Աղադիտակի տեսադաշտից հեռացված յուրաքանչյուր լրացուցիչ սանտիմետր բացվածքի, դիտարկման ժամանակի յուրաքանչյուր լրացուցիչ վայրկյանի և մթնոլորտային խառնաշփոթի յուրաքանչյուր լրացուցիչ ատոմի դեպքում Տիեզերքը կարելի է տեսնել ավելի լավ, ավելի խորը և ավելի պարզ:
Հաբլի 25 տարի
Երբ Hubble աստղադիտակը սկսեց գործել 1990 թվականին, այն սկիզբ դրեց աստղագիտության նոր դարաշրջանի՝ տիեզերքի: Այլևս մթնոլորտի հետ կռիվ չկար, ամպերի կամ էլեկտրամագնիսական թարթման մասին անհանգստություն չկար: Ընդամենը պահանջվում էր արբանյակը տեղակայել թիրախին, կայունացնել այն և հավաքել ֆոտոններ։ 25 տարվա ընթացքում տիեզերական աստղադիտակները սկսեցին ծածկել ողջ էլեկտրամագնիսական սպեկտրը՝ թույլ տալով առաջին անգամ դիտել տիեզերքը լույսի յուրաքանչյուր ալիքի երկարությամբ։
Բայց քանի որ մեր գիտելիքներն աճել են, այնքան աճել է անհայտի մեր հասկացողությունը: Որքան հեռու ենք նայում տիեզերքին, այնքան ավելի խորն ենք տեսնում անցյալը. Մեծ պայթյունից ի վեր ժամանակի վերջավորությունը, լույսի վերջավոր արագության հետ միասին, սահման է տալիս այն, ինչ մենք կարող ենք դիտարկել: Ավելին, տարածության ընդլայնումն ինքնին աշխատում է մեր դեմ՝ ձգելով ալիքի երկարությունըաստղերի լույսը, երբ այն շրջում է տիեզերքով դեպի մեր աչքերը: Նույնիսկ Hubble տիեզերական աստղադիտակը, որը տալիս է մեզ երբևէ հայտնաբերված տիեզերքի ամենախորը, ամենահիասքանչ պատկերը, այս առումով սահմանափակ է:
Հաբլի թերությունները
Հաբլը զարմանալի աստղադիտակ է, բայց այն ունի մի շարք հիմնարար սահմանափակումներ.
- Ընդամենը 2,4 մ տրամագծով, ինչը սահմանափակում է դրա թույլտվությունը:
- Չնայած այն պատված է արտացոլող նյութերով, այն մշտապես ենթարկվում է արևի ուղիղ ճառագայթների, ինչը տաքացնում է այն։ Սա նշանակում է, որ ջերմային էֆեկտների պատճառով այն չի կարող դիտել 1,6 մկմ-ից ավելի լույսի ալիքի երկարություն։
- Սահմանափակ բացվածքի և ալիքի երկարությունների համակցությունը նշանակում է, որ աստղադիտակը կարող է տեսնել 500 միլիոն տարուց ոչ ավելի հին գալակտիկաներ:
Այս գալակտիկաները գեղեցիկ են, հեռավոր և գոյություն ունեին այն ժամանակ, երբ տիեզերքը կազմում էր իր ներկայիս տարիքի ընդամենը մոտ 4%-ը: Բայց հայտնի է, որ աստղերն ու գալակտիկաները դեռ ավելի վաղ են եղել։
Սա տեսնելու համար աստղադիտակը պետք է ավելի բարձր զգայունություն ունենա: Սա նշանակում է շարժվել դեպի ավելի երկար ալիքների և ավելի ցածր ջերմաստիճանների, քան Hubble-ը: Ահա թե ինչու է կառուցվում Ջեյմս Ուեբ տիեզերական աստղադիտակը։
Գիտության հեռանկարներ
Ջեյմս Վեբ տիեզերական աստղադիտակը (JWST) նախագծված է հենց այս սահմանափակումները հաղթահարելու համար. 6,5 մ տրամագծով աստղադիտակը հավաքում է 7 անգամ ավելի շատ լույս, քան Հաբլը: Նա բացում էբարձր լուծաչափով ուլտրասպեկտրոսկոպիա 600 նմ-ից մինչև 6 մկմ (4 անգամ ավելի, քան ալիքի երկարությունը, որը կարող է տեսնել Հաբլը), սպեկտրի միջին ինֆրակարմիր հատվածում ավելի բարձր զգայունությամբ դիտարկումներ կատարելու համար, քան երբևէ: JWST-ն օգտագործում է պասիվ սառեցում Պլուտոնի մակերևույթի ջերմաստիճանի համեմատ և ի վիճակի է ակտիվորեն սառեցնել միջին ինֆրակարմիր գործիքները մինչև 7K:
Նա թույլ կտա.
