на всеки от 18-те сегмента на основното огледало от ръкохватките за изстрелване. Всеки сегмент има компютърно контролирана позиция с шест степени на свобода, освен това компютърът контролира удължаването/прибирането на централната точка на всяко огледало, за да промени радиуса на кривината на повърхността. Всяко огледало има собствена задвижваща система за извършване на тези движения. След като огледалата са отключени, задвижващите механизми трябва да изравнят позицията си с фронта на вълната до 20 нанометра (1/5000 от дебелината на косъм).
производство
Огледалото Webb използва специален вид берилий. Това е фин прах. Прахът се поставя в контейнер от неръждаема стомана и се пресова в плоска форма. След като стоманеният контейнер бъде изваден, парчето берилий се нарязва наполовина, за да се получат две огледални заготовки с диаметър около 1,3 метра. Всяка огледална заготовка се използва за създаване на един сегмент.
Процесът на оформяне на огледалото започва с изрязване на излишния материал от задната страна на берилиевата заготовка, така че да остане фина ръбеста структура. Предната страна на всеки детайл се изглажда, като се вземе предвид позицията на сегмента в голямо огледало. 
След това повърхността на всяко огледало се шлифова, за да му се придаде форма, близка до изчислената. След това огледалото внимателно се заглажда и полира. Този процес се повтаря, докато формата на огледалния сегмент се доближи до идеалната. След това сегментът се охлажда до температура от −240 °C и размерите на сегмента се измерват с помощта на лазерен интерферометър. След това огледалото, като се вземе предвид получената информация, се подлага на окончателно полиране.
След като сегментът е обработен, предната част на огледалото се покрива с тънък слой злато за по-добро отразяване на инфрачервеното лъчение в диапазона 0,6-29 микрона и готовият сегмент се тества повторно при криогенни температури.
Оборудване
JWST ще разполага със следните научни инструменти за провеждане на космически изследвания:
Близка инфрачервена камера;
Близката инфрачервена камера е основната единица за изображения на Webb и ще се състои от набор от детектори за живак-кадмий-телур. Работният диапазон на устройството е от 0,6 до 5 микрона.
Устройство за работа в средния диапазон на инфрачервеното лъчение (Mid-Infrared Instrument);
Средно инфрачервено устройство се състои от камера и спектрограф, които „виждат“ светлина в средния инфрачервен диапазон от 5-28 микрона.
близък инфрачервен спектрограф;
Близък инфрачервен спектрограф ще анализира спектъра на източниците, който ще предоставя информация както за физическите свойства на изследваните обекти, като температура и маса, така и за техния химичен състав. NIRSpec е в състояние да извършва спектроскопия със средна разделителна способност в обхвата на дължина на вълната 1-5 µm и спектроскопия с ниска разделителна способност в диапазона на дължина на вълната 0,6-5 µm.
Сензор за фино насочване/Близка инфрачервена камера и безпроцепен спектрограф.
Ако графикът за строителство може да бъде спазен, новият телескоп ще заработи преди космическият телескоп Хъбъл да спре да работи. „Перспективата Хъбъл и Уеб да работят едновременно е много вълнуваща, защото техните възможности се допълват по много начини“, казва Джон Гарднър, Център за космически полети Годард.
Интересен преглед на снимки е събран на този сайт!
Част от информацията е взета от http://sci-lib.com
Космическият телескоп на името на. Джеймс Уеб, който трябва да бъде изстрелян през 2020 г., ще изследва космоса, за да разкрие историята на Вселената от Големия взрив до формирането на планетите. Той има четири изследователски цели: изучаване на първата светлина във Вселената, изучаване на появата на галактики в ранната вселена, наблюдение на раждането на звезди и протопланетни системи и търсене на екзопланети (включително търсене на извънземен живот).
Космическият телескоп на името на. Космическата станция Джеймс Уеб (JWST) ще бъде изстреляна с ракета Ariane 5 от Френска Гвиана и след това ще отнеме 30 дни, за да прелети повече от милион километра до постоянното си местоположение: точката на Лагранж (L2) или гравитационно стабилна позиция в пространство, където ще се върти. Това е доста популярно място и е дом на няколко други космически телескопа, включително телескопа Herschel и космическата обсерватория Planck.
