Täysin koottu James Webbin avaruusteleskooppi auringonsuojaineen ja ”yksikköalustarakenteineen” (jotka taittuvat teleskoopin ympärille käynnistämistä varten) nähdään osittain asennettuna avoimeen kokoonpanoon teleskoopin asentamisen mahdollistamiseksi.
(Kuva: © NASA / Chris Gunn)
Paul M. Sutter on astrofysiikka Ohion osavaltion yliopisto, isäntä Kysy avaruusasemalta ja Avaruusradio, ja kirjoittajaPaikkasi maailmankaikkeudessa."Sutter kirjoitti tämän artikkelin Space.com: n asiantuntijaäänet: Op-Ed & Insights.
NASAn James Webbin avaruuskaukoputki on tarkoitus käynnistää (tällä hetkellä) maaliskuussa 2021, vuosien viivästysten ja budjettien yli käytettyjen miljardejen dollarien jälkeen. Vaikka on helppo väittää, että kaikki tämä aika ja raha on tuhlattu, tämä observatorio on infrapuna-aallonpituuksien ensi-ilta ja kiistaton mestari, joka antaa meille vertaansa vailla olevan pääsyn maailmankaikkeuden kulmiin, joille tällä hetkellä ei ole pääsyä.
Jos haluamme oppia uusia asioita kaikesta ensimmäisistä galakseista mahdollisuuteen elämää muilla planeetoilla, noin 9,7 miljardia dollaria James Webb on ainoa toiveemme.
Ei chill
Vaikka James Webbin avaruusteleskooppi ("JWST" tunteville) kutsutaan NASA: n kerrosten "seuraajaksi" Hubble-avaruuskaukoputki, se ei ole. Hubble on ensisijaisesti optinen kaukoputki, joka vangitsee valon aallonpituudet, jotka ovat samanlaisia kuin ihmisen silmän suorittama alue, ja ulottuu sen jälkeen hiukan elektromagneettisen spektrin infrapuna- ja ultravioletti (UV) -osuuksiin. Pohjimmiltaan Hubble on jättiläinen kiertoradalla oleva silmämuna, joka tuottaa upeita kuvia, jotka näet, jos näköhermoni olisi varustettu samalla tavalla.
Mutta JWST on erilainen. Se tarkkailee kokonaan infrapunassa, tuskin naarmuttaen syvimpiä mahdollisia punaisia, joita ihminen voi nähdä. Toisin sanoen JWST tutkii maailmankaikkeutta, joka on suurelta osin näkymätön ihmisen kokemukselle.
Yksi tärkeimmistä syistä, miksi JWST on suunniteltu infrapuna-alueeksi, on se, että infrapuna-astronomiaa on yleensä vaikea tehdä maan pinnasta. Valon pilaantuminen on tähtitieteilijöiden joukko, jotka tarvitsevat taivaansa kristallinkirkkaan ja täysin tumman suorittaakseen yksityiskohtaisia havaintojaan ja mittauksiaan.
Ja infrapunasäteily tulee monista eri paikoista. Pohjimmiltaan mitään lämmin. Mikä on pohjimmiltaan kaikkea. Ihmiskehot tuottavat 100 wattia infrapunasäteilyä. Itse maa on melko lämmin, hehkuva voimakkaasti infrapunakaistoilla. Jopa itse kaukoputki, jos se on huoneenlämpötilassa, on infrapunasäteessä hidas.
Se ei ole, että emme voi tehdä infrapuna tähtitiede maanpinnasta, se on vain turhauttavaa kovaa.
Siksi tilaa.
Kaukana kotoa
JWST toimii noin miljoona mailia (1,5 miljoonaa kilometriä) maapallosta saadakseen sen turvallisesti kaukana lämpimästä, infrapunasäteestä hehkuva planeettamme. Mutta silti, siellä on aurinko selviytyä. Istuuko koskaan ulkona mukavalla kesäpäivänä, tunteen auringon lämpöä ihollasi? Kyllä, se on infrapunasäteily, jonka kauhainen pumppaa. Ja jopa miljoonan mailin päässä maapallosta aurinko on edelleen hiukan paahteinen.
Infrapuna-avaruusteleskooppien suunnittelijoilla on pari vaihtoehtoa tämän torjumiseksi. Yleisin valinta on käyttää aktiivista jäähdytysjärjestelmää, jäähdyttämällä kaukoputki lämpötilaan, joka tarvitaan infrapuna-aallonpituuksien asianmukaiseen tarkkailuun. Tämä on hienoa, ja sitä ovat hyödyntäneet aiemmat infrapuna-avaruusteleskoopit, mutta se rajoittaa niiden käyttöikää. Ei enää jäähdytysnestettä = ei enemmän tähtitiedettä.
