Svemirski teleskop "James Webb"

mini|upright=1.2|alt=|James Webb svemirski teleskop Svemirski teleskop James Webb (JWST) nasljednik je Svemirskog teleskopa Hubble, dizajniran prvenstveno za provođenje infracrvene astronomije. Kao najveći optički teleskop u svemiru, njegova značajno poboljšana infracrvena rezolucija i osjetljivost mu omogućavaju da vidi objekte koji su previše stari, udaljeni ili blijedi za teleskop Hubble ili zemaljske teleskope. Očekuje se da će ovo omogućiti širok spektar istraživanja u oblastima astronomije i kosmologije, kao što su posmatranje prvih zvijezda i formiranje prvih galaksija, te detaljna atmosferska karakterizacija potencijalno nastanjivih egzoplaneta.

Američka Nacionalna uprava za aeronautiku i svemir (NASA) vodila je razvoj JWST-a u saradnji sa Evropskom svemirskom agencijom (ESA) i Kanadskom svemirskom agencijom (CSA). NASA Goddard Space Flight Center (GSFC) u Marylandu upravljao je razvojem teleskopa, Institut Space Telescope Science Institute u Baltimoru u Homewood kampusu Univerziteta Johns Hopkins upravlja JWST, a glavni izvođač je bio Northrop Grumman. Teleskop je nazvan po Jamesu E. Webbu, koji je bio administrator NASA-e od 1961. do 1968. tokom programa Mercury, Gemini i Apolo.

U novembru 2011, Kongres SAD je promijenio svoj plan obustave JWST-a, i umjesto toga dodao sredstva za kompletiranje projekta, u ukupnom iznosu od 8 milijardi američkih dolara.http://www.reuters.com/article/2011/11/16/us-usa-space-budget-idUSTRE7AF06320111116 (en)

U planu je bilo da teleskop bude lansiran u orbitu 30. marta 2021, međutim, tada je postojalo samo dvanaest procenata šansi da će se to desiti u predviđenom roku zbog situacije sa koronavirusom.. Lansiran je u decembru 2021. na raketi Ariane 5 iz Kouroua, Francuska Gvajana, i stigao je na tačku Sunce-Zemlja L2 Lagrange u januaru 2022. Od jula 2022., JWST treba naslijediti Hubble kao NASA-inu vodeću misiju u astrofizici. Prva slika sa JWST-a objavljena je javnosti putem konferencije za novinare 11. jula 2022.Fisher, Alise; Pinol, Natasha; Betz, Laura (11 July 2022). "President Biden Reveals First Image from NASA's Webb Telescope". NASA. Pristupljeno 12 jula 2022.

Primarno ogledalo JWST-a sastoji se od 18 heksagonalnih segmenata ogledala napravljenih od pozlaćenog berilijuma koji zajedno stvaraju ogledalo prečnika 6,5 metara (21 stopu), u poređenju sa Hubbleovim 2,4 m (7,9 stopa). Ovo daje JWST-u površinu za prikupljanje svjetlosti od oko 25 m2, oko šest puta više od Hubblea.

Za razliku od Hubblea, koji posmatra u bliskom ultraljubičastom, vidljivom i bliskom infracrvenom (0,1–1,7 μm) spektru, JWST će promatrati u nižem frekvencijskom rasponu, od dugovalne vidljive svjetlosti (crvene) do srednje infracrvene (0,6–28,3 μm) ).

Teleskop mora biti izuzetno hladan, ispod 50 K (−223 °C; −370 °F), tako da infracrvena svjetlost koju emituje sam teleskop ne ometa prikupljenu svjetlost. Raspoređen je u solarnoj orbiti u blizini Lagrange tačke Sunce–Zemlja L2, oko 1,5 miliona kilometara od Zemlje, gde ga njegov petoslojni zaštitni štit štiti od zagrijavanja Sunca, Zemlje i Mjeseca.

Prvobitni dizajni za teleskop, tada nazvan Svemirski teleskop nove generacije, kreiran je 1996. Dvije konceptualne studije su naručene 1999, za potencijalno lansiranje 2007. i budžet od milijardu američkih dolara. Program je bio opterećen ogromnim prekoračenjem troškova i kašnjenjima; veliki redizajn 2005. doveo je do sadašnjeg pristupa, sa izgradnjom završenom 2016. uz ukupnu cijenu od 10 milijardi američkih dolara.

