Meillä ihmisillä on kyltymätön nälkä ymmärtää maailmankaikkeutta. Kuten Carl Sagan sanoi, "ymmärtäminen on ekstaasia." Mutta ymmärtääksemme maailmankaikkeuden, tarvitsemme parempia ja parempia tapoja tarkkailla sitä. Ja se tarkoittaa yhtä: isot, valtavat, valtavat kaukoputket.
Tässä sarjassa tarkastellaan kuutta maailman superteleskooppista:
- Giant Magellanin kaukoputki
- Ylivoimaisesti suuri kaukoputki
- 30 metrin kaukoputki
- Eurooppalainen erittäin suuri kaukoputki
- Suuri Synoptic Survey-teleskooppi
- James Webbin avaruusteleskooppi
- Laajakenttäinen infrapunakaukoputki
James Webbin avaruusteleskooppi “> James Webbin avaruusteleskooppi (JWST tai Webb) voidaan odottaa innokkaimmin superteleskoopeista. Ehkä siksi, että se on kestänyt kidutetun polun matkalla rakentamiseen. Tai ehkä sen vuoksi, että se on erilainen kuin muut superteleskoopit, kun se on 1,5 miljoonan kilometrin päässä maasta heti toimiessaan.
Jos olet seurannut Webbin takana olevaa draamaa, tiedät, että kustannusylitykset melkein aiheuttivat sen peruuttamisen. Se olisi ollut todella sääli.
JWST on valmistanut panimoita vuodesta 1996, mutta on kärsinyt tien varrella olevista törmäyksistä. Tätä tietä ja sen kuoppia on käsitelty muualla, joten seuraava on lyhyt romutus.
Alkuperäiset arviot JWST: lle olivat 1,6 miljardin dollarin hintalaji ja julkaisupäivämäärä vuonna 2011. Mutta kustannukset kasvoivat, ja muita ongelmia oli. Tämän seurauksena Yhdysvaltain edustajainhuone siirtyi peruuttamaan projekti vuonna 2011. Kuitenkin myöhemmin samana vuonna Yhdysvaltojen kongressi peruutti peruutuksen. Lopulta Webbin lopullinen hinta nousi 8,8 miljardiin dollariin, ja julkaisupäivämäärä oli asetettu lokakuuhun 2018. Tämä tarkoittaa, että JWST: n ensimmäinen valo on paljon nopeampi kuin muut superteleskoopit.
Webb suunniteltiin seuraajaksi Hubble-avaruusteleskoopille, joka on ollut käytössä vuodesta 1990. Mutta Hubble on maapallon kiertoradalla ja sen ensisijainen peili on 2,4 metriä. JWST sijoittuu kiertoradalle LaGrange 2 -pisteessä, ja sen ensisijainen peili on 6,5 metriä. Hubble tarkkailee lähellä olevaa ultravioletti-, näkyvää ja lähellä olevaa infrapunaspektriä, kun taas Webb tarkkailee näkyvää valoa pitkän aallonpituuden (oranssi-punainen) valossa lähi-infrapuna-keski-infrapuna-alueen läpi. Tällä on joitain tärkeitä vaikutuksia Webbin tuottamaan tieteeseen.
James Webb on rakennettu neljän instrumentin ympärille:
- Lähi-infrapunakamera (NIRCam)
- Lähi-infrapunaspektrografi (NIRSpec)
- Keski-infrapunainstrumentti (MIRI)
- Hieno ohjaustunnistin / lähellä oleva infrapunakuvanäyttö ja ilman rakoa oleva spektrografia (FGS / NIRISS)
NIRCam on Webbin ensisijainen kuvaaja. Se tarkkailee varhaisimpien tähtien ja galaksien muodostumista, läheisten galaksien tähtien populaatiota, Kuiper Belt -objekteja ja nuoria tähtiä Linnunradalla. NIRCam on varustettu koronagrafeilla, jotka estävät valon kirkkaista esineistä tarkkailla lähellä olevia kohteita.
NIRSpec toimii välillä 0 - 5 mikronia. Sen spektrografia jakaa valon spektriksi. Tuloksena oleva spektri kertoo kohteista, lämpötilasta, massasta ja kemiallisesta koostumuksesta. NIRSpec tarkkailee 100 kohdetta kerralla.
MIRI on kamera ja spektrografi. Se näkee kaukana olevien galaksien, vastamuodostuneiden tähtijen, Kuiper-vyöhykkeessä olevien esineiden ja heikkojen komeetojen punaisen siirretyn valon. MIRI-kamera tarjoaa laajakuvan, laajakaistakuvan, joka sijoittuu siellä yllättävien kuvien kanssa, jotka Hubble on antanut meille tasaisen ruokavalion. Spektrografi tarjoaa fyysisiä yksityiskohtia kaukaisista esineistä, joita se tarkkailee.
FGS / NIRISSin hieno ohjaustunnistimen osa antaa Webbille tarkkuuden, jota vaaditaan korkealaatuisten kuvien tuottamiseksi. NIRISS on erikoistunut instrumentti, joka toimii kolmella tilassa. Se tutkii ensimmäistä valon havaitsemista, eksoplaneetan havaitsemista ja karakterisointia sekä eksoplaneetan kauttakulkuspektroskopiaa.
