Wikipedia

Svemirski teleskop "James Webb"

svemirski teleskop lansiran 2021.

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.

James Webb svemirski teleskop

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.[1]

U planu je bilo da teleskop bude lansiran u orbitu 30. marta 2021,[2][3] međutim, tada je postojalo samo dvanaest procenata šansi da će se to desiti u predviđenom roku zbog situacije sa koronavirusom.[4]. 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.[5]

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

uredi
 
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,[6] 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).[7] 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 rejonizacije[8] na oko z≈11,1 (galaksija GN-z11, 400 miliona godina kosmičko vrijeme) .[9]

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[10]
  • 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 .[11]

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.

  •  
    Tri četvrtine pogleda na vrh
  •  
    Dno (strana okrenuta prema suncu)

Lokacija i orbita

uredi
 
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 .[12]

Zaštita od sunca

uredi
 
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,[13] 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.[20] 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

uredi
 
Inženjeri čiste probno ogledalo snijegom od ugljičnog dioksida, 2015

Primarno ogledalo JWST-a je berilijumski reflektor prečnika 6,5 m pozlaćeni i sa sabirnom površinom od 25,4 m2 . Da je napravljen kao jedno veliko ogledalo, ovo bi bilo preveliko za postojeće lansirne rakete. Ogledalo je stoga sastavljeno od 18 heksagonalnih segmenata (tehnika koju je prvi predložio Guido Horn d'Arturo), koji su se otvorili nakon što je teleskop lansiran. Senziranje talasnog fronta u ravni slike kroz pronalaženje faze koristi se za pozicioniranje segmenata ogledala na ispravnu lokaciju pomoću vrlo preciznih mikro-motora. Nakon ove početne konfiguracije, potrebna su im samo povremena ažuriranja svakih nekoliko dana kako bi zadržali optimalan fokus.[14] Ovo je razlčito od zemaljskih teleskopa, na primjer teleskopa Keck, koji kontinuirano prilagođavaju svoje segmente ogledala koristeći aktivnu optiku kako bi prevladali efekte gravitacije i vjetra.

 
Sklop glavnog ogledala s prednje strane sa pričvršćenim primarnim retrovizorima, novembar 2016.

Webb teleskop će koristiti 132 mala motora (zvana aktuatori) za pozicioniranje i povremeno podešavanje optike jer su poremećaji teleskopa izazvani vanjskim uticajima zanemarivi u svemiru. Svakim od 18 primarnih segmenata ogledala upravlja 6 pozicionih aktuatora sa dodatnim ROC (radijus zakrivljenosti) aktuatorom u centru za podešavanje zakrivljenosti (7 aktuatora po segmentu), za ukupno 126 primarnih aktuatora ogledala i još 6 aktuatora za sekundarno ogledalo, dajući ukupno 132.[15] Aktuatori mogu pozicionirati ogledalo sa tačnošću od 10 nanometara (10 milionitih dijelova milimetra).

Aktuatori su ključni u održavanju poravnanja ogledala teleskopa i dizajnirani su i proizvedeni od strane Ball Aerospace & Technologies. Svaki od 132 aktuatora pokreće jedan koračni (stepper) motor, omogućavajući fina i gruba podešavanja. Aktuatori pružaju grubu veličinu pomaka od 58 nanometara za veća podešavanja i finu veličinu pomaka za podešavanja od 7 nanometara.[16]

JWST-ov optički dizajn je anastigmat sa tri ogledala, koji koristi zakrivljena sekundarna i tercijarna ogledala za isporuku slika bez optičkih aberacija u širokom polju. Sekundarno ogledalo je prečnika 0,74 m. Osim toga, tu je i fino ogledalo za upravljanje koje može podesiti svoju poziciju mnogo puta u sekundi kako bi osiguralo stabilizaciju slike.

Ball Aerospace & Technologies je glavni optički podizvođač za JWST projekat, predvođen glavnim izvođačem Northrop Grumman Aerospace Systems, prema ugovoru sa NASA Goddard Space Flight Center, u Greenbeltu, Maryland.[17] Retrovizori, plus rezervni dijelovi za letenje, proizvedeni su i polirani od strane Ball Aerospace & Technologies na bazi berilijumskih segmenta koje proizvodi nekoliko kompanija uključujući Axsys, Brush Wellman i Tinsley Laboratories.

Naučni instrumenti

uredi
 
NIRCam je završen 2013.

Integrirani naučni instrumentni modul (ISIM) je okvir koji Webb teleskopu obezbjeđuje električnu energiju, računarske resurse, sposobnost hlađenja kao i strukturnu stabilnost. Napravljen je od spojenog grafitno-epoksidnog kompozita pričvršćenog na donju stranu Webbove strukture teleskopa. ISIM sadrži četiri naučna instrumenta i kameru vodiča.[18]

  • NIRCam (Near InfraRed Camera) je infracrveni snimač koji će imati spektralnu pokrivenost u rasponu od ivice vidljivog (0,6 μm) do bliskog infracrvenog (5 μm). Postoji 10 senzora svaki od 4 megapiksela. NIRCam će takođe služiti kao senzor talasnog fronta opservatorije, koji je neophodan za detekciju talasnog fronta i aktivnosti kontrole, koji se koristi za poravnavanje i fokusiranje glavnih segmenata ogledala. NIRCam je napravio tim koji je predvodio Univerzitet Arizona, sa glavnim istraživačem Marsijom J. Rieke. Industrijski partner je Lockheed-Martinov centar za naprednu tehnologiju u Palo Altu, Kalifornija.
  • NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) će također izvoditi spektroskopiju na istom opsegu talasnih dužina. Izgradila ga je Evropska svemirska agencija u ESTEC-u u Noordwijku u Holandiji. Vodeći razvojni tim uključuje članove Airbus Defence and Space, Ottobrunn i Friedrichshafen, Njemačka, i Goddard Space Flight Center; sa Pierreom Ferruitom (École normale supérieure de Lyon) kao naučnim projektom NIRSpec. NIRSpec dizajn pruža tri režima posmatranja: režim niske rezolucije koji koristi prizme, režim više objekata R~1000 i R~2700 integralnu jedinicu polja ili režim spektroskopije sa dugim prorezom. Prebacivanje režima se vrši korištenjem mehanizma za predizbor talasne dužine koji se zove sklop filterskog kotača i odabirom odgovarajućeg disperzivnog elementa (prizma ili rešetka) pomoću mehanizma sklopa kotača rešetke. Oba mehanizma su zasnovana na uspješnim ISOPHOT mehanizmima kotača Infracrvene svemirske opservatorije. Režim sa više objekata oslanja se na složeni mehanizam mikro-zatvarača koji omogućava istovremeno posmatranje stotina pojedinačnih objekata bilo gde u vidnom polju NIRSpec-a. Postoje dva senzora svaki od 4 megapiksela. Mehanizmi i njihovi optički elementi su dizajnirani, integrisani i testirani od strane Carl Zeiss Optronics GmbH (danas Hensoldt) iz Oberkochena, Njemačka, prema ugovoru sa Astriumom.
 
Kalibracioni sklop, jedna komponenta NIRSpec instrumenta
 
MIRI

MIRI (srednji infracrveni instrument) će mjeriti srednje do duge infracrvene talasne dužine od 5 do 27 μm. Sadrži i srednju infracrvenu kameru i spektrometar za snimanje. MIRI je razvijen u saradnji između NASA-e i konzorcijuma evropskih zemalja, a predvode ga George Rieke (Univerzitet u Arizoni) i Gillian Wright (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, Škotska, dio Vijeća za nauku i tehnologiju). MIRI ima slične mehanizme kotača kao i NIRSpec koje je također razvio i napravio Carl Zeiss Optronics GmbH prema ugovoru sa Max Planck institutom za astronomiju, Heidelberg, Njemačka. Završena montaža optičke klupe MIRI-ja isporučena je u Goddard centar za svemirske letove sredinom 2012. zbog eventualne integracije u ISIM. Temperatura MIRI-ja ne smije da pređe 6° K (−267 °C): mehanički hladnjak na gas helijum smješten na toploj strani štita okoline obezbjeđuje ovo hlađenje.[19]

  • FGS/NIRISS (Senzor za fino navođenje i bliski infracrveni snimač i spektrograf bez proreza), koji vodi Kanadska svemirska agencija pod rukovodiocem projekta, naučnikom Johnom Hutchingsom (Herzbergov istraživački centar za astronomiju i astrofiziku, Nacionalni istraživački savjet). Uređaj se koristi za stabilizaciju linije vida opservatorije tokom naučnih posmatranja. Mjerenja FGS-a koriste se i za kontrolu cjelokupne orijentacije svemirske letjelice i za pokretanje finog upravljačkog ogledala za stabilizaciju slike. Kanadska svemirska agencija također obezbjeđuje modul bliskog infracrvenog snimanja i spektrografa bez proreza (NIRISS) za astronomsko snimanje i spektroskopiju u opsegu talasnih dužina od 0,8 do 5 μm, koji vodi glavni istraživač René Doyon na Univerzitetu u Montrealu. Iako se često zajedno pominju kao jedinica, NIRISS i FGS služe potpuno različitim svrhama, pri čemu je jedan naučni instrument, a drugi dio infrastrukture za podršku opservatorije.[20]

NIRCam i MIRI imaju koronagrafe koji blokiraju zvjezdano svjetlo za posmatranje slabih ciljeva kao što su planete van sunčevog sistema i cirkumzvjezdani diskovi vrlo blizu sjajnih zvijezda.

Infracrvene detektore za NIRCam, NIRSpec, FGS i NIRISS module obezbjeđuje Teledyne Imaging Sensors (ranije Rockwell Scientific Company). Inženjerski tim James Webb Space Telescope (JWST) Integrated Science Instrument Module (ISIM) i Command and Data Handling (ICDH) koriste SpaceWire za slanje podataka između naučnih instrumenata i opreme za obradu podataka.

Platforma svemirske letjelice

uredi

Platforma svemirske letjelice je primarna komponenta za podršku svemirskog teleskopa James Webb, koja sadrži mnoštvo računarskih, komunikacijskih, električnih, pogonskih i strukturnih dijelova. Zajedno sa štitnikom od sunca, on čini element svemirskog teleskopa. Platforma se nalazi na "toploj" strani sunčanog štitnika okrenutoj prema Suncu i radi na temperaturi od oko 300 K (27 °C).

Struktura platforme ima masu od 350 kg i mora držati svemirski teleskop težine 6.200 kg. Napravljena je prvenstveno od grafitnog kompozitnog materijala,[21] te sastavljena u Kaliforniji, montaža je završena 2015, a zatim integrirana s ostatkom svemirskog teleskopa do njegovog lansiranja 2021. Platforma može rotirati teleskop s preciznošću od jedne lučne sekunde i izolirati vibracije do dvije miliučne sekunde.

Webb ima dva para raketnih motora (jedan par za redundantnost) za korekciju kursa na putu do L2 i drugi za održavanje stanice – održavanje ispravne pozicije u orbiti. Osam manjih potisnika se koristi za kontrolu položaja – ispravno usmjeravanje letjelice. Motori koriste hidrazin gorivo (159 litara pri lansiranju) i dizot tetroksid kao oksidator (79,5 litara pri lansiranju).

Servisiranje

uredi

JWST nije namijenjen za servisiranje u svemiru. Misija s posadom za popravku ili nadogradnju opservatorije, kao što je urađeno za Hubble, trenutno ne bi bila moguća, a prema riječima pomoćnog administratora NASA-e Thomasa Zurbuchena, uprkos svim naporima, otkriveno je da daljinska misija bez posade prevazilazi trenutnu tehnologiju u vrijeme kada je JWST dizajniran .[22] Tokom dugog perioda testiranja JWST-a, zvaničnici NASA-e pozvali su se na ideju o misiji servisiranja, ali nikakvi planovi nisu objavljeni .[23] Nakon uspješnog lansiranja, NASA je izjavila da je dizajn ipak planiran na način da se olakšaju buduće misije servisiranja. Ovo uključuje precizne oznake za navođenje u obliku krstova na površini JWST-a, za upotrebu u misijama daljinskog servisiranja, kao i rezervoare za gorivo koji se mogu puniti, uklonjive toplotne zaštite i pristupačne tačke pričvršćivanja.

Poređenje sa drugim teleskopima

uredi

Planovi gradnje velikih infracrvenih svemirskih teleskopa sežu decenijama unazad. U Sjedinjenim Državama, Space Infrared Telescope Facility (kasnije nazvan Svemirski teleskop Spitzer) je planiran još dok je Space Shuttle bio u razvoju, a potencijal infracrvene astronomije je prepoznat i u to vrijeme [24]. Za razliku od zemaljskih teleskopa, svemirske opservatorije nisu apsorbirale infracrvenu svjetlost iz atmosfere. Svemirske opservatorije otvorile su potpuno "novo nebo" za astronome.

Odabrani svemirski teleskopi i instrumenti[25]
Ime Godina lansiranja Talasna dužina
(μm)		 Otvor blende
(m) 		Hlađenje
Spacelab infracrveni teleskop (IRT) 1985 1.7–118 0.15 Helij
Infracrvena svemirska opservatorija (ISO)[26] 1995 2.5–240 0.60 Helij
Hubble Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) 1997 0.115–1.03 2.4 Pasivno
Hubble Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) 1997 0.8–2.4 2.4 Azot, kasnije kriohladnjak
Svemirski teleskop Spitzer 2003 3–180 0.85 Helij
Hubble Wide Field Camera 3 (WFC3) 2009 0.2–1.7 2.4 Pasivno i termoelektrično[27]
Svemirska opservatorija "Herschel" 2009 55–672 3.5 Helij
Svemirski teleskop "James Webb" 2021 0.6–28.5 6.5 Pasivno i kriohladnjak (MIRI)

Historija

uredi

Razvoj do 2003.

uredi
 
Rani model u punoj veličini izložen u NASA-inom centru za svemirske letove Goddard (2005.)

Diskusije o nasljedniku teleskopa Hubble vođene su 1980-ih, ali se s ozbiljnim planiranjem počelo početkom 1990-ih. Koncept Hi-Z teleskopa razvijen je između 1989. i 1994: infracrveni teleskop sa otvorom od 4 m koji bi se postavio u orbitu na 3 astronomske jedinice (AJ). Ova udaljena orbita bi bila korisna zbog smanjenja svjetlosne buke koja nastaje od interplanetarne prašine. Drugi rani planovi su zahtijevali misiju NEXUS prekursorskog teleskopa.[28]

Ispravljanje optike Hubble svemirskog teleskopa u njegovim prvim godinama odigralo je značajnu ulogu u nastanku JWST-a. Godine 1993. NASA je pripremila STS-61, misiju Space Shuttlea koja će nositi zamjenu za HST-ovu kameru i rekonstrukciju njegovog spektrografa za snimanje kako bi se kompenzirala sferna aberacija u primarnom ogledalu. Dok je astronomska zajednica željno iščekivala ovu misiju, NASA je upozorila da ovaj izuzetan napredak u radu u svemiru nosi značajan rizik i da njegov uspješan završetak ni na koji način nije zagarantovan.

