Телескоп джеймса вебба реферат
Обновлено: 07.07.2024
Зачем нужны космические телескопы
Прежде чем приступать к рассмотрению технических особенностей, давайте разберемся, зачем вообще нужны космические телескопы и какие преимущества они имеют перед комплексами, расположенными на Земле. Дело в том, что земная атмосфера, а особенно содержащийся в ней водяной пар, поглощает львиную долю излучения, идущего из космоса. Это, конечно, очень сильно затрудняет изучение далеких миров.
Общее устройство
Научные инструменты
Для изучения космических объектов на телескопе установлены следующие научные инструменты:
– NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона)
– NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона)
– MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона)
– FGS/NIRISS (датчик точного наведения и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф)
NIRCam
NIRSpec
При помощи спектрографа ближнего инфракрасного диапазона можно будет собирать информацию, касающуюся как физических свойств объектов, так и их химического состава. Спектрография занимает очень много времени, однако при помощи технологии микрозатворов можно будет проводить наблюдения за сотней объектов на площади неба 3×3 угловых минуты. Каждая ячейка микрозатворов NIRSpec имеет крышку, которая открывается и закрывается под влиянием магнитного поля. Ячейка имеет индивидуальное управление: в зависимости от того, закрыта она или открыта, информация об исследуемый части неба предоставляется или же, наоборот, блокируется.
MIRI
FGS/NIRISS
Новый телескоп чаще всего сравнивают с космическим телескопом Hubble, который уже более тридцати лет служит мировой науке. Диаметр главного зеркала Hubble 2,4 м, а у JWST 6,5 метра. На Земле есть телескопы большего размера, например, Большой Канарский имеет диаметр 10,4 м, но из-за атмосферы он может сравниться только с Hubble, да и то не во всём.
Попробую перечислить преимущества JWST, которые и определяют его флагманское значение для всей мировой астрономии на ближайшее десятилетие.
▍ Расположение
▍ Размер
Диаметр JWST примерно в два с половиной раза больше Hubble, а это один из важных параметров, определяющих разрешающую способность телескопа, т.е. возможность различать наименьшие детали на снимках. Впрочем, разрешение телескопа также зависит от длины волны света, на которой ведётся наблюдение, и здесь инфракрасный телескоп проигрывает, тому, который наблюдает в более коротковолновом видимом диапазоне. Длина волны света, видимого нашими глазами диапазона, в среднем составляет 0,5 мкм, а основные приборы JWST регистрируют от 0,6 до 5 мкм, а это значит, что разрешение снимков JWST будет начинаться с двойного превосходства над Hubble (благодаря большему диаметру главного зеркала), и уходить в пять раз меньшее разрешение (из-за большей длины волны света).
Зато большой диаметр телескопа означает ещё и большую площадь главного зеркала, собирающей свет. Здесь JWST в пять раз превосходит Hubble, что также повышает качество наблюдений.
▍ Температура
Обеспечение теплового режима в космосе — сложная инженерная задача, которая зависит от условий работы космического аппарата. Например, теплоизоляция телескопа Hubble заботится прежде всего о сохранении стабильной температуры телескопа, независимо от его расположения на солнечной или теневой стороне околоземной орбиты. Однако, температура самого Hubble и его светочувствительных детекторов близка к комнатной. В отличие от него, у JWST рабочая температура на 223 градуса ниже нуля Цельсия. Это позволяет наблюдать гораздо большее число объектов космоса, которые излучают или отражают свет в инфракрасном диапазоне.
▍ Диапазон наблюдаемого света
Астрономические наблюдения сейчас ведутся практически во всех диапазонах электромагнитного излучения, но есть две основные причины, которые сделали приоритетным именно инфракрасный для JWST. Это межзвёздное поглощение и космологическое красное смещение. Первый эффект вызван пылью в межзвёздном пространстве, а второй — расширением Вселенной после Большого взрыва.
Кроме, собственно, оптических особенностей, James Webb Space Telescope обладает и довольно серьёзным набором спектрометрических приборов, поэтому какие-то его открытия не всегда будут сопровождаться красивыми фотографиями. Тут могут быть найдены и органические вещества в водяных фонтанах Энцелада и Европы, и определён состав атмосфер относительно близких экзопланет. Возможно, именно благодаря JWST у какой-нибудь из соседних звёзд будет найдена землеподобная планета, пригодная к переселению, на случай если Земля окажется под угрозой уничтожения какой-нибудь кометой из облака Оорта…
Миссия Хаббла выполнена
В 1990 году космический шаттл вывел на орбиту телескоп Хаббла — первое настоящее окно во Вселенную. Прошло пять лет, и этот телескоп сделал самое волнующее фото за всю историю астрономии.