JWST: n yleinen tavoite, kuten monet muut kaukoputket, on ymmärtää maailmankaikkeus ja alkuperämme. Webb tutkii neljää laajaa teemaa:
- Ensimmäinen valo ja uudelleenionisointi: Universumin alkuvaiheessa ei ollut valoa. Universumi oli läpinäkymätön. Lopulta fotonit pystyivät liikkumaan vapaammin jäähtyessään. Sitten, todennäköisesti satoja miljoonia vuosia suuren räjähdyksen jälkeen, muodostuivat ensimmäiset valonlähteet: tähdet. Mutta emme tiedä milloin tai millaisia tähtiä on.
- Kuinka galaksit kokoontuvat: Olemme tottuneet näkemään upeita kuvia avaruuslehden olemassa olevista suurista kierregalakseista. Mutta galaksit eivät aina olleet niin. Varhaiset galaksit olivat usein pieniä ja kömpelöitä. Kuinka ne muodostuivat muotoihin, joita näemme tänään?
- Tähtien ja protoplanetaaristen järjestelmien synty: Webbin innokas silmä katselee suoraan pölypilvien läpi, jotka eivät sellaisinaan ole kuin Hubble. Nuo pölypilvet ovat silloin, kun tähdet ovat muodostumassa, ja niiden protoplanetaariset järjestelmät. Se, mitä näemme siellä, kertoo meille paljon oman aurinkokunnan perustamisesta ja valaisee monia muita kysymyksiä.
- Planeetat ja elämän alkuperä: Tiedämme nyt, että eksoplaneetit ovat yleisiä. Olemme löytäneet tuhansia heistä kiertämässä kaikenlaisia tähtiä. Mutta me tiedämme niistä vielä hyvin vähän, kuten kuinka yleinen ilmapiiri on ja jos elämän rakennuspalikat ovat yhteisiä.
Nämä ovat kaikki ilmeisesti kiehtovia aiheita. Mutta nykyaikana yksi niistä erottuu muiden joukossa: planeetat ja elämän alkuperä.
Äskettäinen löytö TRAPPIST 1 -järjestelmä on innostunut ihmisistä mahdollisesti löytämästä elämää toisessa aurinkokunnassa. TRAPPIST 1: llä on 7 maanpäällistä planeettaa ja 3 niistä on asumisalueella. Se oli valtava uutinen helmikuussa 2017. Buzz on edelleen tuntuva, ja ihmiset odottavat innokkaasti lisää uutisia järjestelmästä. Sieltä JWST tulee.
Yksi iso kysymys TRAPPIST-järjestelmän ympärillä on ”Onko planeetoilla ilmapiiri?” Webb voi auttaa meitä vastaamaan tähän.
JWST: n NIRSpec-instrumentti pystyy tunnistamaan kaikki planeettojen ympärillä olevat ilmakehät. Ehkä tärkeämpää on, että se pystyy tutkimaan ilmakehää ja kertomaan meille niiden koostumuksesta. Me tiedämme, sisältävätkö ilmakehät, jos niitä on, kasvihuonekaasuja. Webb voi myös havaita kemikaaleja, kuten otsonia ja metaania, jotka ovat biosignaaleja ja voivat kertoa meille, saattaako elämä olla läsnä näillä planeetoilla.
Voisit sanoa, että jos James Webb pystyisi havaitsemaan ilmakehän TRAPPIST 1-planeetoilla ja vahvistamaan biosignaatiokemikaalien olemassaolon siellä, se on jo tehnyt työnsä. Vaikka se lakkaa toimimasta sen jälkeen. Se on todennäköisesti haettu. Mutta silti, mahdollisuus on olemassa.
Tiede, jonka JWST tarjoaa, on erittäin kiehtova. Mutta emme ole vielä siellä. JWST: n käynnistäminen on edelleen asia, ja se on hankala käyttöönotto.
JWST: n ensisijainen peili on paljon suurempi kuin Hubblen. Sen halkaisija on 6,5 metriä, kun taas Hubblen 2,4 metriä. Hubblen käynnistämisessä ei ollut mitään ongelmaa, vaikka se oli yhtä suuri kuin koulubussi. Se sijoitettiin avaruussukkulan sisään, ja Canadarm lähetti sen matalaan maapallon kiertoradalle. Se ei toimi James Webbille.
Webb on käynnistettävä rakettilla, joka lähetetään matkalla L2: hen, sen lopulliseen kotiin. Ja jotta se voidaan laukaista rakettilleen, sen on mauduttava raketin nenässä olevaan lastitilaan. Tämä tarkoittaa, että se on taitettu ylös.
Peili, joka koostuu 18 segmentistä, taitetaan kolmeen raketin sisällä ja taitetaan matkallaan kohti L2: ta. Antennien ja aurinkokennojen on myös avauduttava.
Toisin kuin Hubble, Webb on pidettävä erittäin viileänä tehdäkseen työnsä. Siinä on kylmäjäähdytin auttaakseen sitä, mutta siinä on myös valtava aurinkovarjo. Tämä aurinkovarjo on viisi kerrosta ja erittäin suuri.
Tarvitsemme kaikki nämä komponentit käyttöön, jotta Webb voi tehdä asiansa. Eikä mitään tällaista ole aiemmin kokeiltu.
Webbin julkaisu on vain 7 kuukauden päässä. Se on todella lähellä, kun otetaan huomioon, että projekti melkein peruutettiin. Tiede on rukoskopia, joka on tehtävä sen jälkeen kun se on toiminut.
Mutta emme ole vielä paikalla, ja joudumme hermostuttavan käynnistämisen ja käyttöönoton läpi ennen kuin voimme todella innostua.