Karakteristike mini|desno|Webbova prva slika galaktičkog jata SMACS 0723 dubokog polja (objavljena 11. jula 2022.) Svemirski teleskop James Webb ima masu koja je otprilike polovina mase svemirskog teleskopa Hubble. JWST ima primarno ogledalo od berilijuma obloženo zlatom prečnika 6,5 metara (21 stopu) koje se sastoji od 18 zasebnih šestougaonih ogledala. Ogledalo ima uglačanu površinu od 26,3 m2, od čega je 0,9 m2 zaklonjeno sekundarnim potpornim podupiračima,Lallo, Matthew D. (2012). "Experience with the Hubble Space Telescope: 20 years of an archetype". Optical Engineering. 51 (1): 011011–011011–19. arXiv:1203.0002. Bibcode:2012OptEn..51a1011L. doi:10.1117/1.OE.51.1.011011. S2CID 15722152. što daje ukupnu sabirnu površinu od 25,4 m2. Ovo je preko šest puta veće od površine sakupljanja Hubbleovog ogledala prečnika 2,4 metra (7,9 stopa), koje ima sabirnu površinu od 4,0 m2. Ogledalo ima zlatni premaz koji pruža infracrvenu refleksiju i koji je prekriven tankim slojem stakla radi izdržljivosti.

JWST je prvenstveno dizajniran za blisku infracrvenu astronomiju, ali može vidjeti i narandžastu i crvenu vidljivu svjetlost, kao i srednje infracrveno područje, ovisno o instrumentu. Može detektovati objekte do 100 puta slabije od Hubblea, i objekte mnogo ranije u historiji svemira, nazad do crvenog pomaka z≈20 (oko 180 miliona godina kosmičkog vremena nakon Velikog praska)."A Deeper Sky | by Brian Koberlein". briankoberlein.com. Za poređenje, smatra se da su najranije zvijezde nastale između z≈30 i z≈20 (100-180 miliona godina kosmičkog vremena), a prve galaksije su se mogle formirati oko crvenog pomaka z≈15 (oko 270 miliona godina kosmičkog vremena). Habl ne može da vidi dalje od veoma rane rejonizacijeShelton, Jim (3 March 2016). "Shattering the cosmic distance record, once again". Yale University. Pristupljeno 13. juli 2022. na oko z≈11,1 (galaksija GN-z11, 400 miliona godina kosmičko vrijeme) .Oesch, P. A.; Brammer, G.; van Dokkum, P.; et al. (March 2016). "A Remarkably Luminous Galaxy at z=11.1 Measured with Hubble Space Telescope Grism Spectroscopy". The Astrophysical Journal. 819 (2). 129. arXiv:1603.00461. Bibcode:2016ApJ...819..129O. doi:10.3847/0004-637X/819/2/129. S2CID 119262750.

Dizajn naglašava veće mogućnosti u oblasti osmatranja blisko do srednje infracrvenog spektra iz nekoliko razloga: Objekti s visokim crvenim pomakom (vrlo rani i udaljeni) imaju vidljive emisije pomjerene u infracrvenu, te se stoga njihova svjetlost danas može promatrati samo putem infracrvene astronomije; infracrvena svjetlost lakše prolazi kroz oblake prašine nego vidljiva svjetlost"Comparison: Webb vs Hubble Telescope – Webb/NASA" . www.jwst.nasa.gov. Pristupljeno 14. jula 2022. hladniji objekti kao što su diskovi čestica i planete najjače emituju u infracrvenom zračenju; ove infracrvene raspone je teško proučavati sa zemlje ili pomoću postojećih svemirskih teleskopa kao što je Hubble.

Zemaljski teleskopi moraju gledati kroz Zemljinu atmosferu, koja je neprozirna u mnogim infracrvenim rasponima (vidi sliku atmosferske apsorpcije). Čak i tamo gdje je atmosfera prozirna, mnoga ciljana hemijska jedinjenja, kao što su voda, ugljični dioksid i metan, također postoje u Zemljinoj atmosferi, što uvelike otežava analizu. Postojeći svemirski teleskopi kao što je Hubble ne mogu proučavati ove pojaseve jer njihova ogledala nisu dovoljno hladna (Hubble ogledalo se održava na oko 15 °C [288 K; 59 °F]), tako da sam teleskop jako zrači u infracrvenim opsezima ."Infrared astronomy from earth orbit". Infrared Processing and Analysis Center, NASA Spitzer Science Center, California Institute of Technology. 2017. Archived from the original on 21 December 2016. Public Domain Ovaj članak sadrži tekst iz ovog izvora koji je u javnom vlasništvu.

JWST također može promatrati obližnje objekte, uključujući objekte u Sunčevom sistemu, koji imaju prividnu ugaonu brzinu kretanja od 0,030 lučnih sekundi u sekundi ili manje. Ovo uključuje sve planete i satelite, komete i asteroide izvan Zemljine orbite, i "praktično sve" poznate objekte Kuiperovog pojasa. Osim toga, može uočiti oportunističke i neplanirane ciljeve u roku od 48 sati od odluke da to učini, kao što su supernove i eksplozije gama zraka.