Shodno tome, HST & Beyond komitet je formiran 1995. kako bi procijenio učinkovitost misije popravke HST-a i istražio ideje za buduće svemirske teleskope koji bi bili potrebni ako misija popravke ne uspije.[29] Srećna okolnost je bila uspjeh servisiranja od strane svemirskih šatlova tokom decembra 1993. i neviđeni javni odziv na zapanjujuće slike koje je HST isporučio.

Ohrabren uspjehom HST-a, i prepoznajući inovativni rad u Evropi za buduće misije,[30][31] izvještaj Komiteta iz 1996. istražuje koncept većeg i mnogo hladnijeg, infracrvenog osjetljivog teleskopa koji bi mogao doseći u kosmičko vrijeme do rođenja prvih galaksija. Ovaj naučni cilj visokog prioriteta bio je izvan mogućnosti HST-a jer je, kao topli teleskop, bio zaslijepljen infracrvenom emisijom iz vlastitog optičkog sistema. Pored preporuka da se misija HST produži do 2005. i da se razvije tehnologija za pronalaženje planeta oko drugih zvijezda, NASA je prihvatila glavnu preporuku HST & Beyond za veliki, hladni svemirski teleskop (radijativno hlađen daleko ispod 0 °C) , i započeo je proces planiranja za budući JWST [32].

Počevši od 1960-ih i početkom svake decenije nakon toga, Nacionalne akademije su organizovale zajednicu američkih astronoma da kreativno razmišljaju o astronomskim instrumentima i istraživanjima za narednu deceniju, i da postignu konsenzus o ciljevima i prioritetima. Kao pobornik ovih Dekadnih istraživanja astronomije i astrofizike, NASA je također bila izuzetno uspješna u razvoju programa i alata za postizanje preporuka istraživanja. Dakle, čak i uz značajnu podršku i interesovanje javnosti sredinom 1990-ih za nasljednika HST-a, astronomska zajednica je smatrala da je određivanje visokog prioriteta za novi teleskop u Dekadnom istraživanju iz 2000. suštinsko.

Priprema za istraživanje uključivala je dalji razvoj naučnog programa za ono što je postalo poznato kao svemirski teleskop sljedeće generacije,[33] i napredak u relevantnim tehnologijama od strane NASA-e. Kako su napredovala istraživanja u proučavanju rađanja galaksija u mladom univerzumu i traženju planeta oko drugih zvijezda – ovi glavni ciljevi su spojeni i nazvani "Origins".

Krajem 1990-ih NASA je osnovala podkomitete za određene oblasti, poput misija u kojima je svemir predstavljao laboratoriju za fundamentalnu astrofiziku, na primjer proučavanje crnih jama i supernovih. NGST je dobio najviši rang u Dekadnom istraživanju astronomije i astrofizike iz 2000,[34] što je omogućilo da se projekat nastavi uz potpunu podršku i konsenzus zajednice.

Administrator NASA-e, Dan Goldin, skovao je frazu "brže, bolje, jeftinije" i odlučio se za sljedeću veliku promjenu paradigme za astronomiju, naime, razbijanje barijere jednog ogledala. To je značilo prelazak sa "eliminacije pokretnih dijelova" na "naučiti živjeti s pokretnim dijelovima" (tj. segmentirana optika). Sa ciljem da se gustina mase desetostruko smanji, prvo je isproban silicijum karbid sa vrlo tankim slojem stakla na vrhu, ali je na kraju odabran berilij.

Sredinom 1990-ih era "brže, bolje, jeftinije" proizvela je NGST koncept, sa otvorom od 8 m koji je trebao biti prebačen na L2, za koji se grubo procijenilo da košta 500 miliona US$. Godine 1997. NASA je radila sa Goddard Space Flight Center, Ball Aerospace & Technologies, i TRW kako bi sprovela studije tehničkih zahtjeva i troškova tri različita koncepta, a 1999. odabrala je Lockheed Martin. i TRW za preliminarne konceptualne studije. Lansiranje je u to vrijeme bilo planirano za 2007. godinu, ali je datum lansiranja pomican mnogo puta.

Godine 2002. projekat je preimenovan po NASA-inom drugom administratoru (1961–1968), Jamesu E. Webbu (1906–1992). Webb je vodio agenciju tokom programa Apollo i ustanovio je naučno istraživanje kao osnovnu aktivnost NASA-e.

Godine 2003. NASA je TRW-u dodijelila glavni ugovor od 824,8 miliona dolara za JWST. Dizajn je zahtevao primarno ogledalo od 6,1 m i datum lansiranja 2010. Kasnije te godine, TRW je kupio Northrop Grumman u neprijateljskim preuzimanjem i postao je Northrop Grumman Space Technology.

JWST je projekat NASA-e, uz međunarodnu saradnju Evropske svemirske agencije (ESA) i Kanadske svemirske agencije (CSA) koje su se formalno pridružile 2004. i 2007.

Razvoj – (re)planiranje – 2005

uredi

Razvojem je upravljao NASA-in centar za svemirske letove Goddard u Greenbeltu, Maryland, a John C. Mather je bio voditelj projekta. Primarni izvođač radova bio je Northrop Grumman Aerospace Systems, odgovoran za razvoj i izgradnju elementa svemirske letjelice, koji je uključivao satelitsku platformu, štitnik od sunca, sklop tornja koji se može postaviti (DTA) koji povezuje element optičkog teleskopa sa sabirnicom letjelice, i sklop srednjeg nosača (MBA). ) koji pomaže u postavljanju velikih štitnika za sunce na orbiti, dok je Ball Aerospace & Technologies ugovoren podizvođačem za razvoj i izgradnju samog OTE-a i modula integrisanog naučnog instrumenta (ISIM).

Objava rasta troškova u proljeće 2005. dovela je do ponovnog planiranja u augustu 2005. Primarni tehnički rezultati ponovnog planiranja bili su značajne promjene u planovima integracije i testiranja, 22-mjesečno odlaganje lansiranja (od 2011. do 2013.) i eliminacija testiranja na nivou sistema za modove opservatorije na talasnoj dužini kraćoj od 1,7 μm. Ostale glavne karakteristike opservatorije ostale su nepromijenjene. Nakon ponovnog planiranja, projekat je revidiran u aprilu 2006.

U ponovnom planu iz 2005. godine, troškovi životnog ciklusa projekta procijenjeni su na 4,5 milijardi američkih dolara. To je uključivalo približno 3,5 milijardi USD za dizajn, razvoj, lansiranje i puštanje u rad, i približno 1,0 milijardi USD za deset godina rada.[89] ESA se 2004. godine složila da doprinese oko 300 miliona eura, uključujući lansiranje. Kanadska svemirska agencija obećala je 39 miliona CA$ 2007. godine, a 2012. godine dala svoj doprinos u vidu opreme za usmjeravanje teleskopa i otkrivanje atmosferskih uslova na udaljenim planetama [35].

Glavni projekat i izgradnja (2007–2021)

uredi
 
Sastavljen teleskop nakon ispitivanja uticaja na okolinu (što je jedan od uslova dobivanja dozvole za lansiranje)

U januaru 2007. godine, devet od deset stavki razvoja tehnologije u projektu uspješno je prošlo reviziju. Ove tehnologije su smatrane dovoljno zrelim da umanje značajne rizike u projektu. Preostala stavka za razvoj tehnologije (MIRI kriohladnjak) je završila svoju prekretnicu sazrevanja tehnologije u aprilu 2007. Ova tehnološka kontrola predstavljao je početni korak u procesu koji je na kraju doveo projekat u fazu detaljnog dizajniranja(faza C). Do maja 2007. godine troškovi su i dalje bili na ciljnom nivou [36]. U martu 2008. godine, projekat je uspješno završio Pregled idejnog projekta (PDR). U aprilu 2008. godine projekat je prošao još jednu reviziju, kao i pregled modula integrisanog naučnog instrumenta u martu 2009. godine, pregled elementa optičkog teleskopa završen u oktobru 2009. i pregled sunčevog štita završen u januaru 2010. godine.

U aprilu 2010. godine, teleskop je prošao tehnički dio revizije dizajna kritične misije (MCDR). Polaganje MCDR-a testa značilo je da integrisana opservatorija može ispuniti sve naučne i inženjerske zahtjeve za svoju misiju. MCDR je obuhvatio sve prethodne preglede dizajna. Raspored projekta je podvrgnut reviziji tokom mjeseci nakon MCDR-a, u procesu nazvanom Nezavisna sveobuhvatna komisija za reviziju, što je dovelo do ponovnog plana misije s ciljem pokretanja 2015. godine, a najkasnije 2018. godine.

Do 2011. godine, JWST projekat je bio u završnoj fazi dizajnai proizvodnje (faza C). Kao što je tipično za složeni dizajn koji se ne može promijeniti nakon pokretanja, postoje detaljni pregledi svakog dijela dizajna, konstrukcije i predloženog rada. Projektom su uvedene nove tehnološke granice. Devedesetih nije bilo poznato je li moguća izrada teleskopa tako velikog a tako male mase [37].

Montaža heksagonalnih segmenata primarnog ogledala, koja je rađena putem robotske ruke, počela je u novembru 2015. godine i završena je 3. februara 2016. godine. Sekundarno ogledalo je postavljeno 3. marta 2016. Završna konstrukcija Webb teleskopa je završena u novembru 2016, nakon čega su započeli opsežni postupci testiranja.

U martu 2018. NASA je odgodila lansiranje JWST-a za dodatne 2 godine do maja 2020. nakon što je štitnik za sunce teleskopa pocijepan tokom vježbanja, jer kablovi štitnika za sunce nisu bili dovoljno zategnuti. U junu 2018. godine, NASA je odgodila lansiranje za dodatnih 10 mjeseci do marta 2021., na osnovu procjene nezavisnog odbora za reviziju sazvanog nakon neuspjelog testiranja u martu 2018. godine. Pregledom je utvrđeno da je pokretanje i implementacija JWST-a imala 344 potencijalna kvara u jednoj tački – zadaci koji nisu imali alternativu ili način oporavka ako su bili neuspješni, te su stoga morali uspjeti da bi teleskop radio. U augustu 2019. godine završena je mehanička integracija teleskopa, nešto što je planirano da se uradi 12 godina ranije, još 2007. godine.

Nakon što je gradnja završena, JWST je podvrgnut završnim testovima u tvornici Northrop Grumman u Redondo Beachu, Kalifornija [38]. Brod koji je nosio teleskop napustio je Kaliforniju 26. septembra 2021, prošao kroz Panamski kanal i stigao u Francusku Gvajanu 12. oktobra 2021. godine.

Problemi sa troškovima i rasporedom

uredi

Očekuje se da će životni trošak projekta iznositi 9,7 milijardi Američkih dolara (USD), od čega je 8,8 milijardi USD potrošeno na dizajn i razvoj svemirskih letjelica, a planirana je potrošnja 861 miliona USD za podršku petogodišnjem radu misije. Predstavnici ESA i CSA izjavili su da njihovi doprinosi projektu iznose otprilike 700 miliona eura i 200 miliona CA$, respektivno.

Studija iz 1984. godine od strane Odbora za svemirske nauke procijenila je da bi izgradnja infracrvene opservatorije sljedeće generacije u orbiti koštala 4 milijarde američkih dolara (7 milijardi dolara u dolarima iz 2006. ili 10 milijardi dolara u dolarima iz 2020. godine). Iako se ovo približilo konačnoj cijeni JWST-a, prvi NASA-in dizajn koji je razmatran kasnih 1990-ih bio je skromniji, s ciljem ograničenja cijene na milijardu dolara tokom 10 godina izgradnje. Vremenom se ovaj dizajn proširio, uvrstio je sredstva za nepredviđene slučajeve i doživio kašnjenja u rasporedu.

Do 2008. godine, kada je projekat ušao u preliminarnu reviziju dizajna i formalno je potvrđen za izgradnju, preko milijardu dolara je već potrošeno na razvoj teleskopa, a ukupan budžet je procijenjen na oko 5 milijardi dolara (što je ekvivalentno 6,94 milijarde dolara u 2021.) [39]. U ljeto 2010., misija je prošla svoju kritičnu reviziju dizajna (CDR) sa odličnim ocjenama po svim tehničkim pitanjima, ali su u to vrijeme propusti u rasporedu i troškovima naveli američku senatoricu Marylanda Barbaru Mikulski da pozove eksternu reviziju projekta. Nezavisna komisija za sveobuhvatnu reviziju (ICRP) kojom predsjedava J. Casani (JPL) utvrdila je da je najraniji mogući datum lansiranja bio krajem 2015. uz dodatnu cijenu od 1,5 milijardi USD (ukupno 6,5 milijardi USD). Također su istakli da bi to zahtijevalo dodatna sredstva u fiskalnoj 2011. i fiskalnoj 2012. godini i da bi svaki kasniji datum pokretanja doveo do većih ukupnih troškova.

Dana 6. jula 2011. godine, komitet za trgovinu, pravdu i nauku Predstavničkog doma Sjedinjenih Država odlučio je da otkaže projekat James Webb predloživši budžet za fiskalnu 2012. koji je uklonio 1,9 milijardi USD iz ukupnog NASA-inog budžeta, od čega je otprilike jedna četvrtina bila za JWST [40]. Do tada je potrošeno 3 milijarde američkih dolara i 75% njegovog hardvera je bilo u proizvodnji. Ovaj prijedlog budžeta odobren je glasanjem pododbora narednog dana. Komitet je optužio da je projekat "preko budžeta za milijarde dolara i da ga opterećava loše upravljanje". Kao odgovor, Američko astronomsko društvo izdalo je izjavu u znak podrške JWST-u, kao i senator Mikulski. Brojni uvodnici koji podržavaju JWST pojavili su se iu međunarodnoj štampi tokom 2011. godine. U novembru 2011. Kongres je poništio planove za otkazivanje JWST-a i umjesto toga ograničio dodatna sredstva za završetak projekta na 8 milijardi američkih dolara.

Iako su slični problemi uticali na druge velike NASA-ine projekte kao što je teleskop Hubble, neki naučnici su izrazili zabrinutost zbog rastućih troškova i kašnjenja rasporeda za Web teleskop, brinući se da bi se njegov budžet mogao takmičiti sa budžetima drugih programa svemirske nauke [41]. Članak iz Nature iz 2010. opisao je JWST kao "teleskop koji je pojeo astronomiju" [42].