Joten sen sijaan JWST ottaa käyttöön jättiläismäisen, kalliiden avaruusvarjojen, joiden pituus on 22 metriä (22 metriä) ja leveys 36 metriä (11 metriä) ja jotka on tehty viidestä kerroksesta erittäin heijastavaa materiaalia, jokainen kerros on ohuempi kuin ihmisen hiukset. Tämä massiivinen "aurinkoverho"pitää itse kaukoputken vakiona varjossa, jossain eteläpuolella miinus 370 astetta Fahrenheit (miinus 223 astetta celsiusastetta), mikä on ihanteellinen tutkittaville infrapuna-aallonpituuksille.
Vaikka vain hauskanpitoa varten, yksi laivalla olevista instrumenteista jäähdytetään aktiivisella jäähdytysjärjestelmällä alle miinus 433 Fahrenheit (miinus 258 C), mikä antaa sille pääsyn joihinkin pidempiin infrapuna-aallonpituuksiin.
Katso tiede
Kaiken kaikkiaan JWST on massiivinen. Itse asiassa se on niin iso, että sen ei pitäisi mahtua rakettiin. Alkuperäisen aurinkosuojan lisäksi pääpeili on 21,5 jalkaa (6,5 metriä) poikittain, mikä on paljon leveämpi kuin mikään tällä hetkellä käytössä oleva raketinvaippa. Peilin kanavateippaus raketin sivuun ei ole tarkalleen toimiva ratkaisu, joten taitava NASA-insinööri hajosi peilin 18 pienemmäksi kuusikulmaiseksi osaksi, jotka kootaan ja taitetaan rakettiin (yhdessä taitetun kanssa) auringonsuoja ja muu itse kaukoputki).
Jos kaikki menee oikein, vain muutama päivä laukaisun jälkeen JWST suuntaa tarkkailukohtaansa, aukeaa ja alkaa tuijottaa.
Ja mitä se tulee olemaan - ja enkä käytä tätä sanaa kevyesti - huomattavaa. Yksi sen pääkohteista on varhainen maailmankaikkeus, kun kosmosemme oli vain muutama sata miljoonaa vuotta vanha. Ensimmäiset tähdet ja galaksit, jotka ilmestyivät kosmiselle kohtaukselle, loivat kirkkaasti näkyvässä spektrissä, mutta viimeisen 13 miljardin vuoden aikana universumi on laajentunut venyttämällä tätä valoa näkyvältä alueelta alaspäin infrapunaan - aivan JWST: n suunnitteluparametrien makeaan kohtaan.
Koska meillä ei ole lainkaan kuvia ensimmäisten tähtien ja galaksien aikakaudella (tunnetaan puhekielenä nimellä "kosminen aamunkoitto") Tämä on meidän kaikkien aikojen ensimmäinen näkemys tähän tärkeään aikakauteen kosmoksen historiassa.
Lähempänä kotia, JWST tutkii mitä tahansa viileää kosmossa, protoplanetaalisista levyistä vastasyntyneiden tähtien ympärillä molekyylipilviin, komeeteihin, Kuiper Belt -objekteihin ja muihin.
Ja JWST käyttää erikoistunutta laitetta estämään valon joiltakin kaukaisilta tähtiiltä, jotta observatorio voi napsauttaa kuvia kaikista esineistä, jotka kiertävät tähtien ympäri - kuten eksoplaneettojen. Nuo planeetat hehkuvat infrapunassa, ja niiden ilmakehän kemikaalit ja elementit, kemikaalit ja elementit, jotka saattavat olla merkkejä elämästä, muuntavat näiden planeettojen valoa.
JWST on ehdottomasti odottamisen arvoinen ET-metsästäjästä kosmisen koiton paljastajaan.
- NASA: n James Webbin avaruusteleskooppi: Hubblen kosminen seuraaja
- Talon kulutuslaskujen varoitusvaroitus James Webbin avaruusteleskoopilla
- NASA: n James Webbin avaruusteleskooppi saapuu Kaliforniaan lopulliseen kokoukseen (valokuvat)
Lisätietoja kuuntelemalla jaksoa "Onko James Webb odottamisen arvoinen?" Ask A Spaceman-podcastissa, saatavana osoitteessa iTunes ja verkossa osoitteessa http://www.askaspaceman.com. Kiitos @SethDSanders, @hhyech, White I. ja Veljo U. kysymyksiin, jotka johtivat tähän kappaleeseen! Esitä oma kysymys Twitterissä käyttämällä #AskASpaceman tai seuraamalla Paulia @PaulMattSutter ja facebook.com/PaulMattSutter.