- դիտեք երբևէ ձևավորված ամենավաղ գալակտիկաները;
- տեսնել չեզոք գազի միջով և հետազոտել առաջին աստղերը և տիեզերքի ռեիոնացումը;
- կատարել Մեծ պայթյունից հետո ձևավորված հենց առաջին աստղերի (III բնակչություն) սպեկտրոսկոպիկ վերլուծություն;
- ստացեք զարմանալի անակնկալներ, ինչպիսիք են տիեզերքի ամենավաղ գերզանգվածային սև խոռոչների և քվազարների հայտնաբերումը:
JWST-ի գիտական հետազոտությունների մակարդակը նման չէ անցյալի ոչ մի բանի, այդ իսկ պատճառով աստղադիտակն ընտրվեց որպես NASA-ի 2010-ականների առաջատար առաքելությունը:
Գիտական գլուխգործոց
Տեխնիկական տեսանկյունից Ջեյմս Ուեբ նոր աստղադիտակը իսկական արվեստի գործ է: Ծրագիրը երկար ճանապարհ է անցել՝ եղել են բյուջեի գերակատարումներ, ժամանակացույցի ուշացումներ և ծրագրի չեղարկման վտանգ: Նոր ղեկավարության միջամտությունից հետո ամեն ինչ փոխվեց։ Նախագիծը հանկարծ աշխատեց ժամացույցի պես, միջոցներ հատկացվեցին, սխալները, ձախողումները և խնդիրները հաշվի առնվեցին, և JWST թիմը սկսեց տեղավորվել.բոլոր ժամկետները, ժամանակացույցերը և բյուջետային շրջանակները: Սարքի արձակումը նախատեսված է 2018 թվականի հոկտեմբերին՝ Ariane-5 հրթիռով։ Թիմը ոչ միայն հավատարիմ է մնում ժամանակացույցին, այլև նրանց մնացել է ինը ամիս՝ հաշվի առնելու բոլոր չնախատեսված դեպքերը, որպեսզի համոզվեն, որ ամեն ինչ փաթեթավորված է և պատրաստ է այդ ամսաթվին:
Ջեյմս Ուեբ աստղադիտակը բաղկացած է 4 հիմնական մասից։
Օպտիկական բլոկ
Ներառում է բոլոր հայելիները, որոնցից ամենաարդյունավետը տասնութ առաջնային հատվածավորված ոսկեպատ հայելիներն են: Դրանք կօգտագործվեն հեռավոր աստղերի լույսը հավաքելու և այն վերլուծելու գործիքների վրա կենտրոնացնելու համար: Այս բոլոր հայելիներն այժմ պատրաստ են և անթերի, պատրաստված ճիշտ ժամանակացույցով: Հավաքվելուց հետո դրանք կծալվեն կոմպակտ կառույցի մեջ, որը կուղարկվի Երկրից ավելի քան 1 միլիոն կմ հեռավորության վրա մինչև L2 Lagrange կետ, այնուհետև ավտոմատ կերպով կտեղակայվեն՝ ձևավորելու բջիջ, որը երկար տարիներ կհավաքի ծայրահեղ հեռահար լույս: Սա իսկապես գեղեցիկ բան է և շատ մասնագետների տիտանական ջանքերի հաջող արդյունք։
Ինֆրակարմիր տեսախցիկի մոտ