2018. godine, Gregory L. Robinson je imenovan za novog direktora Webb programa. Robinson je zaslužan za podizanje efikasnosti rasporeda programa sa 50% na 95%. Zbog njegove uloge u poboljšanju performansi Webb programa, Robinsonsov supervizor, Thomas Zurbuchen, nazvao ga je "najefikasnijim vođom misije koju sam ikada vidio u istoriji NASA-e." U julu 2022. godine, nakon Webbovog procesa puštanja u rad,, Robinson se povukao nakon 33-godišnje karijere u NASA-i.

U 2019. godini ograničenje troškova misije povećano je za 800 miliona američkih dolara. Nakon što su prozori za lansiranje pauzirani 2020. zbog pandemije COVID-19, JWST je konačno pokrenut krajem 2021., s ukupnim budžetom od nešto manje od 10 milijardi američkih dolara.

Partnerstvo

uredi

NASA, ESA i CSA sarađuju na teleskopu od 1996. godine. Učešće ESA-e u izgradnji i lansiranju su odobrile njene članice 2003. godine i 2007. je potpisan sporazum između ESA i NASA-e. U zamjenu za puno partnerstvo, zastupanje i pristup opservatoriji za svoje astronome, ESA obezbjeđuje instrument NIRSpec, optičku klupu instrumenta MIRI, lanser Ariane 5 ECA i ljudstvo za podršku operacijama. CSA je obezbijedio Fine Guidance Sensor i Near-Infrared Imager Spektrograf bez proreza i radnu snagu za podršku operacijama. Nekoliko hiljada naučnika, inženjera i tehničara iz 15 zemalja doprinijelo je izgradnji, testiranju i integraciji JWST-a. U projektu pre pokretanja učestvovalo je ukupno 258 kompanija, vladinih agencija i akademskih institucija.

Kontroverze oko imena

uredi

Godine 2002, NASA-in administrator (2001–2004) Sean O'Keefe je donio odluku da nazove teleskop po Jamesu E. Webbu, administratoru NASA-e od 1961. do 1968. tokom programa Mercury, Gemini i velikog dijela programa Apollo.

Godine 2015. pojavile su se optužbe oko Webbove uloge tokom "lavanda progona" (lavanda scare), aktivnosti poduzetih od strane američke vlade sredinom XX vijeka protiv homoseksualaca na radnom mjestu u državnoj službi.[43] Zastrašivanje je dovelo do otpuštanja skoro 300 službenika američkog State Departmenta između 1950. i 1952; Webb je bio državni podsekretar od početka 1949. do početka 1952. U martu 2021. četiri naučnika objavila su mišljenje u časopisu Scientific American pozivajući NASA-u da preispita ime teleskopa, na osnovu Webbovog navodnog saučesništva u aktivnosti diskriminacije.[ U septembru 2021. NASA je objavila svoju odluku da ne preimenuje teleskop. O'Keefe, koji je donio odluku da se teleskop nazove po Webbu, izjavio je da je nepravda sugerirati da bi Web trebao "snositi odgovornost za tu aktivnost kada nema dokaza koji bi čak nagovijestili [da je on u tome učestvovao]". Američko astronomsko društvo poslalo je NASA-inom administratoru Billu Nelsonu dva pisma tražeći od NASA-e da objavi javni izvještaj sa detaljima o njihovoj istrazi. Mada, dokumenti iz žalbene presude iz 1969. (u vezi s otpuštanjem jednog zaposlenog iz 1963.) ukazuju na to da se otpuštanje homoseksualaca smatralo uobičajenim unutar agencije.[44]

Misija

uredi
 
Poređenje sa nekim poznatim teleskopima

Primarna misija teleskopa je da traži svjetlost koja potiče od udaljenih zvijezda i galaksija, koje su se formirale neposredno poslije Velikog praska, da proučava nastanak i evoluciju galaksija, i da pokuša da objasni nastanak zvijezda i planetarnih sistema, kao i porijeklo života.

Ovi ciljevi se mogu efikasnije postići posmatranjem u bliskoj infracrvenoj svjetlosti, a ne svjetlom u vidljivom dijelu spektra. Iz tog razloga, JWST-ovi instrumenti neće mjeriti vidljivo ili ultraljubičasto svjetlo kao Hubble teleskop, ali će imati mnogo veći kapacitet za izvođenje infracrvene astronomije. JWST će biti osjetljiv na raspon talasnih dužina od 0,6 do 28 μm (što odgovara narandžastom svjetlu i dubokom infracrvenom zračenju na oko 100 K ili -173 °C).

JWST se npr. može koristiti za prikupljanje informacija o zatamnjenju svjetlosti zvijezde KIC 8462852, koja je otkrivena 2015. godine i ima neke abnormalne karakteristike krivulje svjetlosti.

Osim toga, moći će reći da li vansolarna planeta (egzoplaneta) ima metan u svojoj atmosferi, što će omogućiti astronomima da odrede da li je metan nastao procesima žive prirode ili je nastao na drugi način.

Dizajn orbite

uredi

JWST kruži oko Sunca blizu druge Lagrangeove tačke (L2) sistema Sunce–Zemlja, koja je 1.500.000 km dalje od Sunca od Zemljine orbite i oko četiri puta dalje od Mjesečeve orbite. Obično bi objektu koji kruži oko Sunca dalje od Zemlje trebalo više od jedne godine da završi svoju orbitu. Ali blizu tačke L2, kombinovano gravitaciono privlačenje Zemlje i Sunca omogućava svemirskoj letjelici da kruži oko Sunca u isto vreijme kada i Zemlja. Boravak blizu Zemlje omogućava da brzine prenosa podataka budu mnogo brže za datu veličinu antene.

Teleskop kruži oko tačke Sunce-Zemlja L2 u orbiti, koja je nagnuta u odnosu na ekliptiku, ima prečnik koji varira između oko 250.000 km i 832.000 km. S obzirom da je L2 samo ravnotežna tačka bez gravitacione sile, halo orbita nije orbita u uobičajenom smislu: svemirska letjelica je zapravo u orbiti oko Sunca, a halo orbita se može smatrati kontroliranim skretanjem (zanošenjem) kako bi ostala u blizini tačke L2 [45]. Ovo zahtijeva određeno održavanje stanice. Dva seta potisnika čine pogonski sistem opservatorije. Budući da su potisnici locirani isključivo na strani opservatorije okrenutoj prema Suncu, sve operacije održavanja stanice su dizajnirane tako da neznatno smanje potrebnu količinu potiska kako bi se izbjeglo potiskivanje JWST-a izvan polustabilne L2 tačke, što bi bila nepopravljiva situacija. Randy Kimble, naučnik projekta za integraciju i testiranje za svemirski teleskop James Webb, uporedio je precizno održavanje stanice JWST-a u ovoj orbiti sa "Sizifom [...] koji kotrlja ovu stijenu uz blagu padinu blizu vrha brda - nikada ne želimo da se prevrne preko grebena i udalji se od njega."

Animacija putanje svemirskog teleskopa James Webb
 
Pogled odozgo
 
Pogled sa strane
 
Pogled sa strane od Sunca

Infracrvena astronomija

uredi
 
Atmosferski prozori u infracrvenom zračenju: Veliki dio ove vrste svjetlosti je blokiran kada se gleda sa Zemljine površine. To bi bilo kao da gledate dugu, ali vidite samo jednu boju.

