Geister des Weltraums
Jemand hat einmal gesagt: Die Schöpfer von Hubble müssen in jeder größeren Stadt der Erde ein Denkmal errichten. Er hat viele Verdienste. Mit Hilfe dieses Teleskops haben Astronomen beispielsweise ein Bild der sehr weit entfernten Galaxie UDFj-39546284 aufgenommen. Im Januar 2011 fanden Wissenschaftler heraus, dass er etwa 150 Millionen Lichtjahre weiter liegt als der bisherige Rekordhalter UDFy-38135539. Die Galaxie UDFj-39546284 ist 13,4 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Das heißt, Hubble sah Sterne, die vor mehr als 13 Milliarden Jahren existierten, 380 Millionen Jahre nach dem Urknall. Diese Objekte sind wohl noch lange nicht „lebendig“: Wir sehen nur das Licht längst verstorbener Sterne und Galaxien.
Aber bei all seinen Vorzügen ist das Hubble-Weltraumteleskop die Technologie des vergangenen Jahrtausends: Es wurde 1990 gestartet. Natürlich hat die Technik im Laufe der Jahre große Fortschritte gemacht. Wenn das Hubble-Teleskop in unserer Zeit auftauchte, hätten seine Fähigkeiten die ursprüngliche Version in kolossaler Weise übertroffen. So ist James Webb entstanden.
Warum "James Webb" nützlich ist
Das neue Teleskop ist wie sein Vorfahre auch ein umlaufendes Infrarot-Observatorium. Das bedeutet, dass seine Hauptaufgabe darin besteht, die Wärmestrahlung zu untersuchen. Denken Sie daran, dass Gegenstände, die auf eine bestimmte Temperatur erhitzt sind, Energie im Infrarotspektrum emittieren. Die Wellenlänge hängt von der Heiztemperatur ab: Je höher sie ist, desto kürzer ist die Wellenlänge und desto intensiver die Strahlung.
Es gibt jedoch einen konzeptionellen Unterschied zwischen Teleskopen. Hubble befindet sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn, das heißt, er umkreist die Erde in einer Höhe von etwa 570 km. James Webb wird am L2 Lagrange-Punkt des Sonne-Erde-Systems in eine Halo-Umlaufbahn geschossen. Es wird sich um die Sonne drehen, und anders als beim Hubble wird die Erde es nicht stören. Das Problem tritt sofort auf: Je weiter ein Objekt von der Erde entfernt ist, desto schwieriger ist es, es zu kontaktieren, also desto höher das Risiko, es zu verlieren. Daher wird sich "James Webb" synchron mit unserem Planeten um den Stern bewegen. In diesem Fall beträgt die Entfernung des Teleskops von der Erde 1,5 Millionen km in entgegengesetzter Richtung zur Sonne. Zum Vergleich: Die Entfernung von der Erde zum Mond beträgt 384.403 km. Das heißt, wenn das James Webb-Gerät ausfällt, wird es höchstwahrscheinlich nicht repariert (außer aus der Ferne, was schwerwiegende technische Einschränkungen auferlegt). Daher wird ein vielversprechendes Teleskop nicht nur zuverlässig, sondern auch super zuverlässig hergestellt. Dies liegt unter anderem an der ständigen Verschiebung des Starttermins.
James Webb hat einen weiteren wichtigen Unterschied. Die Ausrüstung wird es ihm ermöglichen, sich auf sehr alte und kalte Objekte zu konzentrieren, die Hubble nicht sehen konnte. Auf diese Weise erfahren wir, wann und wo die ersten Sterne, Quasare, Galaxien, Haufen und Superhaufen von Galaxien erschienen sind.
Die interessantesten Funde, die das neue Teleskop machen kann, sind Exoplaneten. Genauer gesagt sprechen wir über die Bestimmung ihrer Dichte, die es uns ermöglicht zu verstehen, welche Art von Objekt sich vor uns befindet und ob ein solcher Planet möglicherweise bewohnbar ist. Mit Hilfe von James Webb hoffen die Wissenschaftler auch, Daten zu Massen und Durchmessern entfernter Planeten zu sammeln, die neue Daten über die Heimatgalaxie erschließen.