Webb-ը հագեցած է չորս գիտական գործիքներով, որոնք 100%-ով պատրաստ են: Աստղադիտակի հիմնական տեսախցիկը մոտ IR տեսախցիկ է, որը տատանվում է տեսանելի նարնջագույն լույսից մինչև խորը ինֆրակարմիր: Այն կտրամադրի ամենավաղ աստղերի, դեռևս ձևավորման փուլում գտնվող ամենաերիտասարդ գալակտիկաների, Ծիր Կաթինի երիտասարդ աստղերի և մոտակա գալակտիկաների, Կոյպերի գոտու հարյուրավոր նոր օբյեկտների աննախադեպ պատկերներ: Նա էօպտիմիզացված է այլ աստղերի շուրջ մոլորակների ուղիղ պատկերման համար: Սա կլինի հիմնական տեսախցիկը, որն օգտագործվում է դիտորդների մեծ մասի կողմից:
Մոտ ինֆրակարմիր սպեկտրոգրաֆ
Այս գործիքը ոչ միայն բաժանում է լույսը առանձին ալիքի երկարությունների, այլև ունակ է դա անել միաժամանակ ավելի քան 100 առանձին օբյեկտների համար: Այս գործիքը կլինի ունիվերսալ Webba սպեկտրոգրաֆ, որը կարող է աշխատել 3 տարբեր սպեկտրոսկոպիայի ռեժիմներով: Այն կառուցվել է Եվրոպական տիեզերական գործակալության կողմից, սակայն շատ բաղադրիչներ, այդ թվում՝ դետեկտորներ և մի քանի դարպասներով մարտկոց, տրամադրվել են Տիեզերական թռիչքների կենտրոնի կողմից։ Գոդարդ (NASA). Այս սարքը փորձարկվել է և պատրաստ է տեղադրման:
միջին ինֆրակարմիր գործիք
Սարքը կօգտագործվի լայնաշերտ պատկերավորման համար, այսինքն՝ կստեղծի ամենատպավորիչ պատկերները բոլոր Webb գործիքներից։ Գիտական տեսանկյունից այն առավել օգտակար կլինի երիտասարդ աստղերի շուրջ նախամոլորակային սկավառակների չափման, Կոյպերի գոտու առարկաների և աստղերի լույսով տաքացած փոշու աննախադեպ ճշգրտությամբ չափելու և պատկերելու համար: Դա կլինի միակ գործիքը, որը կսառեցվի մինչև 7 Կ.
Անշեղ մոտ IR սպեկտրոգրաֆ (NIRISS)
Սարքը թույլ կտա արտադրել՝
- լայնանկյուն սպեկտրոսկոպիա մոտ ինֆրակարմիր ալիքի երկարություններում (1,0 - 2,5 մկմ);
- գրիզմի սպեկտրոսկոպիատեսանելի և ինֆրակարմիր միջակայք (0,6 - 3,0 մկմ);
- բացվածքը քողարկող ինտերֆերոմետրիա 3,8 - 4,8 մկմ ալիքի երկարությամբ (որտեղ սպասվում են առաջին աստղերն ու գալակտիկաները);
- ամբողջ տեսադաշտի լայնածավալ նկարահանում։
Մեկ օբյեկտի
Այս գործիքը ստեղծվել է Կանադայի տիեզերական գործակալության կողմից: Կրիոգենային փորձարկումն անցնելուց հետո այն պատրաստ կլինի նաև աստղադիտակի գործիքների խցիկում ինտեգրվելու համար։
Արևապաշտպան
Տիեզերական աստղադիտակները դեռ համալրված չեն դրանցով։ Ամեն մեկնարկի ամենավախեցնող կողմերից մեկը բոլորովին նոր նյութի օգտագործումն է: Ամբողջ տիեզերանավը մեկանգամյա սպառվող հովացուցիչ նյութով ակտիվորեն սառեցնելու փոխարեն, Ջեյմս Ուեբ աստղադիտակը օգտագործում է բոլորովին նոր տեխնոլոգիա՝ 5-շերտ արևապաշտպան, որը կտեղակայվի աստղադիտակից արևային ճառագայթումն արտացոլելու համար: 25 մետրանոց հինգ թիթեղները կմիացվեն տիտանի ձողերով և կտեղադրվեն աստղադիտակի գործարկումից հետո։ Պաշտպանությունը փորձարկվել է 2008 և 2009 թվականներին: Լաբորատոր փորձարկումներին մասնակցած լայնածավալ մոդելներն արեցին այն ամենը, ինչ պետք է անեին այստեղ՝ Երկրի վրա: Սա գեղեցիկ նորամուծություն է։
