Niekto kedysi povedal: tvorcovia Hubbleovho telesa musia postaviť pamätník v každom väčšom meste na Zemi. Má veľa zásluh. Astronómovia napríklad pomocou tohto ďalekohľadu odfotili veľmi vzdialenú galaxiu UDFj-39546284. V januári 2011 vedci zistili, že sa nachádza viac ako 150 miliónov svetelných rokov od predchádzajúceho držiteľa rekordu - UDFy -38135539. Galaxy UDFj-39546284 je od nás vzdialená 13,4 miliardy svetelných rokov. To znamená, že Hubbleov teleskop videl hviezdy, ktoré existovali pred viac ako 13 miliardami rokov, 380 miliónov rokov po Veľkom tresku. Tieto objekty pravdepodobne dlho nie sú „živé“: vidíme iba svetlo dávno mŕtvych hviezd a galaxií.
Napriek všetkým svojim prednostiam je Hubblov vesmírny teleskop technológiou minulého tisícročia: bol spustený v roku 1990. Technológia samozrejme za tie roky urobila veľký pokrok. Ak by sa Hubbleov teleskop objavil v našej dobe, jeho schopnosti by kolosálnym spôsobom prekonali pôvodnú verziu. Tak vznikol James Webb.
Prečo je „James Webb“užitočný
Nový teleskop, podobne ako jeho predok, je tiež orbitálnym infračerveným observatóriom. To znamená, že jeho hlavnou úlohou bude skúmať tepelné žiarenie. Pripomeňme, že objekty zahriate na určitú teplotu vyžarujú energiu v infračervenom spektre. Vlnová dĺžka závisí od teploty zahrievania: čím je vyššia, tým je vlnová dĺžka kratšia a žiarenie je intenzívnejšie.
Medzi teleskopmi je však jeden koncepčný rozdiel. Hubbleov teleskop je na nízkej obežnej dráhe Zeme, to znamená, že obieha okolo Zeme vo výške asi 570 km. James Webb bude vynesený na obežnú dráhu halo v bode L2 Lagrange systému Slnko-Zem. Bude sa točiť okolo Slnka a na rozdiel od situácie s Hubbleovým telesom doň Zem nezasahuje. Problém okamžite nastáva: čím ďalej je predmet od Zeme, tým ťažšie je s ním prísť do kontaktu, čím vyššie je riziko jeho straty. Preto sa „James Webb“bude pohybovať okolo hviezdy synchronizovane s našou planétou. V tomto prípade bude vzdialenosť teleskopu od Zeme 1,5 milióna km v opačnom smere od Slnka. Pre porovnanie, vzdialenosť od Zeme k Mesiacu je 384 403 km. To znamená, že ak zariadenie James Webb zlyhá, s najväčšou pravdepodobnosťou nebude možné ho opraviť (okrem diaľkového ovládania, ktoré ukladá vážne technické obmedzenia). Sľubný ďalekohľad je preto nielen spoľahlivý, ale aj super spoľahlivý. Je to čiastočne spôsobené neustálym posúvaním dátumu uvedenia na trh.
James Webb má ešte jeden dôležitý rozdiel. Zariadenie mu umožní sústrediť sa na veľmi starodávne a chladné objekty, ktoré Hubble nemohol vidieť. Tak zistíme, kedy a kde sa objavili prvé hviezdy, kvazary, galaxie, zhluky a nadkupy galaxií.
Najzaujímavejšie zistenia, ktoré nový teleskop dokáže, sú exoplanéty. Aby sme boli presnejší, hovoríme o určení ich hustoty, ktorá nám umožní pochopiť, aký typ objektu je pred nami a či taká planéta môže byť potenciálne obývateľná. S pomocou Jamesa Webba vedci tiež dúfajú, že zozbierajú údaje o hmotách a priemeroch vzdialených planét, a tým sa otvoria nové údaje o domácej galaxii.
Vybavenie teleskopu umožní detekciu chladných exoplanét s povrchovými teplotami do 27 ° C (priemerná teplota na povrchu našej planéty je 15 ° C).„James Webb“bude schopný nájsť také objekty nachádzajúce sa vo vzdialenosti viac ako 12 astronomických jednotiek (to znamená vzdialenosť od Zeme k Slnku) od ich hviezd a vzdialené od Zeme vo vzdialenosti až 15 svetiel rokov. Vážne plány sa týkajú atmosféry planét. Teleskopy Spitzer a Hubble dokázali zozbierať informácie o zhruba stovke plynových obálok. Podľa odborníkov bude nový teleskop schopný preskúmať najmenej tristo atmosfér rôznych exoplanét.
Samostatným bodom, ktorý stojí za vyzdvihnutie, je hľadanie hypotetických hviezdnych populácií typu III, ktoré by mali tvoriť prvú generáciu hviezd, ktoré sa objavili po Veľkom tresku. Podľa vedcov ide o veľmi ťažké svietidlá s krátkou životnosťou, ktoré, samozrejme, už neexistujú. Tieto objekty mali veľkú hmotnosť kvôli nedostatku uhlíka potrebného na klasickú termonukleárnu reakciu, pri ktorej sa ťažký vodík premieňa na ľahké hélium a nadbytočná hmotnosť sa premieňa na energiu. Okrem toho všetkého bude nový teleskop schopný podrobne študovať predtým nepreskúmané miesta, kde sa rodia hviezdy, čo je tiež veľmi dôležité pre astronómiu.
- Hľadanie a štúdium najstarších galaxií;
- Hľadanie exoplanét podobných Zemi;
- Detekcia hviezdnych populácií tretieho typu;
- Prieskum „kolísok hviezd“
Vlastnosti dizajnu
Zariadenie vyvinuli dve americké spoločnosti - Northrop Grumman a Bell Aerospace. Vesmírny teleskop Jamesa Webba je majstrovským strojárstvom. Nový teleskop váži 6, 2 tony - pre porovnanie, Hubbleov teleskopický prístroj má hmotnosť 11 ton. Ak sa však starý ďalekohľad dá porovnať s nákladným autom, potom je nový porovnateľný s tenisovým kurtom. Jeho dĺžka dosahuje 20 m a jeho výška je rovnaká ako v trojpodlažnej budove. Najväčšia časť vesmírneho teleskopu Jamesa Webba je obrovský slnečný štít. Toto je základ celej štruktúry vytvorenej z polymérneho filmu. Na jednej strane je pokrytý tenkou vrstvou hliníka a na druhej strane je to kovový kremík.
Slnečný štít má niekoľko vrstiev. Prázdne miesta medzi nimi sú vyplnené vákuom. To je nevyhnutné na ochranu zariadenia pred „úpalmi“. Tento prístup umožňuje chladiť matice citlivé na –220 ° C, čo je veľmi dôležité pri pozorovaní vzdialených predmetov. Faktom je, že napriek dokonalým senzorom nemohli vidieť objekty kvôli iným „horúcim“detailom „Jamesa Webba“.
V strede štruktúry je obrovské zrkadlo. Toto je „nadstavba“, ktorá je potrebná na zaostrenie svetelných lúčov - zrkadlo ich narovná a vytvorí jasný obraz. Priemer hlavného zrkadla teleskopu Jamesa Webba je 6,5 m. Obsahuje 18 blokov: počas štartu nosnej rakety budú tieto segmenty v kompaktnej forme a otvoria sa až po vstupe kozmickej lode na obežnú dráhu. Každý segment má šesť rohov, aby čo najlepšie využil dostupný priestor. A zaoblený tvar zrkadla umožňuje najlepšie zameranie svetla na detektory.
Na výrobu zrkadla bolo zvolené berýlium - relatívne tvrdý kov svetlošedej farby, ktorý sa okrem iného vyznačuje vysokými nákladmi. Medzi výhody tejto voľby patrí skutočnosť, že berýlium si zachováva svoj tvar aj pri veľmi nízkych teplotách, čo je veľmi dôležité pre správny zber informácií.
Vedecké prístroje
Preskúmanie sľubného ďalekohľadu by bolo neúplné, keby sme sa nesústredili na jeho hlavné prístroje:
MIRI. Toto je zariadenie so stredným infračerveným žiarením. Obsahuje kameru a spektrograf. MIRI obsahuje niekoľko polí detektorov arzénu a kremíka. Vďaka senzorom tohto zariadenia astronómovia dúfajú, že zvážia červený posun vzdialených predmetov: hviezd, galaxií a dokonca aj malých komét. Kozmologický červený posun sa nazýva pokles frekvencií žiarenia, čo sa vysvetľuje dynamickou vzdialenosťou zdrojov od seba v dôsledku rozpínania vesmíru. Najzaujímavejšie je, že nejde len o opravu toho alebo onoho vzdialeného objektu, ale o získanie veľkého množstva údajov o jeho vlastnostiach.
NIRCam alebo infračervená kamera v blízkosti je hlavnou zobrazovacou jednotkou ďalekohľadu. NIRCam je komplex senzorov ortuť-kadmium a telúr. Pracovný rozsah zariadenia NIRCam je 0,6-5 mikrónov. Je ťažké si dokonca predstaviť, aké tajomstvá pomôže NIRCam odhaliť. Vedci ho napríklad chcú použiť na vytvorenie mapy temnej hmoty pomocou takzvanej metódy gravitačnej šošovky, t.j. nájdenie zrazenín temnej hmoty podľa ich gravitačného poľa, ktoré sú viditeľné zakrivením trajektórie blízkeho elektromagnetického žiarenia.
NIRSpec. Bez blízkeho infračerveného spektrografu by nebolo možné určiť fyzikálne vlastnosti astronomických predmetov, ako je hmotnosť alebo chemické zloženie. NIRSpec môže poskytovať spektroskopiu so stredným rozlíšením v rozsahu vlnových dĺžok 1-5 μm a spektroskopiu s nízkym rozlíšením s vlnovými dĺžkami 0,6-5 μm. Zariadenie sa skladá z mnohých buniek s individuálnym ovládaním, ktoré vám umožňuje zamerať sa na konkrétne objekty a „filtrovať“zbytočné žiarenie.
FGS / NIRISS. Jedná sa o dvojicu pozostávajúcu z presného zameriavacieho senzora a blízkeho infračerveného zobrazovacieho zariadenia s bezškárovým spektrografom. Vďaka senzoru presného navádzania (FGS) bude teleskop schopný zaostrovať čo najpresnejšie a vďaka NIRISS majú vedci v úmysle vykonať prvé orbitálne testy teleskopu, ktoré poskytnú všeobecnú predstavu o jeho stave. Verí sa tiež, že zobrazovacie zariadenie bude hrať dôležitú úlohu pri pozorovaní vzdialených planét.
Formálne plánujú teleskop ovládať päť až desať rokov. Ako však ukazuje prax, toto obdobie je možné predĺžiť na neurčito. A „James Webb“nám môže poskytnúť oveľa užitočnejšie a jednoducho zaujímavejšie informácie, než by si ktokoľvek dokázal predstaviť. Navyše si teraz nemožno ani predstaviť, aké „monštrum“nahradí „Jamesa Webba“a koľko bude stáť jeho výstavba.
Na jar 2018 sa cena projektu zvýšila na nepredstaviteľných 9,66 miliardy dolárov. Na porovnanie, ročný rozpočet NASA je približne 20 miliárd dolárov a Hubble v čase stavby mal hodnotu 2,5 miliardy dolárov. Inými slovami, James Webb už vošiel do histórie ako najdrahší teleskop a jeden z najdrahších projektov v histórii prieskumu vesmíru. Viac stál iba lunárny program, Medzinárodná vesmírna stanica, raketoplány a globálny systém určovania polohy GPS. „James Webb“má však všetko dopredu: jeho cena sa môže ešte zvýšiť. A hoci sa na jeho výstavbe podieľali odborníci zo 17 krajín, leví podiel na financovaní stále spočíva na pleciach USA. Pravdepodobne to tak bude aj naďalej.