Die Ausrüstung des Teleskops wird es ermöglichen, kalte Exoplaneten mit Oberflächentemperaturen von bis zu 27 ° C (die durchschnittliche Temperatur auf der Oberfläche unseres Planeten beträgt 15 ° C) zu erkennen."James Webb" wird in der Lage sein, solche Objekte zu finden, die sich in einer Entfernung von mehr als 12 astronomischen Einheiten (dh der Entfernung von der Erde zur Sonne) von ihren Sternen und in einer Entfernung von bis zu 15 Lichtern von der Erde befinden Jahre. Ernsthafte Pläne betreffen die Atmosphäre der Planeten. Die Teleskope Spitzer und Hubble konnten Informationen über etwa hundert Gashüllen sammeln. Experten zufolge wird das neue Teleskop in der Lage sein, mindestens dreihundert Atmosphären verschiedener Exoplaneten zu erforschen.
Ein gesonderter Punkt, der hervorzuheben ist, ist die Suche nach hypothetischen Sternpopulationen vom Typ III, die die erste Generation von Sternen bilden sollten, die nach dem Urknall auftauchten. Laut Wissenschaftlern handelt es sich um sehr schwere Leuchten mit kurzer Lebensdauer, die es natürlich nicht mehr gibt. Diese Objekte hatten eine große Masse aufgrund des fehlenden Kohlenstoffs, der für die klassische thermonukleare Reaktion erforderlich ist, bei der schwerer Wasserstoff in leichtes Helium umgewandelt wird und überschüssige Masse in Energie umgewandelt wird. Darüber hinaus wird das neue Teleskop in der Lage sein, bisher unerforschte Orte der Sternentstehung im Detail zu untersuchen, was auch für die Astronomie sehr wichtig ist.
- Suche und Studium der ältesten Galaxien;
- Suche nach erdähnlichen Exoplaneten;
- Nachweis von Sternpopulationen des dritten Typs;
- Erkundung der "Sternenwiegen"
Design-Merkmale
Das Gerät wurde von zwei amerikanischen Unternehmen entwickelt - Northrop Grumman und Bell Aerospace. Das James-Webb-Weltraumteleskop ist ein Meisterwerk der Ingenieurskunst. Das neue Teleskop wiegt 6, 2 Tonnen - zum Vergleich hat der Hubble eine Masse von 11 Tonnen. Aber wenn man das alte Teleskop von der Größe her mit einem LKW vergleichen kann, dann ist das neue mit einem Tennisplatz vergleichbar. Seine Länge erreicht 20 m und seine Höhe entspricht der eines dreistöckigen Gebäudes. Der größte Teil des James-Webb-Weltraumteleskops ist ein riesiger Sonnenschild. Dies ist die Grundlage der gesamten Struktur, die aus einer Polymerfolie besteht. Auf der einen Seite ist es mit einer dünnen Aluminiumschicht und auf der anderen mit metallischem Silizium bedeckt.
Der Sonnenschutz besteht aus mehreren Schichten. Die Hohlräume zwischen ihnen werden mit Vakuum gefüllt. Dies ist notwendig, um das Gerät vor "Hitzschlag" zu schützen. Dieser Ansatz ermöglicht es, ultrasensible Matrizen auf –220 ° C abzukühlen, was für die Beobachtung entfernter Objekte sehr wichtig ist. Tatsache ist, dass sie trotz der perfekten Sensoren aufgrund anderer "heißer" Details von "James Webb" keine Objekte sehen konnten.
In der Mitte der Struktur befindet sich ein riesiger Spiegel. Dies ist ein "Aufbau", der benötigt wird, um Lichtstrahlen zu bündeln - der Spiegel richtet sie aus und erzeugt ein klares Bild. Der Hauptspiegel des James-Webb-Teleskops hat einen Durchmesser von 6,5 m und besteht aus 18 Blöcken: Während des Starts der Trägerrakete werden diese Segmente in kompakter Form vorliegen und öffnen sich erst, wenn das Raumfahrzeug in die Umlaufbahn eingetreten ist. Jedes Segment hat sechs Ecken, um den verfügbaren Platz optimal zu nutzen. Und die abgerundete Form des Spiegels ermöglicht eine optimale Fokussierung des Lichts auf die Detektoren.
Für die Herstellung des Spiegels wurde Beryllium gewählt - ein relativ hartes Metall von hellgrauer Farbe, das sich unter anderem durch hohe Kosten auszeichnet. Zu den Vorteilen dieser Wahl gehört die Tatsache, dass Beryllium auch bei sehr niedrigen Temperaturen seine Form behält, was für die korrekte Erfassung von Informationen sehr wichtig ist.