Телескоп на протяжении десяти дней всматривался в одну крошечную зону на небе — по-настоящему крошечную, размером всего лишь в одну 24-миллионную часть всего небосвода, по угловым размерам — что-то сравнимое с теннисным мячом на расстоянии 100 метров.
Астрономам с Земли казалось, что они вглядываются в кромешную тьму. Эту зону для наблюдения специально отобрали как самый черный участок на небосводе: минимум звезд нашей галактики, никакой пыли Млечного Пути, никаких источников инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Таких участков, вид на которые периодически не перекрывали бы Земля или Луна, на самом деле было не много — всего около 20 штук. Из них выбрали один в созвездии Большой Медведицы и принялись смотреть.
День за днем телескоп вбирал в себя свет на разной длине волны, в общей сложности сделал 342 снимка, потратив на их экспозицию 100 часов. В итоге получилось вот это: в самом темном пятне на небе оказались тысячи галактик с десятками миллиардов звезд в каждой.
Эта картинка при своих размерах захватывает дух необъятностью и величием. И одновременно рождает тоску от того, что каждый из этих ярких пикселей так и останется для тебя всего лишь картинкой, снимком прошлого, на котором отбился свет, испущенный галактиками миллиарды лет назад.
Вселенной почти 14 млрд лет, и как быстро ни двигался бы свет, но ему приходится преодолевать огромные расстояния. То разнообразие форм, размеров и оттенков галактик, что увидели астрономы в 1995 году благодаря телескопу Хаббла, для многих было неожиданностью. Этот снимок представлял собой временную шкалу эволюции Вселенной: галактики на нем запечатлены во всех возрастах и стадиях своего развития. И это было прямым доказательством того, что Вселенная с течением времени менялась.
В это сложно поверить, но в 1990-х еще были ученые, которые упорно держались за теорию устойчивой, стационарной Вселенной. Мол, наблюдаемая Вселенная практически одинакова в любое время и в любом месте. Сторонников этой теории стало значительно меньше после открытия космического микроволнового фонового излучения в 1964 году, что предсказывала теория Большого взрыва. А оставшиеся окончательно разуверились после снимков Хаббла.
С телескопом Хаббла связаны работы по темной материи, открытие экзопланет, изучение черных дыр и еще куча классных наблюдений и поразительных снимков: звездное скопление NGC 3603 в созвездии Киль, туманность Пузырь в созвездии Кассиопеи, облака пыли и газа в виде конской головы и еще огромное число завораживающих видов.
Процесс изготовления зеркала телескопа
Процесс изготовления зеркала телескопа
Фрагмент зеркала телескопа
Процесс изготовления зеркала телескопа
Фрагмент зеркала телескопа
Фрагмент зеркала телескопа
Фрагмент зеркала телескопа
Изображение показывает диапазон, который захватят инструменты телескопа
С помощью научных приборов ученые надеются ответить на многие фундаментальные вопросы. В первую очередь, они касаются экзопланет.
NASA/Goddard Space Flight Center and the Advanced Visualization Laboratory at the National Center for Supercomputing Applications
Да, вопрос об атмосферах далеких планет волнует очень многих. Какие результаты вы ожидаете получить?
Фактически определить зону обитаемости?
А как планируется распределять время наблюдений?
Hubble Ultra Deep Field
Почему сроки запуска вновь сдвигают? Ходят слухи о финансовых проблемах и о проблемах с системой зеркал.
То есть сейчас вы проводили тесты, и поняли, что не укладываетесь в изначальное расписание?
Расскажите, какие тесты должен пройти и проходит телескоп?
А что насчет остальных инструментов? Насколько мне известно, вы упомянули не все. Они уже прошли предварительные проверки?
Когда нам следует ждать первых результатов?
После того, как выйдут первые изображения, у нас будет год с небольшим для научных наблюдений. Они включают уже известные программы по изучению очень далеких галактик, квазаров, экзопланет и Юпитера. В целом, астрономы будут наблюдать все, что только возможно — начиная с областей активного звездообразования и заканчивая льдом в протопланетных дисках. Эти исследования важны для всех нас: все остальное научное сообщество сможет увидеть результаты других команд и понять, куда им следует двигаться дальше.
Читайте также: