Miten James Webb Space Telescope Toimii

{h1}

James webbin avaruusteleskooppi kulkee 1 miljoonan mailin päässä maasta ja vie sinut lähelle aikakautta. Lue jwst osoitteessa WordsSideKick.com

Tietomme maailmankaikkeudestamme rajoittaa aistien laajuus, mutta mielet eivät tunne tällaisia ​​rajoja. Kun tulentekevän hehku svengailee meidät puiden metsään, me kuvittelemme kaikenlaisia ​​hirveitä näkymiä. Mutta astu ulos muutaman askeleen, aseta tulen selällemme ja näemme syvemmälle ja selkeämmin. Mielikuvitus täyttää tiedot, ja ymmärrämme yhtäkkiä mistä olemme tekemisissä.

Jos vain se olisi aina niin yksinkertaista. Mutta se vie enemmän kuin hyvän sarjan silmät ja jonkin matkan päässä kaupungin valoista ymmärtää kosmoksen; se vaatii välineitä, jotka kykenevät laajentamaan aistimistamme evoluutiorajojemme, ilmakehän tai jopa planeettamme kiertoradan yli. Tähtitiede ja kosmologia ovat molemmat pakottavia ja rajoitettu näiden instrumenttien laadulla. Noin 400 vuotta sitten teleskooppi paljasti epätoivottuja kuuja, planeettoja ja auringonpilkkuja, herättäen peräkkäin uusia kosmisia teorioita ja parempia työkaluja testata niitä, paljastaen valovirtapiirejä ja kokoontuessaan tähtiä matkan varrella.

1900-luvun puolivälissä radioteleskoopit osoittivat, että galaksit, kaukana staattisista möykkyistä, olivat itse asiassa aktiivisia ja energiaa puhkeavia. Ennen Kepler-avaruusteleskooppia, ajattelimme eksoplaneettoja harvoin maailmankaikkeudessa; nyt epäilemme, että ne saattavat olla täynnä tähteä. Kaksi vuosikymmentä maapallon kiertävästä Hubble-avaruusteleskoopista auttoi lävistämään ajan hämärän, kuvan tähtien taimitarhat ja osoittamaan, että galaksit törmäävät. Nyt James Webb Space Telescope pystyy asettamaan selkäsauman auringonvalolle, astumaan pois maapallolta ja tekemään huomaamattomat ja tarkat havainnot vain kuun puolivälissä kylmissä, pimeissä tiloissa.

Vuoden 2018 laukaisupäivänä ja 14 maata, 27 valtiota ja District of Columbiaa rakennettu joukkue, Webbin tehtävänä on vastata erittäin kunnianhimoisia kysymyksiä. Kun mahtava teleskooppi käynnistyy Euroopan avaruusjärjestön Ariane 5 ECA -raketin huipulla, se merkitsee uuden aallon alkamista maa- ja avaruuspohjaisista välineistä, mukaan lukien useita uusia havainnoitsijoita Havaijilla ja Chilessä [lähteet: Billings; Overbye].

Jos se selviytyy sen käynnistämisestä ja 1,5 miljoonan kilometrin matkaisesta maasta toiseen Lagrange (L2) -pisteeseen - joka on yksi viidestä täplästä Earth-Sun -järjestelmässä, jossa painovoima luonnollisesti pitää avaruusalusta on enemmän tai vähemmän paikallaan - se vie tähtitieteilijöitä lähemmäksi aikakauden alkua kuin koskaan, antaen nähtäviä näkemyksiä, joita on pitkään hypoteettinen mutta joita ei ole koskaan nähty, galaksien syntymisestä ensimmäisten tähtien valoon.

Tehtävä: Giantsin hartiat

Webbin tehtävänä on NASAn suurien observatorioiden, neljän merkittävän avaruusteleskoopin, työn tekeminen ja laajentaminen, joiden välineet kattavat sähkömagneettisten spektrien vesistön. Neljä päällekkäistä tehtävää auttoivat tutkijoita seuraamaan samoja tähtitieteellisiä esineitä näkyvissä, gamma-, röntgen- ja infrapunaspektreissä.