Wissenschaftliche Instrumente
Die Überprüfung eines vielversprechenden Teleskops wäre unvollständig, wenn wir uns nicht auf seine Hauptinstrumente konzentrieren würden:
MIRI. Dies ist ein Mittel-Infrarot-Gerät. Es enthält eine Kamera und einen Spektrographen. MIRI umfasst mehrere Arsen von Arsen-Silizium-Detektoren. Dank der Sensoren dieses Geräts hoffen Astronomen, die Rotverschiebung entfernter Objekte berücksichtigen zu können: Sterne, Galaxien und sogar kleine Kometen. Die kosmologische Rotverschiebung wird als Abnahme der Strahlungsfrequenzen bezeichnet, was durch den dynamischen Abstand der Quellen voneinander aufgrund der Expansion des Universums erklärt wird. Am interessantesten ist, dass es nicht nur darum geht, dieses oder jenes entfernte Objekt zu reparieren, sondern eine große Menge an Daten über seine Eigenschaften zu erhalten.
Die NIRCam oder Nahinfrarotkamera ist die Hauptabbildungseinheit des Teleskops. NIRCam ist ein Komplex von Quecksilber-Cadmium-Tellur-Sensoren. Der Arbeitsbereich des NIRCam-Geräts beträgt 0,6-5 Mikrometer. Es ist schwer vorstellbar, welche Geheimnisse NIRCam dabei helfen wird, sie zu lüften. Wissenschaftler wollen damit beispielsweise eine Karte der Dunklen Materie mit der sogenannten Gravitationslinsenmethode erstellen, d.h. Auffinden von Klumpen dunkler Materie anhand ihres Gravitationsfeldes, erkennbar an der Krümmung der Flugbahn der nahegelegenen elektromagnetischen Strahlung.
NIRSpez. Ohne einen Nahinfrarot-Spektrographen wäre es unmöglich, die physikalischen Eigenschaften astronomischer Objekte wie Masse oder chemische Zusammensetzung zu bestimmen. NIRSpec bietet Spektroskopie mit mittlerer Auflösung im Wellenlängenbereich von 1-5 µm und Spektroskopie mit niedriger Auflösung mit Wellenlängen von 0,6-5 µm. Das Gerät besteht aus vielen Zellen mit individueller Steuerung, mit denen Sie auf bestimmte Objekte fokussieren und unnötige Strahlung "herausfiltern" können.
FGS / NIRISS. Es ist ein Paar, bestehend aus einem Präzisionszielsensor und einem Nahinfrarot-Bildgebungsgerät mit einem schlitzlosen Spektrographen. Dank des Präzisionsführungssensors (FGS) wird das Teleskop so genau wie möglich fokussieren können, und dank NIRISS wollen die Wissenschaftler die ersten Orbitaltests des Teleskops durchführen, die einen allgemeinen Eindruck von seinem Zustand geben. Es wird auch angenommen, dass das Bildgebungsgerät eine wichtige Rolle bei der Beobachtung entfernter Planeten spielen wird.
Formal wollen sie das Teleskop fünf bis zehn Jahre betreiben. Wie die Praxis zeigt, kann dieser Zeitraum jedoch auf unbestimmte Zeit verlängert werden. Und "James Webb" kann uns viel mehr nützliche und einfach interessante Informationen liefern, als man sich vorstellen kann. Darüber hinaus ist es jetzt unmöglich, sich vorzustellen, welche Art von "Monster" "James Webb" ersetzen wird und wie viel sein Bau kosten wird.
Bereits im Frühjahr 2018 stieg der Preis des Projekts auf unvorstellbare 9,66 Mrd. US-Dollar, zum Vergleich: Das Jahresbudget der NASA beträgt etwa 20 Mrd. US-Dollar und der Hubble zum Zeitpunkt des Baus war 2,5 Mrd. US-Dollar wert. James Webb ist bereits als teuerstes Teleskop und eines der teuersten Projekte in der Geschichte der Weltraumforschung in die Geschichte eingegangen. Nur das Mondprogramm, die Internationale Raumstation ISS, die Shuttles und das GPS Global Positioning System kosten mehr. „James Webb“hat jedoch alles vor sich: Sein Preis könnte noch weiter steigen. Und obwohl Experten aus 17 Ländern am Bau beteiligt waren, liegt der Löwenanteil der Finanzierung noch immer auf den Schultern der USA. Vermutlich wird dies auch weiterhin so bleiben.