Мощният космически телескоп на стойност 8,8 милиарда долара се очаква да заснеме удивителни изображения на небесни обекти, точно както своя предшественик, космическият телескоп Хъбъл. За щастие на астрономите, Хъбъл остава в добро състояние и е вероятно двата телескопа да работят заедно през първите няколко години. JWST също изучава екзопланети, които са открити от космическия телескоп Kepler или чрез наблюдения в реално време от наземни телескопи.
Предизвикателства пред телескопа
Научната програма за JWST е разделена главно на четири области:
- Първа светлина и рейонизация: Това се отнася за ранните етапи на Вселената, след като Големият взрив я е създал такава, каквато я познаваме. В ранните етапи след Големия взрив Вселената беше море от частици (като електрони, протони и неутрони) и нямаше светлина, докато Вселената не се охлади достатъчно, за да започнат тези частици да се комбинират. Друго нещо, което JWST ще проучи, е какво се е случило след формирането на първите звезди; този период от историята се нарича "ера на рейонизация", защото се отнася до времето, когато неутралния водород е бил повторно йонизиран (презареден с електрически заряд) от радиация от тези първи звезди.
- Образуване на галактики: Разглеждането на галактиките е полезен начин да видим как материята е организирана в гигантски мащаби, което от своя страна ни дава улики за това как е еволюирала Вселената. Спиралните и елиптичните галактики, които виждаме днес, всъщност са еволюирали от различни форми в продължение на милиарди години и една от целите на JWST е да разгледа най-ранните галактики, за да разбере по-добре тази еволюция. Учените също така се опитват да разберат как сме получили разнообразието от галактики, които виждаме днес, и по какви различни начини се образуват галактиките.
- Раждане на звезди и протопланетни системи: „Стълбовете на сътворението“ или мъглявината Орел е едно от най-известните места за раждане на звезди. Звездите се раждат в облаци от газ и докато растат, радиационното налягане, което упражняват, издухва част от газа от тях (който може да се използва отново за образуване на други звезди, ако не се е разпръснал твърде широко). Въпреки това е трудно да се види нещо вътре в газа. Инфрачервените „очи“ на JWST ще могат да виждат източници на топлина, включително звезди, които се раждат в тези облаци.
- Планети и произход на живота: През последното десетилетие бяха открити огромен брой екзопланети, включително с помощта на космическия телескоп Kepler. Мощните сензори на JWST ще могат да изучават тези планети по-подробно, включително (в някои случаи) изобразяване на техните атмосфери. Разбирането на атмосферата и условията на формиране на планетите може да помогне на учените да предскажат по-добре дали определени планети са подходящи за живот или не.
JWST ще бъде оборудван с четири научни инструмента:
- Близка инфрачервена камера (NIRCam): Тази инфрачервена камера, предоставена от Университета на Аризона, ще открие светлина от звезди в близките галактики и от далечни звезди в Млечния път. Той също така ще търси светлина от звезди и галактики, които са се образували в началото на живота на Вселената. NIRCam ще бъде оборудван с коронографи, които могат да блокират светлината от ярък обект (като звезда), правейки видими мътни обекти в близост до тези звезди (като планети).
- Близък инфрачервен спектрограф (NIRSpec): NIRSpec ще наблюдава до 100 обекта едновременно, търсейки първите галактики, образувани след Големия взрив. NIRSpec беше предоставен от Европейската космическа агенция с помощта на Центъра за космически полети Goddard.
- Среден инфрачервен спектрограф (MIRI): MIRI ще създаде невероятни космически снимки на далечни небесни обекти, както Хъбъл прави в момента. Спектрографът ще позволи на учените да съберат повече физически подробности за далечни обекти във Вселената. MIRI ще открива далечни галактики, слаби комети, зараждащи се звезди и обекти в пояса на Кайпер. MIRI е разработен от европейски консорциум съвместно с Европейската космическа агенция и лабораторията за реактивни двигатели на НАСА.
- Сензор за прецизно насочване с изображение в близката инфрачервена област и спектрограф без прорези(FGS/NIRISS): Създаден в Канадската космическа агенция, този инструмент е по-скоро като два инструмента в един. Компонентът FGS е отговорен за гарантирането, че JWST е изправен точно в правилната посока по време на своите научни изследвания. NIRISS ще търси следи от първа светлина във Вселената, както и ще изследва екзопланети.
История на JWST
JWST има дълга история на развитие. През 2011 г. тя струваше четири пъти повече от очакваното, което повлия на бюджета на НАСА за астрономически изследвания и на свой ред принуди агенцията да се оттегли от някои съвместни мисии с ESA (Европейската космическа агенция).
Когато Хъбъл за първи път се подготвяше за космическа мисия, вече беше планиран приемник на телескоп. След изстрелването на Хъбъл, НАСА се впусна в ера на „по-бързо, по-добре, по-евтино“, която включва миниатюризация на електрониката и тигрови екипи – екипи от експерти за идентифициране на слабостите на системата – прибл. превод) за намаляване на разходите за космически мисии.
Това доведе до преформулиране на ранните спецификации на новия телескоп в нещо, наречено следващо поколение космически телескоп (NGST). Първата версия на NGST предполагаше 8-метрово огледало, а местоположението на телескопа беше точката на Лагранж L2. NGST беше преименуван на космически телескоп Джеймс Уеб през 2002 г. в чест на втория лидер на НАСА. Проектът се оценяваше на не повече от 4,5 милиарда долара през 2005 г., но през следващите години имаше надхвърляне на разходите.
През 2010 г. независимата експертна група, отговаряща за JWST, предупреди, че цената на телескопа ще бъде значително по-висока от планираната. Те също така отбелязаха, че след като НАСА потвърди проекта през 2008 г., нарастващите разходи и закъсненията в графика са "свързани с бюджетиране и програми за управление, а не с технически спецификации". Сред проблемите, посочени в прегледа, са лоши процедури за оценка и твърде нисък основен бюджет. Групата предложи най-ранната дата на стартиране да бъде 2015 г.
Около 2010 г. НАСА и Европейската космическа агенция си сътрудничиха в няколко мащабни мисии, включително ExoMars и създаването на рентгеновия телескоп Athena. Въпреки това до 2011 г. ESA заяви, че ще се движи по-бързо в тези мисии сама. НАСА също така намали други програми в подкрепа на развитието на JWST, включително оттегляне от програмата ExoMars. Освен това проучване на Националната научна фондация на САЩ от 2010 г., което се провежда на всеки десет години и определя приоритетни астрономически програми, класира съвместните мисии с ESA по-ниско от други инициативи.
До 2011 г. JWST вече струваше 8,7 милиарда долара, което доведе до затварянето на проекта поради надхвърляне на разходите. И въпреки че финансирането на мисията продължи, НАСА призна, че е била принудена сериозно да ограничи други мисии. Повишената бдителност по отношение на програмата продължи няколко години и през 2015 г. НАСА заяви, че работата по телескопа е в ход, като стартирането се очаква през 2018 г.
През септември обаче НАСА обяви, че изстрелването е отложено от октомври 2018 г. за пролетта на 2019 г., позовавайки се на проблеми с интегрирането на космически кораби. „Промяната във времето за изстрелване не показва проблеми с хардуера или производителността“, каза в изявление Томас Зурбухен, асоцииран администратор на дирекция „Научна мисия“ на НАСА. „По-скоро интегрирането на различните елементи на космическия кораб отнема повече време от очакваното.“
През март 2018 г. НАСА обяви, че датата на изстрелване отново се измества назад, сега до май 2020 г., поради необходимостта от по-задълбочено тестване на сложните системи на телескопа. Забавянето на изстрелването не е единствената лоша новина за космическия телескоп. Цената му, която вече е над 8,8 милиарда долара, може да нарасне още повече, казаха представители на НАСА на 27 март.
