Duchové hlubokého vesmíru
Někdo kdysi řekl: Tvůrci HST potřebují postavit pomník v každém větším městě na Zemi. Má spoustu zásluh. Astronomové například pomocí tohoto dalekohledu vyfotili velmi vzdálenou galaxii UDFj-39546284. V lednu 2011 vědci zjistili, že se nachází dále než předchozí držitel rekordu - UDFy -38135539 - asi o 150 milionů světelných let. Galaxy UDFj-39546284 je od nás vzdálená 13,4 miliardy světelných let. To znamená, že Hubble viděl hvězdy, které existovaly před více než 13 miliardami let, 380 milionů let po Velkém třesku. Tyto objekty pravděpodobně nejsou dlouho „živé“: vidíme pouze světlo dávno mrtvých hvězd a galaxií.
Hubbleův vesmírný dalekohled je však technologií minulého tisíciletí: byl vypuštěn v roce 1990. Technologie samozřejmě za ta léta udělala velký pokrok. Pokud by se Hubbleův teleskop objevil v naší době, jeho schopnosti by kolosálním způsobem překonaly původní verzi. Tak vznikl James Webb.
Proč je „James Webb“užitečný
Nový dalekohled, stejně jako jeho předchůdce, je také oběžnou infračervenou observatoří. To znamená, že jeho hlavním úkolem bude studium tepelného záření. Připomeňme, že předměty zahřáté na určitou teplotu vyzařují energii v infračerveném spektru. Vlnová délka závisí na teplotě ohřevu: čím je vyšší, tím je vlnová délka kratší a záření je intenzivnější.
Mezi teleskopy je však jeden koncepční rozdíl. Hubble je na nízké oběžné dráze Země, to znamená, že obíhá kolem Země ve výšce asi 570 km. James Webb bude vypuštěn na oběžnou dráhu halo v bodě L2 Lagrange systému Slunce-Země. Bude se točit kolem Slunce a na rozdíl od situace s Hubbleem do něj Země nezasáhne. Problém nastává okamžitě: čím dále je předmět od Země, tím obtížnější je s ním kontaktovat, tím vyšší je riziko jeho ztráty. Proto se „James Webb“bude pohybovat kolem hvězdy synchronizovaně s naší planetou. V tomto případě bude vzdálenost dalekohledu od Země 1,5 milionu km v opačném směru od Slunce. Pro srovnání je vzdálenost Země od Měsíce 384 403 km. To znamená, že pokud zařízení James Webb selže, s největší pravděpodobností se jej nepodaří opravit (s výjimkou dálkového ovládání, které přináší závažná technická omezení). Slibný dalekohled je proto nejen spolehlivý, ale také super spolehlivý. Je to částečně způsobeno neustálým odkládáním data spuštění.
James Webb má ještě jeden důležitý rozdíl. Zařízení mu umožní soustředit se na velmi staré a studené předměty, které Hubble nemohl vidět. Tímto způsobem zjistíme, kdy a kde se objevily první hvězdy, kvasary, galaxie, kupy a nadkupy galaxií.
Nejzajímavějšími nálezy, které nový dalekohled dokáže, jsou exoplanety. Abychom byli přesnější, mluvíme o určení jejich hustoty, což nám umožní pochopit, jaký typ objektu je před námi a zda taková planeta může být potenciálně obyvatelná. S pomocí Jamese Webba vědci také doufají, že shromáždí data o hmotách a průměrech vzdálených planet, a tím se otevřou nová data o domovské galaxii.
Vybavení dalekohledu umožní detekci chladných exoplanet s povrchovými teplotami až 27 ° C (průměrná teplota na povrchu naší planety je 15 ° C).„James Webb“bude schopen najít takové objekty umístěné ve vzdálenosti více než 12 astronomických jednotek (tj. Vzdálenost Země od Slunce) od jejich hvězd a vzdálené od Země ve vzdálenosti až 15 světel let. Vážné plány se týkají atmosféry planet. Dalekohledy Spitzer a Hubble dokázaly shromáždit informace o zhruba stovce plynových obálek. Podle odborníků bude nový teleskop schopen prozkoumat nejméně tři sta atmosfér různých exoplanet.
Samostatným bodem, který stojí za zdůraznění, je hledání hypotetických hvězdných populací typu III, které by měly tvořit první generaci hvězd, která se objevila po Velkém třesku. Podle vědců jde o velmi těžká svítidla s krátkou životností, která už samozřejmě neexistují. Tyto objekty měly velkou hmotnost kvůli nedostatku uhlíku potřebného pro klasickou termonukleární reakci, při které se těžký vodík přeměňuje na lehké helium a přebytečná hmota se přeměňuje na energii. Kromě toho všeho bude nový teleskop schopen podrobně studovat dříve neprozkoumaná místa, kde se rodí hvězdy, což je také velmi důležité pro astronomii.
- Hledání a studium nejstarších galaxií;
- Hledat exoplanety podobné Zemi;
- Detekce hvězdných populací třetího typu;
- Průzkum „hvězdných kolébek“
Designové vlastnosti
Zařízení vyvinuly dvě americké společnosti - Northrop Grumman a Bell Aerospace. Vesmírný teleskop Jamese Webba je mistrovským dílem techniky. Nový dalekohled váží 6, 2 tuny - pro srovnání, Hubble má hmotnost 11 tun. Ale pokud lze starý dalekohled srovnávat co do velikosti s nákladním autem, pak je nový srovnatelný s tenisovým kurtem. Jeho délka dosahuje 20 m a jeho výška je stejná jako u třípodlažní budovy. Největší částí vesmírného dalekohledu Jamese Webba je obrovský sluneční štít. Toto je základ celé struktury vytvořené z polymerového filmu. Na jedné straně je pokryta tenkou vrstvou hliníku a na druhé straně - kovovým křemíkem.