JWST je formalni nasljednik svemirskog teleskopa Hubble (HST), a pošto je njegov primarni naglasak na infracrvenoj astronomiji, također je nasljednik svemirskog teleskopa Spitzer. JWST će daleko nadmašiti oba ova teleskopa, budući da će moći vidjeti mnogo više i mnogo starije zvijezde i galaksije. Posmatranje u infracrvenom spektru je ključna tehnika za postizanje ovog cilja, zbog kosmološkog crvenog pomaka i zato što bolje prodire kroz prašinu i plin koji prigušuju svjetlost i zračenje. Ovo omogućava posmatranje slabijih, hladnijih objekata. S obzirom da vodena para i ugljen dioksid u Zemljinoj atmosferi snažno apsorbiraju većinu infracrvenih zraka, zemaljska infracrvena astronomija je ograničena na uske opsege talasnih dužina gdje atmosfera slabije apsorbira. Osim toga, sama atmosfera zrači u infracrvenom spektru, često preplavljujući svjetlost objekta koji se promatra. Ovo čini svemirski teleskop pogodnijim za infracrveno posmatranje.

Što je neki objekat udaljeniji, to se čini mlađim; njegovom svjetlu je trebalo duže da stigne do posmatrača. Budući da se svemir širi, kako svjetlost putuje postaje crveno pomaknuta, a objekte na ekstremnim udaljenostima je stoga lakše vidjeti ako se posmatraju u infracrvenom zračenju. Očekuje se da će infracrvene mogućnosti JWST-u omogućiti da "vidi u prošlost" do prvih galaksija koje su se formirale samo nekoliko stotina miliona godina nakon Velikog praska [46].

Infracrveno zračenje može slobodnije proći kroz područja kosmičke prašine koja zagušuju vidljivu svjetlost. Posmatranja u infracrvenom spektru omogućavaju proučavanje objekata i područja svemira koji bi bili zaklonjeni plinom i prašinom u vidljivom spektru, kao što su molekularni oblaci u kojima se rađaju zvijezde, diskovi oko zvijezda koji stvaraju planete i jezgra aktivnih galaksija.

Relativno hladni objekti (temperature manje od nekoliko hiljada stepeni) emituju svoje zračenje prvenstveno u infracrvenom dijelu spektra, kako je opisano Plankovim zakonom. Kao rezultat toga, većina objekata koji su hladniji od zvijezda bolje se proučavaju u infracrvenom zračenju. Ovo uključuje oblake međuzvjezdanog medija, smeđe patuljke, planete kako u našem, tako iu drugim solarnim sistemima, komete i objekte Kuiperovog pojasa koji će se posmatrati pomoću srednjeg infracrvenog instrumenta (MIRI).

Neke od misija u infracrvenoj astronomiji koje su uticale na razvoj JWST bile su Spitzer i Wilkinson mikrovalna anizotropna sonda (WMAP). Spitzer je pokazao važnost srednjeg infracrvenog zračenja, što je korisno za zadatke kao što je posmatranje diskova prašine oko zvijezda. Također, WMAP sonda je pokazala da je svemir "osvijetljen" na crvenom pomaku 17, dodatno naglašavajući važnost srednjeg infracrvenog zračenja. Obje ove misije pokrenute su početkom 2000-ih, na vrijeme da utiču na razvoj JWST-a [47].

Podrška i operacije na zemlji

uredi

Naučni institut za svemirski teleskop (STScI), u Baltimoru, Merilend, na kampusu Homewood na Univerzitetu Johns Hopkins, izabran je kao Centar za nauku i operacije (S&OC) za JWST sa početnim budžetom od 162,2 miliona američkih dolara namijenjenih za podršku operacijama kroz prve godine nakon lansiranja [48]. U tom svojstvu, STScI će biti odgovoran za naučni rad teleskopa i isporuku podataka astronomskoj zajednici. Podaci će biti prenošeni sa JWST-a na zemlju preko NASA-ine mreže dubokog svemira, obrađeni i kalibrisani u STS-cIu, a zatim će biti distribuirani putem interneta astronomima širom svijeta. Slično kako se Hubble koristi, bilo kome, bilo gdje u svijetu, bit će dozvoljeno da podnese prijedloge za posmatranje. Svake godine nekoliko komisija astronoma će recenzirati dostavljene prijedloge kako bi odabrali projekte za praćenje u narednoj godini. Autori odabranih prijedloga obično će imati godinu dana privatnog pristupa novim zapažanjima, nakon čega će podaci postati javno dostupni za preuzimanje od strane svih iz online arhive STS-cIa.

Propusni opseg i digitalna propusnost satelita su dizajnirani da rade na 458 gigabita podataka dnevno za vrijeme trajanja misije (ekvivalentno trajnoj brzini od 5,42 Mbps). Većinu obrade podataka na teleskopu obavljaju konvencionalni računari na jednoj ploči. Digitalizaciju analognih podataka sa instrumenata vrši prilagođeni SIDECAR ASIC (Sistem za digitalizaciju slike, poboljšanje, kontrolu i pronalaženje aplikacija specifičnog integrisanog kola). NASA je navela da će SIDECAR ASIC uključivati ​​sve funkcije instrument kutije od 9,1 kg u pakovanju od 3 cm i da će trošiti samo 11 milivata energije. Budući da se ova konverzija mora obaviti blizu detektora, na hladnoj strani teleskopa, malo (štedljivo) rasipanje energije je ključno za održavanje niske temperature potrebne za optimalan rad JWST-a.

Udar mikrometeoroida

uredi

Segment ogledala C3[c] pretrpio je udar mikrometeoroida veličine krupne čestice prašine između 23. i 25. maja, što je peti i najveći udar od lansiranja do tada., zbog čega su inženjeri morali kompenzirati udar pomoću aktuatora ogledala. Uprkos udaru, NASA-in kasniji izvještaj je naveo da su "svi modovi posmatranja JWST-a pregledani i potvrđeno da su spremni za naučnu upotrebu" od 10. jula 2022. godine [49].

Od lansiranja do puštanja u rad

uredi

Lansiranje

uredi

Lansiranje (označeno kao Ariane let VA256) održano je prema rasporedu u 12:20 UTC 25. decembra 2021. na raketi Ariane 5 koja je poletjela iz svemirskog centra Gvajana u Francuskoj Gvajani [50]. Potvrđeno je da teleskop prima snagu, čime je započela dvonedeljna faza postavljanja njegovih dijelova tokom puta do ciljanog odredišta Teleskop je pušten iz gornjeg stepena 27 minuta i 7 sekundi nakon lansiranja, započevši 30-dnevno prilagođavanje za postavljanje teleskopa u Lissajousovu orbitu [51] oko L2 Lagrangeove tačke.

Teleskop je lansiran nešto manjom brzinom nego što je bila potrebna da stigne do svoje konačne orbite, a usporavao je kako se udaljavao od Zemlje, da bi stigao do L2 samo brzinom potrebnom da uđe u orbitu . Teleskop je dostigao L2 24. januara 2022. Let je uključivao tri planirane korekcije kursa radi prilagođavanja brzine i smjera. To je zato što je opservatorija mogla izdržati spori potisak, ali ne i brzi let – a u cilju zaštite instrumenata koji su osjetljivi na temperaturu (štitnik od sunca je sve vrijeme ostao na poziciji između teleskopa i Sunca).

  •  
    Ariane 5 i JWST na ELA-3 lansirnoj rampi
  •  
    Ariane 5 se podiže sa lansirne rampe
  •  
    Ariane 5 nakon polijetanja
  •  
    JWST kako se vidi iz gornjeg stepena ESC-D Cryotechnic. U pozadini slike je vidljiv dio Zemlje sa Adenskim zaljevom..[52]

Tranzit i strukturna implementacija

uredi

JWST se odvojio od gornjeg stepena rakete 27 minuta nakon lansiranja. Zatim, 31 minutu nakon lansiranja, i nastavljajući narednih 13 dana, JWST je započeo proces postavljanja svog solarnog niza, antene, štitnika za sunce i ogledala. Gotovo svim akcijama postavljanja komandovao je Naučni institut svemirskog teleskopa u Baltimoru, osim dva rana automatska koraka, otvaranja solarnog panela i postavljanja komunikacijske antene. Misija je osmišljena kako bi zemaljskim kontrolorima pružila fleksibilnost da mijenjaju ili modificiraju redoslijed postavljanja u slučaju problema.

Približno 12 sati nakon lansiranja, par primarnih raketa teleskopa uključen je na 65 minuta kako bi izvršio prvu od tri planirane korekcije na sredini kursa. Drugog dana, komunikacijska antena visokog pojačanja se automatski aktivirala

Dana 27. decembra 2021, 60 sati nakon lansiranja, rakete su aktivirane na devet minuta i 27 sekundi da bi napravile drugu korekciju. Tri dana nakon lansiranja, kontrolori misije započeli su višednevno raspoređivanje Webbovog izuzetno važnog štitnika od sunca. Kontrolori su 30. decembra 2021. uspješno završili još dva koraka u raspakiranju opservatorije. Prvo, komande su postavile krmeni "momentum flap", uređaj koji obezbjeđuje ravnotežu protiv pritiska sunčevog vjetra na štitnik od sunca, čime se štedi gorivo smanjenjem potrebe za paljenjem potisnika kako bi se održala Webbova orjentacija.

Dana 31. decembra 2021. zemaljski tim je pokrenuo aktivaciju dvije teleskopske "grane" sa lijeve i desne strane opservatorije. Lijeva strana raspoređena za 3 sata i 19 minuta; desnoj strani je trebalo 3 sata i 42 minuta. Naredbe za odvajanje i zatezanje membrana uslijedile su između 3. i 4. januara i bile su uspješne. Dana 5. januara 2022. godine, kontrola misije je uspješno upotrijebila sekundarno ogledalo teleskopa, koje je uklopljeno na predviđeno mjesto do tolerancije od oko jedan i po milimetar.

Posljednji korak strukturalnog postavljanja bio je razotkrivanje krila primarnog ogledala. Svaki panel se sastoji od tri glavna segmenta ogledala i morao je biti presavijen kako bi se svemirski teleskop mogao instalirati u oklop rakete Ariane za lansiranje teleskopa. Dana 7. januara 2022. NASA je postavila i zaključala krilo na lijevoj strani, a 8. januara krilo ogledala na desnoj strani. Ovim je uspješno završen strukturalni raspored opservatorije [53].

Dana 24. januara 2022. godine, skoro mjesec dana nakon lansiranja, izvršena je treća i posljednja korekcija kursa, ubacivanjem JWST-a u planiranu orbitu oko Sunca-Zemlja L2 tačke.