Դա նաև անհավանական հասկացություն է. ոչ միայն փակել Արեգակի լույսը և աստղադիտակը դնել ստվերում, այլ դա անել այնպես, որ ամբողջ ջերմությունը ճառագայթվի աստղադիտակի կողմնորոշման հակառակ ուղղությամբ: Տիեզերական վակուումի հինգ շերտերից յուրաքանչյուրը սառը կդառնա, երբ հեռանում է արտաքինից, որը մի փոքր ավելի տաք կլինի, քան ջերմաստիճանը:Երկրի մակերեսը` մոտ 350-360 Կ: Վերջին շերտի ջերմաստիճանը պետք է իջնի մինչև 37-40 Կ, ինչը ավելի ցուրտ է, քան գիշերը Պլուտոնի մակերեսին:
Բացի այդ, նշանակալի նախազգուշական միջոցներ են ձեռնարկվել խորը տիեզերքի դաժան միջավայրից պաշտպանվելու համար: Այստեղ անհանգստանալու պատճառներից մեկն են մանր խճաքարերի, ավազի հատիկները, փոշու բծերը և նույնիսկ ավելի փոքրերը, որոնք թռչում են միջմոլորակային տարածության միջով ժամում տասնյակ կամ նույնիսկ հարյուր հազարավոր կիլոմետր արագությամբ: Այս միկրոմետեորիտներն ի վիճակի են փոքրիկ, մանրադիտակային անցքեր անել այն ամենի մեջ, ինչի հետ հանդիպում են՝ տիեզերանավ, տիեզերագնացների կոստյումներ, աստղադիտակի հայելիներ և այլն: Եթե հայելիները ստանում են միայն փորվածքներ կամ անցքեր, ինչը մի փոքր նվազեցնում է հասանելի «լավ լույսի» քանակը, ապա արևային վահանը կարող է պատռվել ծայրից ծայր՝ դարձնելով ամբողջ շերտը անօգուտ: Այս երեւույթի դեմ պայքարելու համար կիրառվել է մի փայլուն գաղափար։
Ամբողջ արևային վահանը բաժանված է հատվածների այնպես, որ եթե դրանցից մեկում, երկուսում կամ նույնիսկ երեքում փոքր բաց լինի, շերտն ավելի չի պատռվի, ինչպես դիմապակու ճեղքը։ մեքենա. Բաժանումը կպահի ամբողջ կառուցվածքը, ինչը կարևոր է դեգրադացիան կանխելու համար:
Տիեզերանավ. հավաքման և կառավարման համակարգեր
Սա ամենատարածված բաղադրիչն է, ինչպես ունեն բոլոր տիեզերական աստղադիտակները և գիտական առաքելությունները: JWST-ում այն եզակի է, բայց նաև լիովին պատրաստ: Ծրագրի գլխավոր կապալառու Նորթրոպ Գրումմանին մնում էր միայն ավարտել վահանը, հավաքել աստղադիտակը և փորձարկել այն։ Մեքենան պատրաստ կլինիմեկնարկը 2 տարուց։
բացահայտման 10 տարի