Sluneční štít má několik vrstev. Díry mezi nimi jsou vyplněny vakuem. To je nezbytné k ochraně zařízení před „úpalem“. Tento přístup umožňuje ochlazovat matice citlivé na –220 ° C, což je velmi důležité při pozorování vzdálených objektů. Faktem je, že navzdory dokonalým senzorům nemohli vidět objekty kvůli jiným „horkým“detailům „Jamese Webba“.
Uprostřed struktury je obrovské zrcadlo. Jedná se o „nadstavbu“, která je potřebná k zaostření paprsků světla - zrcadlo je narovná a vytvoří jasný obraz. Průměr hlavního zrcadla dalekohledu Jamese Webba je 6,5 m. Obsahuje 18 bloků: během startu nosné rakety budou tyto segmenty v kompaktní podobě a otevřou se až poté, co se kosmická loď dostane na oběžnou dráhu. Každý segment má šest rohů, aby co nejlépe využil dostupný prostor. A zaoblený tvar zrcátka umožňuje nejlepší zaostření světla na detektory.
Pro výrobu zrcadla bylo vybráno berýlium - relativně tvrdý kov světle šedé barvy, který se mimo jiné vyznačuje vysokými náklady. Mezi výhody této volby patří skutečnost, že berylium si zachovává svůj tvar i při velmi nízkých teplotách, což je pro správný sběr informací velmi důležité.
Vědecké přístroje
Kontrola slibného dalekohledu by byla neúplná, kdybychom se nezaměřili na jeho hlavní nástroje:
MIRI. Toto je zařízení se středním infračerveným zářením. Součástí je kamera a spektrograf. MIRI obsahuje několik polí detektorů arsenu a křemíku. Díky senzorům tohoto zařízení astronomové doufají, že zváží červený posun vzdálených objektů: hvězd, galaxií a dokonce i malých komet. Kosmologický rudý posuv se nazývá pokles frekvencí záření, což je vysvětleno dynamickou vzdáleností zdrojů od sebe v důsledku rozpínání Vesmíru. Nejzajímavější je, že nejde jen o opravu toho či onoho vzdáleného objektu, ale o získání velkého množství dat o jeho vlastnostech.
NIRCam nebo infračervená kamera v blízkosti je hlavní zobrazovací jednotkou dalekohledu. NIRCam je komplex senzorů rtuť-kadmium-telur. Pracovní rozsah zařízení NIRCam je 0,6-5 mikronů. Je těžké si dokonce představit, jaká tajemství NIRCam pomůže rozluštit. Vědci jej například chtějí použít k vytvoření mapy temné hmoty pomocí takzvané metody gravitační čočky, tj. nalezení sraženin temné hmoty podle jejich gravitačního pole, znatelné zakřivením trajektorie blízkého elektromagnetického záření.
NIRSpec. Bez blízkého infračerveného spektrografu by nebylo možné určit fyzikální vlastnosti astronomických objektů, jako je hmotnost nebo chemické složení. NIRSpec může poskytovat spektroskopii se středním rozlišením v rozsahu vlnových délek 1-5 μm a spektroskopii s nízkým rozlišením s vlnovými délkami 0,6-5 μm. Zařízení se skládá z mnoha buněk s individuálním ovládáním, které vám umožňuje zaostřit na konkrétní objekty a „odfiltrovat“zbytečné záření.
FGS / NIRISS. Jedná se o dvojici skládající se z přesného zaměřovacího senzoru a blízkého infračerveného zobrazovacího zařízení s bezrozřezovým spektrografem. Díky senzoru přesného navádění (FGS) bude dalekohled schopen zaostřit co nejpřesněji a díky NIRISS mají vědci v úmyslu provést první orbitální testy dalekohledu, které poskytnou obecnou představu o jeho stavu. Rovněž se věří, že zobrazovací zařízení bude hrát důležitou roli při pozorování vzdálených planet.
Formálně hodlají dalekohled provozovat pět až deset let. Jak však ukazuje praxe, toto období lze prodloužit na neurčito. A „James Webb“nám může poskytnout mnohem užitečnější a jednoduše zajímavější informace, než by si kdo dokázal představit. Nyní si navíc nelze ani představit, jaké „monstrum“nahradí „Jamese Webba“a kolik bude jeho stavba stát.
Ještě na jaře 2018 se cena projektu zvýšila na nepředstavitelných 9,66 miliardy USD. Pro srovnání, roční rozpočet NASA je přibližně 20 miliard USD a Hubble v době stavby měl hodnotu 2,5 miliardy USD. Jinými slovy, James Webb se již zapsal do historie jako nejdražší dalekohled a jeden z nejdražších projektů v historii průzkumu vesmíru. Více stojí pouze lunární program, Mezinárodní vesmírná stanice, raketoplány a globální systém určování polohy GPS. „James Webb“má však vše před sebou: jeho cena se může ještě zvýšit. A přestože se na jeho stavbě podíleli odborníci ze 17 zemí, lví podíl na financování stále spočívá na bedrech USA. Pravděpodobně tomu tak bude i nadále.