School-bus-kokoinen Hubble, joka näkee ensisijaisesti näkyvässä spektrissä jonkin verran ultraviolettisäteilyä ja lähellä infrapuna-peittoa, aloitti ohjelman vuonna 1990 ja lisäpalvelun ansiosta olisi pitänyt kestää tarpeeksi kauan, jotta Webbista lähetettäisiin säiliö. Oikein nimetty Edwin Hubble, astronomia, joka löysi monia tapahtumia, joita se oli rakennettu tutkimaan, teleskooppi on siitä lähtien tullut yksi tuottavimmista välineitä tieteellisessä historiassa, jolloin ilmiöitä, kuten tähti syntymä ja kuolema, galaktinen evoluutio ja mustat aukot teoriasta havaittuun tosiasiaan [lähde: NASA].

Liittyminen Hubbleiin suurissa neljässä on Compton Gamma Ray Observatory (CGRO), Chandra-röntgensäteilyseuranta ja Spitzer avaruusteleskooppi.

  • CGRO, joka käynnistettiin vuonna 1991 ja joka ei ole enää käytössä, havaitsi suuritehoiset, väkivaltaiset silmälasit 30 kilowattituntista (keV) - 30 gigaelektron volttia (GeV), mukaan lukien aktiivisten galaksien energiaa syövyttävät ytimet.
  • Vuonna 1999 käyttöön otettu ja edelleen voimakas Chandra valvoo röntgensäteilyn mustia aukkoja, kvasaareja ja korkean lämpötilan kaasuja ja tarjoaa tärkeitä tietoja maailmankaikkeuden syntymästä, kasvusta ja lopullisesta kohtalosta.
  • Spitzer, joka sijaitsee maapallon jäljessä olevana kiertoradalla, näkee taivaan infrapunatiheydessä (3-180 mikronia), kaistanleveys, joka on hyödyllinen katselemaan tähtien syntymiä, galaktisia keskuksia ja viileitä, hämäröitä tähtiä sekä tunnistamaan molekyylejä avaruudessa.

Webb katseet syvälle infrapunasäteen lähi-ja keski-infrapunaan, jota tukevat sen asema L2-pisteellä kuun yli ja sen aurinkokennojen takia, jotka estävät auringon, maan ja kuun häiritsevän valon samalla kun myös tehokkaasti jäähdyttää veneet. Tutkijat toivovat tarkkailemaan maailmankaikkeuden ensimmäisiä tähtiä, syntymätaisteluja ja sukulaisten galaksien syntymistä sekä tähtien ja protoplanetaristen järjestelmien syntymistä - mahdollisesti niitä, jotka sisältävät elämän kemiallisia ainesosia.

Nämä ensimmäiset tähdet voisivat pitää avaimen ymmärtää maailmankaikkeuden rakennetta. Teoreettisesti, missä ja miten ne muodostuvat, liittyy aikaisempaan malliin pimeä aine - tuntematon, salaperäinen asia, jota voidaan havaita sen painovoiman avulla - ja niiden elinkaaret ja kuolemat aiheuttivat palautetta, joka vaikutti ensimmäisten galaksien muodostumiseen [lähde: Bromm et al.]. Ja kuten supermassiiviset, lyhytikäiset tähdet, joiden arvioidaan olevan noin 30-300 kertaa auringonmassamme (ja miljoonilla kertaa kirkkaudella), nämä esikoiset tähdet saattavat hyvinkin räjähtää, koska supernovae sitten romahti mustareikiin, myöhemmin turvotukseen ja sulautumiseen osaksi valtavia mustia aukkoja, jotka miehittävät keskellä massiivisten galaksien.

Todistamme, että jokin näistä on tärkeä tekijä kuin mihin tahansa instrumenttiin, jonka olemme rakentaneet tähän mennessä.Kyse on muutoksesta, kiitos instrumenteista ja avaruusaluksesta koostuvan paketin ansiosta.

Ensimmäinen valo

Termi Ensimmäinen valo viittaa ensimmäisiin tähtiin, jotka ovat koskaan syntyneet maailmankaikkeudessa, joka syttyi 400 miljoonaa vuotta Big Bangin jälkeen ja koostuu kokonaan primordiasta kaasusta. Nämä vanhat auringot eivät kuitenkaan ole vanhimmat säteilylähteet. Tämä kunnia kuuluu kosmisen taustan säteily, ensimmäisen atomien muodostamasta mikroaaltosäteilystä noin 400 000 vuotta Big Bangin jälkeen ja NASA: n WMAP- ja COBE-tehtävissä. WMAP tarkoittaa Wilkinson Microwave Anisotropy Probea, ja COBE on lyhyt Cosmic Background Explorer -ohjelmaa varten. Webb ei kuitenkaan näe tätä varhaista säteilyä.

James Webbin avaruusteleskoopin nikkeli-kierros

NASAn insinööri Ernie Wright tutkii Webbin ensimmäiset kuusi valmiusvalmispeilin segmenttiä, kun he ovat valmiita aloittamaan lopullisen kryogeenisen testauksen. Ensisijainen peili on kokonaan 18 segmenttiä.

NASAn insinööri Ernie Wright tutkii Webbin ensimmäiset kuusi valmiusvalmispeilin segmenttiä, kun he ovat valmiita aloittamaan lopullisen kryogeenisen testauksen. Ensisijainen peili on kokonaan 18 segmenttiä.

Ennen kuin kirjaudut katkoviivoon, tiedämme, että haluat lyödä renkaita ja antaa ajoneuvoa nopealle kulkureitille. Ota aikaasi - tämä vauva on eräänlainen.

Webb näyttää vähän kuin timanttimaisen lautan urheileva paksu, kaareva masto ja purje - jos purjeet ovat rakennettu jättiläinen, beryllium-pureskeltava mehiläisten. Suuntautunut pohja-auringon suuntaan, "lautta" -osa koostuu viidestä erotuskerroksesta Kapton-pohjaisen lämpösuojan kerroksista. Jokainen erotettu tyhjiöllä täytetyllä aukolla tehokkaaseen jäähdytykseen, ne yhdessä suojaavat pääheijastinta ja välineitä.

Kapton on erittäin ohuinen (ajatella inhimillisiä hiuksia!) Polymeerikalvo, jonka DuPont pystyy pitämään vakaan mekaanisen ominaisuutensa äärimmäisissä lämpötiloissa ja tärinässä, ja se on jo tehty avaruudessa. Jos olisit niin kalteva, voisit kiehua vettä toisella puolella suojusta ja nesteyttää typpeä toisella. Oi, ja se taittuu melko kauniisti, mitä se tarvitsee käynnistää.

Aluksen "keel" koostuu Unitized Pallet Structure, joka tallentaa aurinkosuojan nostaen ajon aikana ja aurinkokennot tehoon. Keskuksessa on avaruusalusbussi, joka pakkaa kaikki tukitoiminnot, jotka pitävät Webbin käynnissä, mukaan lukien sähkövoima, asennonsäätö, viestintä, komentojen ja tietojen käsittely ja lämpöohjaus. Korkea-gain-antenni korostaa linjan ulkoasua, samoin kuin joukko tähtikytkimiä, jotka toimivat hienosäätöanturin kanssa (katso seuraava kohta), jotta kaikki kärsivät oikeaan suuntaan. Lopuksi lämpösuojan toisessa päässä ja siihen nähden kohtisuorassa on vauhtirajaus, joka kompensoi paineita, joita fotonit käyttävät alukselle, aivan kuten purjealus laitetaan purjealustaan.

Kilven avaruuspuolella on "purje", Webbin jättiläinen peili, osa optiikkasovellusta ja instrumentointipakettia. Sen 18 kuusikulmainen beryllium-osa avautuu käynnistymisen jälkeen ja koordinoi toimimaan yhtä suurta pääpeiliä vasten, joka ulottuu yli 6,5 metriä.

Vastakkainen peili, jota pidetään kolme tukia paikallaan, on sekundaarinen peili, joka kohdistaa valon ensisijaisesta peilistä taaksepäin-optiikkaosajärjestelmään, kiilan muotoinen laatikko, joka ulottuu pääpeilin keskeltä. Tämä rakenne poikkeaa harhaanjohtavasta valosta ja ohjaa valoa toissijaisesta peilistä taustalevyn "mastoon" sijoitettuihin välineisiin, mikä kaksinkertaistaa velvollisuutensa myös ylläpitämällä segmentoitua pääpeilin rakennetta.

