Fantasmi dello spazio profondo
Qualcuno una volta ha detto: i creatori di Hubble devono erigere un monumento in ogni grande città della Terra. Ha molti meriti. Ad esempio, con l'aiuto di questo telescopio, gli astronomi hanno scattato un'immagine della lontana galassia UDFj-39546284. Nel gennaio 2011, gli scienziati hanno scoperto che si trova più lontano del precedente detentore del record - UDFy-38135539 - di circa 150 milioni di anni luce. La galassia UDFj-39546284 è distante da noi 13,4 miliardi di anni luce. Cioè, Hubble ha visto stelle che esistevano più di 13 miliardi di anni fa, 380 milioni di anni dopo il Big Bang. Questi oggetti probabilmente non sono "vivi" da molto tempo: vediamo solo la luce di stelle e galassie morte da tempo.
Ma nonostante tutti i suoi meriti, il telescopio spaziale Hubble è la tecnologia del millennio passato: è stato lanciato nel 1990. Certo, la tecnologia ha fatto passi da gigante nel corso degli anni. Se il telescopio Hubble fosse apparso nel nostro tempo, le sue capacità avrebbero superato in modo colossale la versione originale. È così che è nato James Webb.
Perché "James Webb" è utile
Il nuovo telescopio, come il suo antenato, è anche un osservatorio a infrarossi orbitante. Ciò significa che il suo compito principale sarà quello di studiare la radiazione termica. Ricordiamo che gli oggetti riscaldati a una certa temperatura emettono energia nello spettro infrarosso. La lunghezza d'onda dipende dalla temperatura di riscaldamento: più è alta, più corta è la lunghezza d'onda e più intensa è la radiazione.
Tuttavia, c'è una differenza concettuale tra i telescopi. Hubble è in orbita terrestre bassa, cioè orbita intorno alla Terra ad un'altitudine di circa 570 km. James Webb sarà lanciato in un'orbita di alone nel punto di Lagrange L2 del sistema Sole-Terra. Ruoterà attorno al Sole e, a differenza della situazione di Hubble, la Terra non interferirà con esso. Il problema sorge subito: più un oggetto è lontano dalla Terra, più è difficile contattarlo, quindi maggiore è il rischio di perderlo. Pertanto, "James Webb" si muoverà intorno alla stella in sincronia con il nostro pianeta. In questo caso, la distanza del telescopio dalla Terra sarà di 1,5 milioni di km in direzione opposta al Sole. Per fare un confronto, la distanza dalla Terra alla Luna è di 384.403 km. Cioè, se l'apparecchiatura James Webb si guasta, molto probabilmente non verrà riparata (tranne in remoto, che impone serie limitazioni tecniche). Pertanto, un telescopio promettente è reso non solo affidabile, ma super affidabile. Ciò è in parte dovuto al costante rinvio della data di lancio.
James Webb ha un'altra importante differenza. L'attrezzatura gli permetterà di concentrarsi su oggetti molto antichi e freddi che Hubble non poteva vedere. In questo modo scopriremo quando e dove sono apparse le prime stelle, quasar, galassie, ammassi e superammassi di galassie.
Le scoperte più interessanti che il nuovo telescopio può fare sono gli esopianeti. Per essere più precisi, si tratta di determinarne la densità, che ci permetterà di capire che tipo di oggetto abbiamo di fronte e se un simile pianeta può essere potenzialmente abitabile. Con l'aiuto di James Webb, gli scienziati sperano anche di raccogliere dati sulle masse e sui diametri di pianeti lontani, e questo aprirà nuovi dati sulla galassia di origine.
L'attrezzatura del telescopio consentirà di rilevare esopianeti freddi con temperature superficiali fino a 27 ° C (la temperatura media sulla superficie del nostro pianeta è di 15 ° C)."James Webb" sarà in grado di trovare tali oggetti situati a una distanza di oltre 12 unità astronomiche (cioè la distanza dalla Terra al Sole) dalle loro stelle e distanti dalla Terra a una distanza fino a 15 luce anni. Piani seri riguardano l'atmosfera dei pianeti. I telescopi Spitzer e Hubble sono stati in grado di raccogliere informazioni su un centinaio di involucri di gas. Secondo gli esperti, il nuovo telescopio sarà in grado di esplorare almeno trecento atmosfere di diversi esopianeti.
Un punto a parte che vale la pena evidenziare è la ricerca di ipotetiche popolazioni stellari di tipo III, che dovrebbero costituire la prima generazione di stelle apparsa dopo il Big Bang. Secondo gli scienziati, si tratta di luminari molto pesanti con una vita breve, che, ovviamente, non esistono più. Questi oggetti avevano una grande massa a causa della mancanza di carbonio necessaria per la classica reazione termonucleare, in cui l'idrogeno pesante viene convertito in elio leggero e la massa in eccesso viene convertita in energia. Oltre a tutto questo, il nuovo telescopio sarà in grado di studiare nel dettaglio luoghi in precedenza inesplorati dove nascono le stelle, cosa molto importante anche per l'astronomia.
- Ricerca e studio delle galassie più antiche;
- Ricerca di esopianeti simili alla Terra;
- Rilevazione di popolazioni stellari del terzo tipo;
- Esplorazione delle "culle stellari"
Caratteristiche del progetto
Il dispositivo è stato sviluppato da due società americane: Northrop Grumman e Bell Aerospace. Il telescopio spaziale James Webb è un capolavoro di ingegneria. Il nuovo telescopio pesa 6, 2 tonnellate - per confronto, l'Hubble ha una massa di tonnellate 11. Ma se il vecchio telescopio può essere paragonato per dimensioni a un camion, quello nuovo è paragonabile a un campo da tennis. La sua lunghezza raggiunge i 20 m e la sua altezza è la stessa di un edificio a tre piani. La parte più grande del telescopio spaziale James Webb è un enorme scudo solare. Questa è la base dell'intera struttura, creata da un film polimerico. Da un lato è ricoperto da un sottile strato di alluminio e dall'altro - silicio metallico.