Reference

uredi
  1. ^ http://www.reuters.com/article/2011/11/16/us-usa-space-budget-idUSTRE7AF06320111116 Arhivirano 24. 9. 2015. na Wayback Machine (en)
  2. ^ "NASA Completes Webb Telescope Review, Commits to Launch in Early 2021". NASA. 27. 6. 2018. Arhivirano s originala, 14. 3. 2020. Pristupljeno 27. 6. 2018.
  3. ^ Kaplan Sarah; Achenbach Joel (24. 7. 2018). "NASA's next great space telescope is stuck on Earth after screwy errors". The Washington Post. Pristupljeno 25. 7. 2018.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  4. ^ January 2020, Meghan Bartels 29. "NASA's James Webb Space Telescope may miss March 2021 launch, GAO report says". Space.com (jezik: engleski). Pristupljeno 13. 4. 2020.
  5. ^ Fisher, Alise; Pinol, Natasha; Betz, Laura (11 July 2022). "President Biden Reveals First Image from NASA's Webb Telescope". NASA. Pristupljeno 12 jula 2022.
  6. ^ 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.
  7. ^ "A Deeper Sky | by Brian Koberlein". briankoberlein.com.
  8. ^ Shelton, Jim (3 March 2016). "Shattering the cosmic distance record, once again". Yale University. Pristupljeno 13. juli 2022.
  9. ^ 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.
  10. ^ "Comparison: Webb vs Hubble Telescope – Webb/NASA". www.jwst.nasa.gov. Pristupljeno 14. jula 2022.
  11. ^ "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.
  12. ^ "The Sunshield". nasa.gov. NASA. Retrieved 28 August 2016. Public Domain Ovaj članak sadrži tekst iz ovog izvora koji je u javnom vlasništvu.
  13. ^ "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.
  14. ^ "JWST Wavefront Sensing and Control". Space Telescope Science Institute. Archived from the original on 5 August 2012. Pristupljeno 18. jula 2022.
  15. ^ Group, Techbriefs Media. "Webb Telescope Actuators Move with Microscopic Accuracy". www.techbriefs.com. Archived from the original on 19 March 2022. Pristupljeno 19. jula 2022.
  16. ^ Warden, Robert. "Cryogenic Nano-Actuator for JWST". ESMATS: 242.
  17. ^ "Science Instruments of NASA's James Webb Space Telescope Successfully Installed". NASA. 24 May 2016. Archived from the original on 19 March 2022. Pristupljeno 19. jula 2022. Ovaj članak sadrži tekst iz ovog izvora koji je u javnom vlasništvu.
  18. ^ "JWST: Integrated Science Instrument Module (ISIM)". NASA. 2017. Archived from the original on 2 June 2019. Pristupljeno 19. jula 2022. Ovaj članak sadrži tekst iz ovog izvora koji je u javnom vlasništvu.
  19. ^ Banks, Kimberly; Larson, Melora; Aymergen, Cagatay; Zhang, Burt (2008). Angeli, George Z.; Cullum, Martin J. (eds.). "James Webb Space Telescope Mid-Infrared Instrument Cooler systems engineering". Proceedings of SPIE. Modeling, Systems Engineering, and Project Management for Astronomy III. 7017: 5. Bibcode:2008SPIE.7017E..0AB.
  20. ^ Doyon, René; Hutchings, John B.; Beaulieu, Mathilde; Albert, Loic; Lafrenière, David; Willott, Chris; Touahri, Driss; Rowlands, Neil; Maszkiewicz, Micheal; Fullerton, Alex W.; Volk, Kevin; Martel, André R.; Chayer, Pierre; Sivaramakrishnan, Anand; Abraham, Roberto; Ferrarese, Laura; Jayawardhana, Ray; Johnstone, Doug; Meyer, Michael; Pipher, Judith L.; Sawicki, Marcin (22 August 2012). Clampin, Mark C; Fazio, Giovanni G; MacEwen, Howard A; Oschmann, Jacobus M (eds.). "The JWST Fine Guidance Sensor (FGS) and Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS)". Proceedings of SPIE. Space Telescopes and Instrumentation 2012: Optical, Infrared, and Millimeter Wave. 8442: 84422R. Bibcode:2012SPIE.8442E..2RD. doi:10.1117/12.926578. S2CID 120702854. "FGS features two modules: an infrared camera dedicated to fine guiding of the observatory and a science camera module, the Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS)"
  21. ^ Willoughby, Scott P. (February 2012). "PRIME: The Untold Story Of NASA's James Webb Space Telescope". SatMagazine. Satnews.
  22. ^ "Relief as NASA's most powerful space telescope finishes risky unfolding". Science. 8 January 2022.
  23. ^ Smith, Marcia (30 August 2018). "Zurbuchen Taking One Last Look at JWST Servicing Compatiblity". SpacePolicyOnline.
  24. ^ McCarthy SG, Autio GW (1978). Infrared Detector Performance In The Shuttle Infrared Telescope Facility (SIRTF). 1978 Los Angeles Technical Symposium. Utilization of Infrared Detectors. Vol. 81. Society of Photographic Instrumentation Engineers. pp. 81–88.
  25. ^ "JPL: Herschel Space Observatory: Related Missions". NASA, Jet Propulsion Laboratory, Goddard Flight Center, California Institute of Technology. Arhivirano s originala, 3. 12. 2016. Pristupljeno 4. 6. 2012.   Ovaj članak sadrži tekst iz ovog izvora, koji je u javnom vlasništvu.
  26. ^ "What is ISO?". ESA. 2016. Arhivirano s originala, 10. 11. 2021. Pristupljeno 4. 6. 2021.
  27. ^ "Hubble Space Telescope – Wide Field Camera 3". NASA. 22. 8. 2016. Arhivirano s originala, 13. 11. 2021. Pristupljeno 9. 12. 2016.   Ovaj članak sadrži tekst iz ovog izvora, koji je u javnom vlasništvu.
  28. ^ de Weck, Olivier L.; Miller, David W.; Mosier, Gary E. (2002). "Multidisciplinary analysis of the NEXUS precursor space telescope". In MacEwen, Howard A. (ed.). Highly Innovative Space Telescope Concepts. Highly Innovative Space Telescope Concepts. Vol. 4849. p. 294. Bibcode:2002SPIE.4849..294D.
  29. ^ Brown, R. A. (1996). "1996swhs.conf..603B Page 603". Science with the Hubble Space Telescope – Ii: 603. Bibcode:1996swhs.conf..603B.
  30. ^ Thronson, H. A.; Hawarden, T.; Davies, J. K.; Lee, T. J.; Mountain, C. M.; Longair, M. (January 1991). "The Edison infrared space observatory and the universe at high redshifts". Advances in Space Research. 11 (2): 341–344. Bibcode:1991AdSpR..11b.341T.
  31. ^ Thronson, Harley, A., Jr.; Hawarden, Timothy G.; Bradshaw, Tom W.; Orlowska, Anna H.; Penny, Alan J.; Turner, R. F.; Rapp, Donald (1 November 1993). Bely, Pierre Y; Breckinridge, James B (eds.). "Edison radiatively cooled infrared space observatory". SPIE Proceedings. Space Astronomical Telescopes and Instruments II. SPIE. 1945: 92–99. doi:10.1117/12.158751. S2CID 120232788.
  32. ^ Dressler, A., ed. (1996). "Exploration and the Search for Origins: A Vision for Ultraviolet-Optical-Infrared Space Astronomy Report of the 'HST & Beyond' Committee". Stsci.edu. Association of Universities for Research in Astronomy.
  33. ^ Stockman, H. S. (June 1997). "The Next Generation Space Telescope. Visiting a time when galaxies were young". Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland. The Association of Universities for Research in Astronomy, Washington, D.C.
  34. ^ Astronomy and Astrophysics Survey Committee; Board on Physics and Astronomy; Space Studies Board; Commission on Physical Sciences, Mathematics, and Applications; National Research Council (16 January 2001). Astronomy and Astrophysics in the New Millennium. Washington, D.C.: National Academies Press. doi:10.17226/9839.
  35. ^ "Canadian Space Agency Delivers Canada's Contributions to the James Webb Space Telescope". SpaceQ. 30 July 2012
  36. ^ Berger, Brian (23 May 2007). "NASA Adds Docking Capability For Next Space Observatory". SPACE.com.
  37. ^ Berardelli, Phil (27 October 1997). "Next Generation Space Telescope will peer back to the beginning of time and space". CBS.
  38. ^ Clark, Stephen (30 September 2021). "After two decades, the Webb telescope is finished and on the way to its launch site". Spaceflight Now.
  39. ^ 1634–1699: McCusker, J. J. (1997). How Much Is That in Real Money? A Historical Price Index for Use as a Deflator of Money Values in the Economy of the United States: Addenda et Corrigenda. American Antiquarian Society. 1700–1799: McCusker, J. J. (1992). How Much Is That in Real Money? A Historical Price Index for Use as a Deflator of Money Values in the Economy of the United States. American Antiquarian Society. 1800–present: Federal Reserve Bank of Minneapolis. "Consumer Price Index (estimate) 1800–".
  40. ^ "Appropriations Committee Releases the Fiscal Year 2012 Commerce, Justice, Science Appropriations". US House of representatives Committee on Appropriations. 6 July 2011.
  41. ^ Moskowitz, Clara (30 March 2015). "NASA Assures Skeptical Congress That the James Webb Telescope Is on Track". Scientific American.
  42. ^ Billings, Lee (27 October 2010). "The telescope that ate astronomy". Nature. 467 (7319): 1028–1030. doi:10.1038/4671028a. PMID 20981068.
  43. ^ Francis, Matthew. "The Problem With Naming Observatories For Bigots". Forbes. Archived from the original on 11 April 2022. Pristupljeno juli 2022.
  44. ^ Witze, Alexandra (25 March 2022). "Exclusive: Documents reveal NASA's internal struggles over renaming Webb telescope". Nature. 604 (7904): 15–16. Bibcode:2022Natur.604...15W. doi:10.1038/d41586-022-00845-6. PMID 35338365. S2CID 247713613.
  45. ^ "Basics of Space Flight". Jet Propulsion Laboratory.
  46. ^ "Webb Science: The End of the Dark Ages: First Light and Reionization". NASA
  47. ^ Mather, John (13 June 2006). "James Webb Space Telescope (JWST) Science Summary for SSB". NASA.
  48. ^ Savage, Donald; Neal, Nancy (6 June 2003). "Webb Spacecraft Science & Operations Center Contract Awarded". NASA.
  49. ^ Howell, Elizabeth (18 July 2022) James Webb Space Telescope picture shows noticeable damage from micrometeoroid strike cites a NASA-ESA-CSA joint report (12 July 2022) by 611 co-authors from 44 institutions.
  50. ^ Pinoi, Natasha; Fiser, Alise; Betz, Laura (27 December 2021). "NASA's Webb Telescope Launches to See First Galaxies, Distant Worlds – NASA's James Webb Space Telescope launched at 7:20 a.m. EST Saturday [Dec. 25, 2021] on an Ariane 5 rocket French Guiana, South America". NASA.
  51. ^ "Lissajous orbit". Oxford Reference.
  52. ^ Camera on ESC-D Cryotechnic upper stage (25 Dec 2021) view of newly separated JWST, as seen from the ESC-D Cryotechnic upper stage Arhivirano 25. 12. 2021. na Wayback Machine
  53. ^ "Space telescope's 'golden eye' opens, last major hurdle". phys.org. 8 January 2022.

Vanjski linkovi

uredi
 
Teleskop neće biti tačno na L2 poziciji, nego će orbitirati u "halo orbiti".


 
Commons logo
Commons ima datoteke na temu: Svemirski teleskop "James Webb"

Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Svemirski_teleskop_%22James_Webb%22&oldid=3650704"