„Сега, когато всички технически подробности са решени, все още има някои проблеми, които се появиха от тестването на компонентите на телескопа, които ни карат да предприемем необходимите стъпки, за да ги разрешим и да завършим тази амбициозна и сложна обсерватория“, каза изпълняващият длъжността администратор на НАСА Робърт Лайтфут в изявление.изявление.
Джеймс Уеб
JWST е кръстен на втория директор на НАСА, Джеймс Уеб. Той ръководи космическата агенция от 1961 до 1968 г., като се пенсионира само месеци преди НАСА да извърши първото пилотирано кацане на Луната.
Въпреки че мандатът на Webb като администратор на НАСА е най-тясно свързан с програмата Apollo, той също се смята за лидер в областта на космическата наука. Дори във времена на големи политически катаклизми Уеб направи основната цел на НАСА напредъка на науката, вярвайки, че изстрелването на голям космически телескоп трябва да бъде една от ключовите цели на космическата агенция. НАСА стартира повече от 75 мисии за изследване на космоса под ръководството на Уеб, включително мисии за изследване на Слънцето, звездите и галактиките и пространството точно отвъд земната атмосфера.
Телескопът Джеймс Уеб е орбитална инфрачервена обсерватория, която трябва да замени известния космически телескоп Хъбъл.
Това е много сложен механизъм. Работата по него продължава около 20 години! James Webb ще има композитно огледало с диаметър 6,5 метра и ще струва около 6,8 милиарда долара. За сравнение, диаметърът на огледалото на Хъбъл е "само" 2,4 метра.
Да видим?
1. Телескопът James Webb трябва да бъде поставен в хало орбита в точката на Лагранж L2 на системата Слънце-Земя. И в космоса е студено. Тук са показани тестове, проведени на 30 март 2012 г., за да се провери способността да издържат на ниските температури на пространството. (Снимка от Крис Гън | НАСА):
2. James Webb ще има композитно огледало с диаметър 6,5 метра със събирателна повърхност от 25 m². Това много ли е или малко? (Снимка от Крис Гън):
3. Сравнете с Хъбъл. Хъбъл (вляво) и Уеб (вдясно) огледала в същия мащаб:
4. Пълномащабен модел на космическия телескоп Джеймс Уеб в Остин, Тексас, 8 март 2013 г. (Снимка от Крис Гън):
5. Проектът за телескоп е международно сътрудничество на 17 държави, ръководени от НАСА, със значителен принос от Европейската и Канадската космически агенции. (Снимка от Крис Гън):
6. Първоначално изстрелването беше планирано за 2007 г., но по-късно беше отложено за 2014 и 2015 г. Първият сегмент от огледалото обаче беше инсталиран на телескопа едва в края на 2015 г., а основното композитно огледало не беше напълно сглобено до февруари 2016 г. (Снимка: Крис Гън):
7. Чувствителността на телескопа и неговата разделителна способност са пряко свързани с размера на огледалото, което събира светлината от обектите. Учените и инженерите са установили, че минималният диаметър на основното огледало трябва да бъде 6,5 метра, за да се измерва светлината от най-отдалечените галактики.
Простото създаване на огледало, подобно на това на телескопа Хъбъл, но по-голямо, беше неприемливо, тъй като масата му би била твърде голяма, за да изстреля телескопа в космоса. Екипът от учени и инженери трябваше да намери решение, така че новото огледало да има 1/10 от масата на огледалото на телескопа Хъбъл на единица площ. (Снимка от Крис Гън):
8. Не само тук всичко се оскъпява от първоначалната оценка. По този начин цената на телескопа James Webb надхвърли първоначалните оценки поне 4 пъти. Телескопът беше планиран да струва 1,6 милиарда долара и да бъде изстрелян през 2011 г., но според нови оценки цената може да бъде 6,8 милиарда долара, като изстрелването ще се състои не по-рано от 2018 г. (Снимка от Крис Гън):
9. Това е близък инфрачервен спектрограф. Той ще анализира набор от източници, които ще предоставят информация както за физическите свойства на изследваните обекти (например температура и маса), така и за техния химичен състав. (Снимка от Крис Гън):
Телескопът ще позволи да се открият относително студени екзопланети с повърхностна температура до 300 K (което е почти равно на температурата на земната повърхност), разположени на повече от 12 AU. тоест от техните звезди и отдалечени от Земята на разстояние до 15 светлинни години. Повече от две дузини най-близки до Слънцето звезди ще попаднат в зоната на подробно наблюдение. Благодарение на Джеймс Уеб се очаква истински пробив в екзопланетологията - възможностите на телескопа ще бъдат достатъчни не само за откриване на самите екзопланети, но дори на спътниците и спектралните линии на тези планети.