Kun alus on valmistunut kuuden kuukauden käyttöönoton jälkeen, se kestää 5-10 vuotta ja toivottavasti pidempään riippuen polttoaineen kulutuksesta, mutta se kiertää liian pitkälle huoltoa varten. Itse asiassa Hubble ja kansainvälinen avaruusasema ovat poikkeuksia tässä suhteessa, mutta kuten Hubble ja muut yleiset tarkkailijat, sen tehtävät saavat sitten kilpailevia, vertaisarvioituja ja sijoittuneita ehdotuksia, jotka tutkijat ovat lähettäneet ympäri maapalloa. Tulokset löytyvät julkaistuista tutkimuksista ja Internetissä saatavilla olevista tiedoista.

Tarkastellaan tarkemmin instrumentteja, jotka mahdollistavat kaikki nämä tutkimukset.

Mikä on nimessä?

Neljäs sukupolven avaruusteleskooppi (NGST), Webb nimettiin uudelleen syyskuussa 2002 entisen NASA: n päällikön James Webbin kunniaksi. Hänen toimikautensa aikana nousevan avaruusjärjestön johtajana helmikuusta 1961 lokakuuhun 1968 hän painosti avaruuslennon etsimistä etsimisestä eikä pelkästään kylmän sodan politiikasta. Näin ollen NASA on hyötynyt tieteellisestä toiminnasta, koulutuksesta ja lukuisista teollisuudenaloista kentällä [lähteet: NASA; NASA].

The Instruments: Sight Beyond Sight

Webbin lähellä oleva infrapunakamera sytyttää Lockheed Martin Advanced Technology Centerin puhtaassa huoneessa 12. helmikuuta 2014. On turvallista sanoa, että toimiva NIRCam vie joitain vakavasti mahtavia kosmisia nähtävyyksiä.

Webbin lähellä oleva infrapunakamera sytyttää Lockheed Martin Advanced Technology Centerin puhtaassa huoneessa 12. helmikuuta 2014. On turvallista sanoa, että toimiva NIRCam vie joitain vakavasti mahtavia kosmisia nähtävyyksiä.

Vaikka se näkee jonkin verran visuaaliseen alueeseen (punainen ja kultainen valo), Webb on pohjimmiltaan suuri infrapuna-teleskooppi (ks. Sivupalkki).

Sen ensisijainen kuvaaja, Lähikuva-kamera (NIRCam), aistit 0,6-5,0 mikronin alueella (lähellä infrapunaa). Se havaitsee infrapunavalon aikaisimmista tähdistä ja galaksien syntymisestä, laatii väestönlaskennan läheisiltä galaksilöiltä ja spot-esineitä, jotka kulkevat Kuiper-vyöhykkeen läpi - Neptunuksen ulkopuolella kiertävien jäisten esineiden alue, joka sisältää Pluton ja muut kääpiöplaneetat. Se auttaa myös korjaamaan Webbin teleskooppista näkemystä tarpeen mukaan.

NIRCam on varustettu coronagraph, jonka ansiosta kamera voi tarkkailla kirkkaan tähteä ympäröivän hölynpölyä estämällä niiden sokeuttamattoman valon - joka on välttämätön väline eksoplaneettojen havaitsemiselle.

Lähellä InfraRed Spectrographia (NIRSpec) toimii samalla aallonpituusalueella kuin NIRCam.Kuten muutkin spektrografit, se analysoi esineiden, kuten tähtien fyysiset ominaisuudet, jakamalla valonsa valoksi spektriksi, jonka kuvio vaihtelee kohteen lämpötilan, massan ja kemiallisen koostumuksen mukaan.

NIRSpec tutkii tuhansia antiikin galakseja säteilyllä niin heikoksi, että yksi ainoa spektrografi vaatii satoja tunteja. Tämän pelottavan tehtävän tukemiseksi spektrografissa on huomattava gadget: 62 000 yksittäisen ikkunaluukun verkko, joka kumpikin mittaa noin 100 x 200 mikronia (muutaman ihmisen karvan leveys) ja pystyy avaamaan ja sulkemaan estämään kirkkaamman valon tähdet. Tämän microshutter-matriisin ansiosta NIRSpecista tulee ensimmäinen avaruuspohjainen spektrografi, joka pystyy havainnoimaan 100 eri objektia kerrallaan.