Lokacija i orbita thumb|lijevo|180px|Grubi prikaz Zemljine atmosferske propustljivosti (ili neprozirnosti) za različite talasne dužine elektromagnetnog zračenja, uključujući vidljivu svjetlost JWST radi u orbiti, kruži oko tačke u svemiru poznate kao Lagrangeova tačka Sunce-Zemlja L2, otprilike 1.500.000 km izvan Zemljine orbite oko Sunca. Njegov stvarni položaj varira između oko 250.000 i 832.000 km oko tačke L2 dok orbitira, držeći ga podalje od Zemljine i Mjesečeve sjene. Poređenja radi, Hubble kruži 550 km iznad Zemljine površine, a Mjesec je otprilike 400.000 km od Zemlje. Objekti u blizini ove L2 tačke Sunce-Zemlja mogu kružiti oko Sunca u sinhronoj liniji sa Zemljom, omogućavajući teleskopu da ostane na otprilike konstantnoj udaljenosti sa kontinuiranom orijentacijom svog jedinstvenog sunčevog štitnika opreme prema Suncu, Zemlji i Mjesecu. U kombinaciji sa svojom širokom orbitom koja izbjegava sjenke, teleskop može istovremeno blokirati dolaznu toplinu i svjetlost iz sva tri ova tijela i izbjeći čak i najmanje promjene temperature od Zemljinih i Mjesečevih sjenki koje bi uticale na strukturu, ali i dalje održava neprekidnu sunčevu energiju i Zemaljske komunikacije na njegovoj strani okrenutoj prema suncu. Ovaj raspored održava temperaturu svemirskog broda konstantnom i ispod 50 K (-223 °C; -370 °F) neophodnih za slaba infracrvena posmatranja ."The Sunshield" . nasa.gov. NASA. Retrieved 28 August 2016. Public Domain Ovaj članak sadrži tekst iz ovog izvora koji je u javnom vlasništvu.

Zaštita od sunca thumb|desno|180px|Testna jedinica suncobrana složena i proširena u postrojenju Northrop Grumman u Kaliforniji, 2014. Da bi se vršila osmatranja u infracrvenom spektru, JWST se mora održavati na temperaturama ispod 50 K (−223,2 °C; −369,7 °F); inače bi infracrveno zračenje iz samog teleskopa preplavilo njegove instrumente. Stoga koristi veliki štitnik od sunca da blokira svjetlost i toplinu od Sunca, Zemlje i Mjeseca, a kako je već navedeno, njegov položaj blizu Sunca-Zemlje L2 drži sva tri tijela na istoj strani svemirske letjelice u svakom trenutku. Njegova orbita oko L2 tačke izbjegava sjenku Zemlje i Mjeseca, održavajući konstantno okruženje za zaštitu od sunca i sunčevih zračenja. Zaštita održava stabilnu temperaturu za dijelove na tamnoj strani, što je ključno za održavanje preciznog poravnanja primarnih segmenata ogledala u prostoru.

Petoslojni štitnik od sunca, svaki sloj tanak kao dlakljudske kose,"Sunshield Coatings Webb/NASA" . jwst.nasa.gov. Archived from the original on 29 December 2021. Pristupljeno 18. jula 2022. Ovaj članak uključuje tekst iz ovog izvora koji je u javnom vlasništvu. je napravljen od Kapton E, komercijalno dostupnog poliimidnog filma iz DuPont-a, s membranama posebno obloženim aluminijem s obje strane i slojem poluprovodnog silicijuma prema Suncu okrenutoj strana; dva najtoplija sloja predviđena su da reflektuje sunčevu toplotu nazad u svemir. Slučajno kidanje delikatne strukture filma tokom testiranja postavljanja 2018. dovele su do daljnjih kašnjenja lansiranja teleskopa.

Štitnik za sunce je dizajniran da se preklopi dvanaest puta tako da stane u nosivi dio rakete Ariane 5, koji ima 4,57 m u prečniku i 16,19 m dužine. Dimenzije potpuno postavljenog štita bile su planirane u mjeri 14,162 m × 21,197 m. Štitnik za sunce je ručno sastavljen u ManTech (NeXolve) u Huntsvilleu, Alabama, prije nego što je isporučen Northrop Grumman u Redondo Beach, Kalifornija, na testiranje.

Zbog zaštite od sunca, JWST nema neograničeno polje osmatranja u bilo kom trenutku. Teleskop može vidjeti 40 posto neba iz jedne pozicije i može vidjeti cijelo nebo u periodu od šest mjeseci.

Optika thumb|desno|180px|Inženjeri čiste probno ogledalo snijegom od ugljičnog dioksida, 2015