11. Инженерни тестове в камерата. система за повдигане на телескоп, 9 септември 2014 г. (Снимка от Крис Гън):
12. Изследване на огледала, 29 септември 2014 г. Шестоъгълната форма на сегментите не е избрана случайно. Има висок коефициент на запълване и симетрия от шести ред. Високият коефициент на запълване означава, че сегментите пасват един към друг без празнини. Благодарение на симетрията 18-те огледални сегмента могат да бъдат разделени на три групи, във всяка от които настройките на сегментите са идентични. И накрая, желателно е огледалото да има форма, близка до кръгла - за да фокусира светлината върху детекторите възможно най-компактно. Овално огледало, например, би създало продълговато изображение, докато квадратно би изпратило много светлина от централната зона. (Снимка от Крис Гън):
13. Почистване на огледалото със сух лед с въглероден диоксид. Тук никой не търка с парцали. (Снимка от Крис Гън):
14. Камера A е гигантска вакуумна тестова камера, която ще симулира космическото пространство по време на тестване на телескопа James Webb, 20 май 2015 г. (Снимка от Chris Gunn):
17. Размерът на всеки от 18-те шестоъгълни сегмента на огледалото е 1,32 метра от край до край. (Снимка от Крис Гън):
18. Масата на самото огледало във всеки сегмент е 20 kg, а масата на целия сглобен сегмент е 40 kg. (Снимка от Крис Гън):
19. За огледалото на телескопа James Webb се използва специален вид берилий. Това е фин прах. Прахът се поставя в контейнер от неръждаема стомана и се пресова в плоска форма. След като стоманеният контейнер бъде изваден, парчето берилий се нарязва наполовина, за да се получат две огледални заготовки с диаметър около 1,3 метра. Всяка огледална заготовка се използва за създаване на един сегмент. (Снимка от Крис Гън):
20. След това повърхността на всяко огледало се шлифова, за да му се придаде форма, близка до изчислената. След това огледалото внимателно се заглажда и полира. Този процес се повтаря, докато формата на огледалния сегмент се доближи до идеалната. След това сегментът се охлажда до температура от −240 °C и размерите на сегмента се измерват с помощта на лазерен интерферометър. След това огледалото, като се вземе предвид получената информация, се подлага на окончателно полиране. (Снимка от Крис Гън):
21. След като сегментът е обработен, предната част на огледалото се покрива с тънък слой злато за по-добро отразяване на инфрачервеното лъчение в диапазона от 0,6-29 микрона и готовият сегмент се тества повторно при криогенни температури. (Снимка от Крис Гън):
22. Работа по телескопа през ноември 2016 г. (Снимка от Крис Гън):
23. НАСА завърши сглобяването на космическия телескоп Джеймс Уеб през 2016 г. и започна да го тества. Това е снимка от 5 март 2017 г. При дълги експозиции техниките изглеждат като призраци. (Снимка от Крис Гън):
26. Вратата към същата камера А от 14-та снимка, в която е симулирано космическото пространство. (Снимка от Крис Гън):
28. Настоящите планове предвиждат телескопът да бъде изстрелян с ракета Ariane 5 през пролетта на 2019 г. На въпрос какво учените очакват да научат от новия телескоп, водещият учен на проекта Джон Матер каза: „Надяваме се, че ще открием нещо, за което никой не знае нищо.“ UPD. Изстрелването на телескопа James Webb беше отложено за 2020 г.(Снимка от Крис Гън).
Зареждане...