Lo schermo solare ha diversi strati. I vuoti tra di loro sono pieni di vuoto. Ciò è necessario per proteggere l'apparecchiatura dal "colpo di calore". Questo approccio consente di raffreddare le matrici ultrasensibili fino a –220 ° C, il che è molto importante quando si tratta di osservare oggetti distanti. Il fatto è che, nonostante i sensori perfetti, non potevano vedere gli oggetti a causa di altri dettagli "caldi" di "James Webb".
Al centro della struttura c'è un enorme specchio. Questa è una "sovrastruttura" necessaria per focalizzare i raggi di luce: lo specchio li raddrizza, creando un'immagine chiara. Il diametro dello specchio principale del telescopio James Webb è di 6,5 m e comprende 18 blocchi: durante il lancio del veicolo di lancio, questi segmenti saranno in forma compatta e si apriranno solo dopo che la navicella sarà entrata in orbita. Ogni segmento ha sei angoli per sfruttare al meglio lo spazio disponibile. E la forma arrotondata dello specchio consente la migliore focalizzazione della luce sui rilevatori.
Per la fabbricazione dello specchio è stato scelto il berillio, un metallo relativamente duro di colore grigio chiaro, che, tra le altre cose, è caratterizzato da un costo elevato. Tra i vantaggi di questa scelta c'è il fatto che il berillio mantiene la sua forma anche a temperature molto basse, cosa molto importante per la corretta raccolta delle informazioni.
Strumenti scientifici
La recensione di un telescopio promettente sarebbe incompleta se non ci concentrassimo sui suoi strumenti principali:
MIRA. Questo è un dispositivo a medio infrarosso. Include una fotocamera e uno spettrografo. MIRI include diversi array di rivelatori di arsenico-silicio. Grazie ai sensori di questo dispositivo, gli astronomi sperano di considerare il redshift di oggetti lontani: stelle, galassie e persino piccole comete. Il redshift cosmologico è chiamato diminuzione delle frequenze di radiazione, che è spiegato dalla distanza dinamica delle sorgenti l'una dall'altra a causa dell'espansione dell'Universo. La cosa più interessante è che non si tratta solo di riparare questo o quell'oggetto remoto, ma di ottenere una grande quantità di dati sulle sue proprietà.
La NIRCam, o fotocamera nel vicino infrarosso, è l'unità di imaging principale del telescopio. NIRCam è un complesso di sensori al mercurio-cadmio-tellurio. L'intervallo di lavoro del dispositivo NIRCam è di 0,6-5 micron. È difficile persino immaginare quali segreti NIRCam aiuterà a svelare. Gli scienziati, ad esempio, vogliono usarlo per creare una mappa della materia oscura usando il cosiddetto metodo della lente gravitazionale, ad es. trovando grumi di materia oscura per il loro campo gravitazionale, percepibile dalla curvatura della traiettoria della radiazione elettromagnetica vicina.
NIRSpec. Senza uno spettrografo nel vicino infrarosso, sarebbe impossibile determinare le proprietà fisiche degli oggetti astronomici, come la massa o la composizione chimica. NIRSpec può fornire spettroscopia a media risoluzione nella gamma di lunghezze d'onda 1-5 μm e spettroscopia a bassa risoluzione con lunghezze d'onda 0,6-5 μm. Il dispositivo è costituito da molte celle con controllo individuale, che consente di concentrarsi su oggetti specifici, "filtrando" le radiazioni non necessarie.
FGS / NIRISS. Questa è una coppia costituita da un sensore di puntamento di precisione e un dispositivo di imaging nel vicino infrarosso con uno spettrografo senza fenditura. Grazie al sensore di guida di precisione (FGS), il telescopio sarà in grado di mettere a fuoco il più accuratamente possibile e, grazie a NIRISS, gli scienziati intendono condurre i primi test orbitali del telescopio, che daranno un'idea generale delle sue condizioni. Si ritiene inoltre che il dispositivo di imaging svolgerà un ruolo importante nell'osservazione di pianeti lontani.
Formalmente, intendono far funzionare il telescopio per cinque-dieci anni. Tuttavia, come dimostra la pratica, questo periodo può essere esteso indefinitamente. E "James Webb" può fornirci informazioni molto più utili e semplicemente interessanti di quanto chiunque possa immaginare. Inoltre, ora è impossibile persino immaginare che tipo di "mostro" sostituirà "James Webb" e quanto costerà la sua costruzione.
Nella primavera del 2018, il prezzo del progetto è aumentato a un inimmaginabile $ 9,66 miliardi. Per fare un confronto, il budget annuale della NASA è di circa $ 20 miliardi e l'Hubble al momento della costruzione valeva $ 2,5 miliardi. James Webb è già passato alla storia come il telescopio più costoso e uno dei progetti più costosi nella storia dell'esplorazione spaziale. Solo il programma lunare, la Stazione Spaziale Internazionale, le navette e il sistema di posizionamento globale GPS costano di più. Tuttavia, "James Webb" ha tutto davanti: il suo prezzo potrebbe aumentare ancora di più. E sebbene esperti di 17 paesi abbiano partecipato alla sua costruzione, la parte del leone dei finanziamenti spetta ancora alle spalle degli Stati Uniti. Presumibilmente, continuerà ad essere così.