Hienoohjausanturi / Lähellä infrapunakuvaaja ja viistokuviotutkimus (FGS-NIRISS) on itse asiassa kaksi anturia pakattu yhteen. NIRISS sisältää neljä tilaa, joista jokainen liittyy eri aallonpituusalueeseen. Nämä vaihtelevat raottamattomasta spektroskopiasta, mikä luo spektrin prisma- ja ritiläyhdistelmän kautta, jota kutsutaan a grism, aukon peittävään interferometriseen, joka käyttää maskia interferenssimallien luomiseksi, jotka auttavat erottamaan eksoplanetäärisen valon tausta-tähdestä [lähde: STSI].

FGS on herkkä, irrotettava kamera, joka vie navigointikuvat ja syöttää ne asennoitussäätöön pitääkseen teleskoopin oikeaan suuntaan.

Viimeinen Webb-instrumentti laajentaa alueensa lähelle infrapunaa ja infrapunasäteilyn puolelle, kätevästi punaisten vaihdettujen esineiden, planeettojen, komeettojen, asteroidien, tähtivalonheijastetun pölyn ja protoplaneetaristen levyjen poimimiseen. Sekä kamera että spektrografi, tämä Mid-InfraRed Instrument (MIRI) kattaa laajan aallonpituusalueen, 5-28 mikronia. Laajakaistainen laajakaista-kamera sattuu useampaan tyyppisiin kuviin, jotka tekivät Hubble tunnetuksi.

Mutta infrapunatutkimus on välttämätön universumin ymmärtämiseksi. Pöly ja kaasu voivat estää tähtien näkyvän valon tähtitieteellisissä taimitarhoissa, mutta infrapunan kulkee. Lisäksi, kun maailmankaikkeus laajenee ja galaksit liikkuvat toisistaan, niiden valo "ulottuu" ja muuttuu redshifted, liukumalla pitempiin EM-aallonpituuksiin, kuten infrapunaan. Mitä kauempana galaksia, sitä nopeammin se heikentää ja sitä enemmän redshifted sen valoa - siis Webbin teleskoopin arvo.

Infrapunaspektrit voivat myös tarjota runsaasti tietoa eksoplaneettisista ilmakehistä - ja sisältävätkö ne molekyylielementtejä, jotka liittyvät elämään. Maapallolla kutsumme vesihöyryä, metaania ja hiilidioksidia "kasvihuonekaasuja", koska ne absorboivat infrapunalämpöä (eli lämpöä). Koska tämä suuntaus pätee kaikkialla, tutkijat voivat käyttää Webbia tällaisten aineiden havaitsemiseen etäisten maailmojen ilmakehissä etsimällä myrkyllisiä absorptiomalleja niiden spektroskooppisissa lukemissa.

Hidden Universe

Tähtitieteilijät lempinevat sähkömagneettisen (EM) spektrin infrapuna-alueesta "piilotettuun universumiin". Vaikka jokin objekti, jossa lämpö säteilee infrapunavaloa, maapallon ilmakehys estää suurimman osan siitä, mikä tekee siitä näkymätön maapohjaiselle tähtitieteelle.

Tekijän huomautus: Miten James Webbin avaruusteleskooppi toimii

On sanottu, että vietämme liian paljon aikaa ajattelemiseen menneisyydestä, mutta totta, että aistit eivät anna meille mitään, vaan päivämateriaalia. Kaikki, mitä tunnemme, on jo tapahtunut, onko murto-osa toisistaan ​​aikaisemmin tai miljoonia vuosia sitten, mikä tekee silmästämme erittäin pieneen määrään aikakoneita.

Mutta taivaalla on niin paljon muuta tietoa kuin mitä voimme havaita - tuskin tunnistettavien varhaisen maailmankaikkeuden harmaantuvat polaroidit, jotka hiipuvat miljardeja vanhoja punaisia ​​kuvia, jotka sijaitsevat rajoitetun EM-ikkunan ulkopuolella, johon silmämme ovat herkkiä. Mutta se on kauneus työkaluvalmistajaksi: työkalumme voivat laajentaa voimavarojamme, ulottuvuuttamme ja visioamme jopa kosmoksen syntyyn asti.


Video Täydentää: Can We Save Hubble and Where is the James Webb Space Telescope?.




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com