Եթե ամեն ինչ ճիշտ ընթանա, մարդկությունը կլինի մեծ գիտական հայտնագործությունների շեմին. Չեզոք գազի շղարշը, որը մինչ այժմ ծածկել է ամենավաղ աստղերի և գալակտիկաների տեսադաշտը, կվերացվի Webb-ի ինֆրակարմիր հնարավորությունների և նրա հսկայական պայծառության շնորհիվ: Դա կլինի երբևէ կառուցված ամենամեծ, ամենազգայուն աստղադիտակը՝ 0,6-ից մինչև 28 միկրոն ալիքի երկարության հսկայական միջակայքով (մարդու աչքը տեսնում է 0,4-ից 0,7 մկմ): Ակնկալվում է, որ այն կտրամադրի մեկ տասնամյակի դիտարկումներ:
ՆԱՍԱ-ի տվյալներով՝ Webb առաքելության կյանքը կկազմի 5,5-ից 10 տարի։ Այն սահմանափակված է ուղեծրը պահպանելու համար անհրաժեշտ շարժիչային նյութի քանակով և էլեկտրոնիկայի և սարքավորումների կյանքի տևողությամբ տիեզերքի դաժան միջավայրում: Ջեյմս Ուեբ ուղեծրային աստղադիտակը վառելիք է կրելու ամբողջ 10 տարվա ընթացքում, իսկ մեկնարկից 6 ամիս անց թռիչքների աջակցության փորձարկումներ կիրականացվեն, ինչը երաշխավորում է 5 տարվա գիտական աշխատանք։
Ի՞նչը կարող է սխալ լինել:
Հիմնական սահմանափակող գործոնը ինքնաթիռում վառելիքի քանակն է: Երբ այն ավարտվի, արբանյակը կհեռանա L2 Lagrange կետից՝ մտնելով քաոսային ուղեծիր Երկրի անմիջական մերձակայքում:
Սրա հետ եկեք, այլ անախորժություններ կարող են պատահել:
- հայելիների դեգրադացիա, որը կազդի հավաքված լույսի քանակի վրա և կստեղծի պատկերային արտեֆակտներ, բայց չի վնասի աստղադիտակի հետագա աշխատանքը;
- արևային էկրանի մի մասի կամ ամբողջի խափանում, որը կհանգեցնի աճիտիեզերանավի ջերմաստիճանը և օգտագործելի ալիքի երկարության միջակայքը նեղացնել մինչև շատ մոտ ինֆրակարմիր (2-3 մկմ);
- Միջին IR գործիքների հովացման համակարգի խափանում, որն այն դարձնում է անօգտագործելի, բայց չի ազդում այլ գործիքների վրա (0,6-ից 6 մկմ):
Ամենադժվար փորձությունը, որը սպասվում է Ջեյմս Ուեբ աստղադիտակին, արձակումն ու տեղադրումն է տվյալ ուղեծիր: Այս իրավիճակները փորձարկվեցին և հաջողությամբ ավարտվեցին:
Հեղափոխություն գիտության մեջ
Եթե Ջեյմս Ուեբ աստղադիտակը գործարկվի, ապա 2018-ից 2028 թվականներին այն սնուցելու համար բավականաչափ վառելիք կլինի: Բացի այդ, կա վառելիքով լիցքավորման ներուժ, որը կարող է երկարացնել աստղադիտակի կյանքը ևս մեկ տասնամյակով: Ճիշտ այնպես, ինչպես Hubble-ը գործում է 25 տարի, JWST-ը կարող է ապահովել հեղափոխական գիտության սերունդ: 2018 թվականի հոկտեմբերին Ariane 5 մեկնարկային մեքենան ուղեծիր դուրս կգա ապագա աստղագիտության ուղեծիր, որն ավելի քան 10 տարվա քրտնաջան աշխատանքից հետո պատրաստ է սկսել իր պտուղները: Տիեզերական աստղադիտակների ապագան գրեթե այստեղ է։
